- 23 Tháng chín 2018
- 576
- 781
- 161
- TP Hồ Chí Minh
- Đại học sư phạm tphcm
[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!
ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.
I. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÍ
1. Trạng thái tự nhiên
Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ 3 (sau ôxy và silic), và là kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất. Nhôm chiếm khoảng 8% khối lớp rắn của Trái Đất. Trong tự nhiên nhôm tồn tại ở dạng hợp chất chủ yếu là
- Đất sét: Al2O3.2SiO2.2H2O.
- Mica: K2O.Al2O3.6SiO2.2H2O.
- Boxit: Al2O3.nH2O.
- Criolit: 3NaF.AlF3 hay (Na3AlF6).
2. Tính chất vật lí
- Nhôm là kim loại nhẹ (khối lượng riêng 2,7g/cm3), màu trắng bạc, nóng chảy ở nhiệt độ không cao lắm (660oC).
- Nhôm rất dẻo, có thể dát được lá nhôm mỏng 0,01 mm dùng để gói thực phẩm.
- Nhôm có cấu tạo mạng lập phương tâm diện, mật độ electron tự do tương đối lớn. Do vậy nhôm có khả năng dẫn điện và nhiệt tốt. Độ dẫn điện bằng 2/3 đồng, nhưng nhôm nhẹ hơn đồng 3 lần. Độ dẫn nhiệt của nhôm hơn sắt 3 lần.
IV. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC
Có tính khử mạnh:
Al → Al3+ + 3e
1. Tác dụng với phi kim
a. Với oxi
- Bột Al cháy trong không khí khi được đun nóng cho ngọn lửa màu sáng chói.
2Al + 3O2 → Al2O3
Lưu ý:
- Al chỉ phản ứng với oxi trên bề mặt (vì tạo ra lớp màng oxit bao phủ bề mặt, bảo vệ và ngăn cản Al tham gia phản ứng tiếp):
- Muốn phản ứng xảy ra hoàn toàn thì phải loại bỏ lớp oxit bao phủ trên bề mặt Al (bằng cách tạo hỗn hống Al - Hg hoặc dùng Al bột đun nóng).
b. Với các phi kim khác
- Nhôm phản ứng được với các phi kim khác → muối.
- Al tự bốc cháy khi tiếp xúc với các halogen:
Ví dụ: 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
- Khi đun nóng, Al tác dụng với bột S:
2Al + 3S → Al2S3
2. Tác dụng với dung dịch axit
a. Với H+ (HCl, H2SO4 loãng...)
- Al phản ứng dễ dàng → muối + H2
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
2Al + 3H2SO4 loãng → Al2(SO4)3 + 3H2
b. Tác dụng với các axit có tính oxi hóa mạnh: HNO3 loãng hoặc đặc, H2SO4 đậm đặc
- Nhôm tác dụng với HNO3
M + HNO3 → M(NO3)n + {NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3} + H2O
Ví dụ:
Al + 6HNO3 đặc, nóng → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Al + 4HNO3 loãng → Al(NO3)3 + NO + 2H2O
- Nhôm tác dụng với H2SO4 đặc, nóng
2Al + 6H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
* Lưu ý:
- Al thụ động với H2SO4 đặc nguội và HNO3 đặc nguội → có thể dùng thùng Al để chuyên chở axit HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội.
3. Phản ứng nhiệt nhôm
- Al khử được oxit của các kim loại đứng sau nhôm ở nhiệt độ cao
Ví dụ:
2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe
2Al + 3CuO → Al2O3 + 3Cu
* Lưu ý: khi giải bài tập về phản ứng nhiệt nhôm:
- Nếu hỗn hợp sau phản ứng cho tác dụng với dung dịch kiềm → H2 thì Al còn dư sau phản ứng nhiệt nhôm hoặc hiệu suất H của phản ứng < 100%
- Nếu hỗn hợp sau phản ứng cho tác dụng với dung dịch kiềm không có khí thoát ra chứng tỏ không dư Al.
- Khối lượng hỗn hợp trước và sau phản ứng không đổi (bảo toàn khối lượng).
