Bài 27: Nhôm và hợp chất của nhôm

1.1.1. Vị trí trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử

• Cấu hình electron: 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p¹. ⇒ Al: thuộc nhóm IIIA, chu kỳ 3.

• Nhôm dể nhường 3 e hoá trị, nên có số oxi hoá +3.

1.1.2. Tính chất vật lí của Nhôm

• Là kim loại nhẹ ,màu trắng bạc, nóng chảy ở nhiệt độ không cao lắm.

• Rất dẻo, có thể dát được lá nhôm mõng 0,01 mm dùng để gói thực phẩm.

• Có cấu tạo mạng lập phương tâm diện ,có mật độ electron tự do tượng đối lớn. Do vậy nhôm có khả năng dẩn điện và nhiệt tốt.

1.1.3. Tính chất hóa học của Nhôm

Nhôm là kim loại có tính khử mạnh, nên nó bị oxi hoá dể dàng thành ion nhôm Al³⁺ . Ta có: Al → Al³⁺ + 3e

a. Tác dụng với Halogen

Thí nghiệm Nhôm tác dụng với khí Clo: 2Al  +  3Cl₂  → 2AlCl₃ .

b. Tác dụng với oxi

Thí nghiệm của Nhôm và Oxi: 4Al   +  3 O₂  → 2Al₂O₃   

c. Tác dụng với axit

• Thí nghiệm Nhôm tác dụng với Axit HCl: 2Al   + 6 HCl → 2AlCl₃    + 3 H₂

_​

• Thí nghiệm Nhôm phản ứng với axit HNO₃ và H₂SO₄ đặc, nóng: Al + 4HNO₃  loãng → Al(NO₃)₃  + 2H₂O  + NO.
• Chú ý: Nhôm bị thụ động trong HNO₃ và H₂SO₄ đặc nguội.

d. Tác dụng với oxit kim loại

Thí nghiệm của Nhôm vào Sắt (III) oxit: 2Al  + Fe₂O₃ \(\overset{t^{0}}{\rightarrow}\)  Al₂O₃    +  2Fe 

e. Tác dụng với nước

• Vật bằng nhôm không tác dụng với nước ở bất kỳ nhiệt độ nào vì trên bề mặt nhôm được phủ bởi một lớp Al₂O₃ rất bền. Nếu phá bỏ lớp bảo vệ này, thì nhôm tác dụng được với nước
• Phản ứng: 2 Al  + 6 H₂O  → 2 Al(OH)₃   + 3 H₂
• ​Al(OH)₃ là chất rắn, không tan trong nước là lớp bảo vệ không cho nhôm tiếp xúc với nước nên phản ứng nhanh chóng bị dừng lại.

f. Tác dụng với dung dịch kiềm

Al₂O₃   +   2 NaOH   → 2NaAlO₂       +    H₂O

2Al       +    6H₂O      →  2Al(OH)₃     +     3H₂     (2)

Al(OH)₃    +     NaOH  →  NaAlO₂      +     2H₂O   (3)

Phản ứng (2), (3) xảy ra xen kẽ nhau mãi cho đến khi nhôm bị tan hết .

2Al  + 2NaOH  + 2H₂O → NaAlO₂      +   3 H₂

1.1.4. Ứng dụng và trạng thái tự nhiên

a. Ứng dụng

• Dùng chế tạo máy bay, ô tô, tên lửa …

• Trang trí nội thất, xây dựng nhà cửa.

• Dẫn điện, dẩn nhiệt tốt nên  dùng làm dây cáp dẩn điện.

b. Trạng thái tự nhiên

Nhôm là kim loại hoạt động mạnh nên trong tự nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất như: đất sét, mica, criolit …

1.1.5. Sản xuất Nhôm

a. Nguyên liệu

• Quặng boxit Al₂O₃ .2H₂O quặng thường lẫn tạp chất là Fe₂O₃ và SiO₂, nên ta phải làm sạch nguyên liệu 

b. Nguyên tắc

• Khử  ion Al³⁺ thành Al.

b. Phương pháp

• Vì sự khử  ion Al³⁺ trong Al₂O₃ là rất  khó khăn, không thể dùng các chất khử thông thường như CO, C, H₂ … mà ta phải dùng phương pháp điện phân nóng chảy với xúc tác là criolit (Na₃AlF₆ ) nhằm giảm nhiệt độ nóng chảy của Al₂O₃ (2050 ^oC → 900^oC ) để tiết kiệm năng lượng, và tạo được chất lỏng có tính dẫn điện tốt hơn.