4. Tác dụng với nước
- Al không phản ứng với nước vì được lớp oxit mỏng, bền và đặc khít bảo vệ. Nếu phá bỏ lớp oxit bao phủ bề mặt, Al phản ứng trực tiếp với nước.
2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
* Lưu ý:
- Al(OH)3 là chất kết tủa dạng keo màu trắng khi sinh ra sẽ bao kín bề mặt của Al kim loại ngăn cách không cho Al tiếp xúc với nước để phản ứng tiếp nữa. Phản ứng này chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết.
5. Tác dụng với dung dịch bazơ
Al tham gia phản ứng dễ dàng với các dung dịch kiềm:
2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2
2Al + Ba(OH)2 + 2H2O → Ba(AlO2)2 + 3H2
- Cơ chế:
+ Trước tiên, Al tham gia phản ứng với nước:
2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
+ Al(OH)3 sinh ra là hiđroxit lưỡng tính tan được trong dung dịch kiềm:
Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O
Quá trình này lặp đi lặp lại đến hết.
* Lưu ý:
- Nếu cho hỗn hợp Na, K, Ba, Ca và Al (hoặc Zn) vào nước dư, xảy ra các phản ứng:
2M + 2H2O → 2MOH + H2
MOH + H2O + Al → MAlO2 + 3/2H2
- Trong quá trình giải toán có 2 trường hợp xảy ra:
* Trường hợp 1. Cả kim loại kiềm và Al đều phản ứng hết nếu số mol kim loại kiềm ≥ số mol Al.
* Trường hợp 2. Kim loại kiềm phản ứng hết, Al dư nếu số mol kim loại kiềm < số mol Al.
6. Tác dụng với dung dịch muối
- Al đẩy được kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối của chúng:
2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu
- Phản ứng với muối nitrat trong môi trường kiềm:
8Al + 3NaNO3 + 5NaOH + 2H2O → 8NaAlO2 + 3NH3
- Phản ứng với muối nitrat trong môi trường axit (giống phản ứng với HNO3):
Al + 4H+ + NO3- → Al3+ + NO + 2H2O
III. ĐIỀU CHẾ
1. Nguyên liệu
- Quặng boxit Al2O3 có lẫn SiO2 và Fe2O3.
2. Các giai đoạn điều chế
- Làm sạch nguyên liệu:
2NaOH + Al2O3 → 2NaAlO2 + H2O
2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O
NaAlO2 + CO2 + 2H2O → NaHCO3 + Al(OH)3
NaOH + CO2 → NaHCO3
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
- Điện phân nóng chảy Al2O3 có mặt criolit Na3AlF6 (hạ nhiệt độ nóng chảy của Al2O3từ 20500C xuống 9000C; tăng độ dẫn điện do tạo thành nhiều ion hơn; tạo lớp bảo vệ không cho O2 phản ứng với Al nóng chảy):
2Al2O3 → 4Al + 3O2
IV. Ứng dụng
- Tính theo cả số lượng lẫn giá trị, việc sử dụng nhôm vượt tất cả các kim loại khác, trừ sắt, và nó đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế thế giới. Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, nhưng tạo ra các hợp kim với nhiều nguyên tố như đồng, kẽm, magiê, mangan và silic. Khi được gia công cơ-nhiệt, các hợp kim nhôm này có các thuộc tính cơ học tăng lên đáng kể:
+ Các hợp kim nhôm tạo thành một thành phần quan trọng trong các máy bay và tên lửa do tỷ lệ sức bền cao trên cùng khối lượng.
+ Khi nhôm được bay hơi trong chân không, nó tạo ra lớp bao phủ phản xạ cả ánh sáng và bức xạ nhiệt. Các lớp bao phủ này tạo thành một lớp mỏng của ôxít nhôm bảo vệ, nó không bị hư hỏng như các lớp bạc bao phủ vẫn hay bị.
+ Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi được dùng thay vỏ phủ vàng để phủ vệ tinh nhân tạo hay khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng, nhờ vào đặc tính hấp thụ bức xạ điện từ của Mặt Trời tốt, mà bức xạ hồng ngoại vào ban đêm thấp.