• Quá trình điện phân:

  • Cực (-) : Al³⁺   +  3e  → Al

  • Cực ( +) :Xảy ra sự oxi hoá 2O^2-  → O₂ + 4e

1.2.1. Nhôm oxit Al₂O₃

a. Tính chất vật lí

• Al₂O₃ là chất rắn, màu trắng, không tan trong nước và không tác dụng với nước, t⁰nc=2050⁰C.

b. Tính chất hóa học

• Tính bền ⇒ Al₂O₃ khó bị khử à Al bằng C, H₂, CO.

• Tính chất lưỡng tính:

  • Al₂O₃+6HCl → 2AlCl₃ + 3 H₂O  

  • Al₂O₃+2NaOH → 2NaAlO₂+H₂O

c. Ứng dụng

• Thường tồn tại dưới dạng ngậm nước và dạng khan:

  • Dạng oxit ngậm nước là thành phần chủ yếu quặng boxit là nguyên liệu sản xuất nhôm.

  • Dạng oxit khan có cấu tạo tinh thể giống đá quý: Tinh thể corindon trong suốt, không màu, rất rắn, chế tạo đá mài, giấy nhám…

• Bột nhôm oxit xúc tác cho tổng hợp hữu cơ.

1.2.2. Nhôm hidroxit Al(OH)₃

a. Tính chất vật lí

• Là chất kết tủa keo, màu trắng

• Không tan trong nước, trong dd CO₂, NH₃ nhưng tan được trong môi trường H⁺ và OH^- mạnh.

b. Tính chất hóa học

• Tính chất kém bền nhiệt: \(2Al(OH)_{3} \overset{t^{0}}{\rightarrow}Al_{2}O_{3} + 3H_{2}O\)
• Tính chất lưỡng tính:

  • Al(OH)₃+ 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O

  • Al(OH)₃+NaOH → NaAlO₂+ 2H₂O

1.2.3. Nhôm Sunfat Al₂(SO₄)₃

• Muối nhôm sunfat khan tan trong nước → tỏa nhiệt do bị hiđrat hóa.

• Phèn chua: K₂SO₄.Al₂(SO₄)₃.24H₂O hay viết gọn: KAl(SO₄)₂.12H₂O.

• Dùng trong ngành thuộc da, công nghiệp giấy, chất cầm màu trong ngành dệt vải, làm trong nước…

• 2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O → 2Al(OH)₃  + 6NaCl + 3CO₂

_​1.2.4. Nhận biết ion Al³⁺ trong dung dịch

• Cho từ từ dd NaOH dư vào dung dịch, nếu thấy có kết tủa keo xuất hiện rồi tan trong dd NaOH thì chứng tỏ có ion Al³⁺:
  • Al³⁺ + 3OH^- → Al(OH)₃
  • Al(OH)₃+OH^-dư → AlO₂^- + 2H₂O

Bài 1:

Cho sơ đồ phản ứng sau:
\(Al_{4}C_{3} \xrightarrow[]{\ \ \ \ } X \xrightarrow[]{\ +O_{2}\ } Y \xrightarrow[]{\ \ \ \ }C_{2}H_{4}O_{2} \xrightarrow[]{\ +KHCO_{3} \ }Z\)

Các chất X, Y, Z, T lần lượt là:

Hướng dẫn:

Sơ đồ hoàn chỉnh: Al₄C₃ → CH₄ → CH₃OH → CH₃COOH → CH₃COOK

Bài 2:

Cho hỗn hợp 2 kim loại Al và Cu vào dung dịch hỗn hợp 2 muối AgNO₃ và Ni(NO₃)₂. Kết thúc phản ứng được rắn X (tan một phần trong dung dịch HCl dư) và thu được dung dịch Y (phản ứng vừa đủ với dung dịch NaOH được tủa gồm 2 hydroxit kim loại). Chất rắn X gồm những chất nào?

Hướng dẫn:

Đầu tiên Al  phản ứng với AgNO₃ trước
(1) Nếu Al còn dư thì phản ứng với Ni(NO₃)₂; Cu không phản ứng
(2) Nếu Al hết và AgNO₃ dư thì Cu phản ứng với AgNO₃, Ni(NO₃)₂ giữ nguyên.
X tan 1 phần trong HCl ⇒ Chứng tỏ giả thuyết (1) đúng
⇒ Y gồm Al³⁺; Ni²⁺ (có thể)
Mà Y phản ứng với NaOH vừa đủ tạo 2 hydroxit ⇒ Y phải có Ni²⁺
⇒ Rắn X gồm Ag, Cu, Ni

Bài 3:

Khi nhỏ từ từ dung dịch AlCl₃ cho tới dư vào dung dịch NaOH và lắc đều thì xảy ra hiện tượng gì?

Hướng dẫn:

Đầu tiên do OH^- dư nên kết tủa tạo thành sẽ tan ngay: 
               Al³⁺ + 3OH^- → Al(OH)₃ 
               Al(OH)₃ + OH^- → AlO₂^- + 2H₂O 
Khi OH^- hết thì xảy ra phản ứng tạo kết tủa: 
                Al³⁺ + 3AlO₂^- + 6H₂O → 4Al(OH)₃

Bài 4:

Dùng 200 ml dung dịch NaOH 1M để hòa tan hết tối đa m gam Al₂O₃. Giá trị của m là:

Hướng dẫn:

2NaOH +Al₂O₃ → 2NaAlO₂ +H₂O
0,2                        0,1
\(\Rightarrow m_{Al_{2}O_{3}} = 0,1. 102 = 10,2 \ g\)

Bài 1:

Hoà tan hoàn toàn m gam bột Al vào 150 ml dung dịch HCl 2M thu được dung dịch X. Cho dung dịch X tác dụng với 320 ml dung dịch NaOH 1M thu được 4,68 gam kết tủa. Giá trị của m là:

Hướng dẫn:

n_HCl = 0,3 mol; n_NaOH = 0,32 mol; \(n_{{Al(OH)_{{3}}}}\) = 0,06 mol
Vì n_NaOH > n_HCl ⇒ dư OH^- sau khi phản ứng hết với AlCl3 
⇒ có hiện tượng hòa tan kết tủa
⇒ n_OH tan kết tủa = n_NaOH – n_HCl = 0,02 mol
⇒ \(n_{{Al(OH)_{{3}}}}\) max = 0,06 + 0,02 = 0,08 mol = n_{Al bđ}
⇒ m_Al = 2,16g 

Bài 2:

Cho 12,6 gam hỗn hợp X gồm Al và Al₄C₃ vào dung dịch KOH dư, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được a mol hỗn hợp khí Y và dung dịch Z. Sục khí CO₂ dư vào dung dịch Z thu được 31,2 gam kết tủa. Giá trị của a là:

Hướng dẫn:

Đặt số mol Al: Al₄C₃: y (mol) ta có: 27x + 144y = 12,6 (1)
Kết tủa thu được là Al(OH)₃. Số mol Al(OH)₃ = 0,4 mol → x + 4y = 0,4 (BTNT Al) (2)
Giải (1) và (2) ta được: x = 0,2 mol; y = 0,05 mol
Khí thu được gồm H₂ và CH₄; số mol H2 = 1,5x; số mol CH₄ = 3y
⇒ Tổng số mol khí = 1,5x + 3y = 0,45 mol

Sau bài học cần nắm:

• Vị trí của nhôm trong Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học
• Cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lí - hóa học và phương pháp sản xuất Nhôm.
• Tính chất và ứng dụng của một số hợp chất quan trọng của Nhôm như: Al2O3 (Nhôm oxit), Al(OH)3 (Nhôm hidroxit), Al2(SO4)3 (Nhôm sunfat)...

Bài kiểm tra Trắc nghiệm Hoá học 12 Bài 27 có phương pháp và lời giải chi tiết giúp các em luyện tập và hiểu bài.

• Câu 1:

  Oxit nhôm không có tính chất hoặc ứng dụng nào sau đây?

  • A. Dễ tan trong nước.
  • B. Có nhiệt độ nóng chảy cao.
  • C. Là oxit lưỡng tính.
  • D. Dùng để điều chế nhôm.

• Câu 2:

  Để thu được Al₂O₃  từ hỗn hợp Al₂O₃  và Fe₂O₃, người ta lần lượt:

  • A. dùng khí H₂ ở nhiệt độ cao, dung dịch NaOH (dư).
  • B. dùng khí CO ở nhiệt độ cao, dung dịch HCl (dư).
  • C. dùng dung dịch NaOH (dư), dung dịch HCl (dư), rồi nung nóng.
  • D. dùng dung dịch NaOH (dư), khí CO₂  (dư), rồi nung nóng.

• Câu 3:

  Nguyên liệu chính dùng để sản xuất nhôm là:

  • A. quặng pirit.
  • B. quặng đôlômit.             
  • C. quặng manhetit.
  • D. quặng boxit.

• Câu 4:

  Để phân biệt dung dịch AlCl₃ và dung dịch KCl ta dùng dung dịch:

  • A. HCl.
  • B. H₂SO₄.
  • C. NaNO₃.
  • D. NaOH.

• Câu 5:

  Thành phần hoá học chính của quặng boxit là:

  • A. FeCO₃.
  • B. Al₂O₃.2H₂O.
  • C. Fe₃O₄.nH₂O.
  • D. AlF₃.3NaF.

• Câu 6:

  Cho bột Al và dung dịch KOH dư thấy hiện tượng:

  • A. Sủi bọt khí, Al không tan hết và dung dịch màu xanh lam.
  • B. Sủi bọt khí, Al tan dần đến hết và thu được dung dịch không màu.
  • C. Sủi bọt khí, bột Al không tan hết và thu được dung dịch không màu.
  • D. Sủi bọt khí, bột Al tan dần đến hết và thu được dung dịch màu xanh lam.

• Câu 7:

  Phương trình nào sau đây là phản ứng nhiệt nhôm?

  • A. H₂ + CuO \(\xrightarrow[]{t^0}\) Cu + H₂O.
  • B. 3CO + Fe₂O₃ \(\xrightarrow[]{t^0}\) 2Fe + 3CO₂.
  • C. 2Al + Cr₂O₃ \(\xrightarrow[]{t^0}\) Al₂O₃ + 2Cr.
  • D. Al₂O₃ + 2KOH → 2KAlO₂ + H₂O.

• Câu 8:

  Phát biểu nào sau đây là sai?

  • A. Nhôm không tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng, nguội. 
  • B. Nhôm có tính dẫn điện và dẫn nhiệt lớn hơn tính dẫn điện và dẫn nhiệt của sắt.
  • C. Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất từ quặng boxit.
  • D. Nhôm có cấu tạo kiểu mạng tinh thể lập phương tâm diện. 

• Câu 9:

  Có ba chất rắn riêng biệt: Al, Mg, Al₂O₃. Dung dịch có thể phân biệt được 3 chất rắn trên là:

  • A. NaOH.
  • B. HCl.
  • C. HNO₃ loãng.
  • D. CuCl₂.

• Câu 10:

  Hỗn hợp bột kim loại X và bột oxit Y khi xảy ra phản ứng sẽ tự toả nhiệt với hiệu ứng nhiệt của phản ứng rất lớn, nâng nhiệt độ của hệ đến nhiệt độ nóng chảy của kim loại X vào khoảng 3500⁰C. Phần oxit kim loại X nổi thành xỉ trên bề mặt kim loại Y lỏng. Lợi dụng phản ứng này để thực hiện quá trình hàn kim loại, nhất là đầu nối của các thanh ray trên đường xe lửa.
  
  Kim loại X và oxit Y lần lượt là:

  • A. Al và Fe₂O₃.
  • B. Al và Fe₃O₄.
  • C. Fe và Al₂O₃.
  • D. Al và FeO.

• Câu 11:

  Nung hỗn hợp bột gồm 15,2g Cr₂O₃ và m gam Al ở nhiệt độ cao. Sau khi phản ứng hoàn toàn thu được 23,3g hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ hỗn hợp X phản ứng với axit HCl dư thấy thoát ra V lit khí H₂(dktc). Giá trị của  V là :

  • A. 10,08   
  • B. 4,48     
  • C. 7,84 
  • D. 3,36

Câu 3- Câu 5: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể hệ thống lại nội dung bài học thông qua phần hướng dẫn Giải bài tập Hoá học 12 Bài 27.

Bài tập 27.11 trang 63 SBT Hóa học 12

Bài tập 27.12 trang 63 SBT Hóa học 12

Bài tập 27.13 trang 64 SBT Hóa học 12

Bài tập 27.18 trang 64 SBT Hóa học 12

Bài tập 27.19 trang 64 SBT Hóa học 12

Bài tập 27.20 trang 65 SBT Hóa học 12

Bài tập 27.21 trang 65 SBT Hóa học 12

Bài tập 27.22 trang 65 SBT Hóa học 12

Bài tập 27.23 trang 65 SBT Hóa học 12

Bài tập 27.24 trang 65 SBT Hóa học 12

Bài tập 2 trang 167 SGK Hóa học 12 nâng cao

Bài tập 3 trang 176 SGK Hóa học 12 nâng cao

Trong quá trình học tập nếu có bất kì thắc mắc gì, các em hãy để lại lời nhắn ở mục Hỏi đáp để cùng cộng đồng Hóa Chúng tôi thảo luận và trả lời nhé.