+ Hợp kim nhôm, nhẹ và bền, được dùng để chế tạo các chi tiết của phương tiện vận tải (ô tô, máy bay, xe tải, toa xe tàu hỏa, tàu biển, v.v.)
+ Đóng gói (can, giấy gói, v.v)
+ Xử lý nước.
+ Xây dựng (cửa sổ, cửa, ván, v.v; tuy nhiên nó đã đánh mất vai trò chính dùng làm dây dẫn phần cuối cùng của các mạng điện, trực tiếp đến người sử dụng.)
+ Các hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị, đồ nấu bếp, v.v)
+ Các đường dây tải điện (mặc dù độ dẫn điện của nó chỉ bằng 60% của đồng, nó nhẹ hơn nếu tính theo khối lượng và rẻ tiền hơn.
+ Chế tạo máy móc.
+ Mặc dù tự bản thân nó là không nhiễm từ, nhôm được sử dụng trong thép MKM và các nam châm Alnico.
+ Nhôm siêu tinh khiết (SPA) chứa 99,980%-99,999% nhôm được sử dụng trong công nghiệp điện tử và sản xuất đĩa CD.
+ Nhôm dạng bột thông thường được sử dụng để tạo màu bạc trong sơn. Các bông nhôm có thể cho thêm vào trong sơn lót, chủ yếu là trong xử lý gỗ — khi khô đi, các bông nhôm sẽ tạo ra một lớp kháng nước rất tốt.
+ Nhôm dương cực hóa là ổn định hơn đối với sự ôxi hóa, và nó được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau của xây dựng.
+ Phần lớn các bộ tản nhiệt cho CPU của các máy tính hiện đại được sản xuất từ nhôm vì nó dễ dàng trong sản xuất và độ dẫn nhiệt cao.
+ Ôxít nhôm, alumina, được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng corunđum, emery, ruby và saphia và được sử dụng trong sản xuất thủy tinh. Ruby và saphia tổng hợp được sử dụng trong các ống tia laser để sản xuất ánh sáng có khả năng giao thoa.
+ Sự ôxi hóa nhôm tỏa ra nhiều nhiệt, nó sử dụng để làm nguyên liệu rắn cho tên lửa, nhiệt nhôm và các thành phần của pháo hoa.
+ Phản ứng nhiệt nhôm dùng để điều chế các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao ( như crôm Cr Vonfarm W ...)
1. Trạng thái tự nhiên
Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ 3 (sau ôxy và silic), và là kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất. Nhôm chiếm khoảng 8% khối lớp rắn của Trái Đất. Trong tự nhiên nhôm tồn tại ở dạng hợp chất chủ yếu là
- Đất sét: Al2O3.2SiO2.2H2O.
- Mica: K2O.Al2O3.6SiO2.2H2O.
- Boxit: Al2O3.nH2O.
- Criolit: 3NaF.AlF3 hay (Na3AlF6).
2. Tính chất vật lí
- Nhôm là kim loại nhẹ (khối lượng riêng 2,7g/cm3), màu trắng bạc, nóng chảy ở nhiệt độ không cao lắm (660oC).
- Nhôm rất dẻo, có thể dát được lá nhôm mỏng 0,01 mm dùng để gói thực phẩm.
- Nhôm có cấu tạo mạng lập phương tâm diện, mật độ electron tự do tương đối lớn. Do vậy nhôm có khả năng dẫn điện và nhiệt tốt. Độ dẫn điện bằng 2/3 đồng, nhưng nhôm nhẹ hơn đồng 3 lần. Độ dẫn nhiệt của nhôm hơn sắt 3 lần.
IV. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC
Có tính khử mạnh:
Al → Al3+ + 3e
1. Tác dụng với phi kim
a. Với oxi
- Bột Al cháy trong không khí khi được đun nóng cho ngọn lửa màu sáng chói.
2Al + 3O2 → Al2O3
Lưu ý:
- Al chỉ phản ứng với oxi trên bề mặt (vì tạo ra lớp màng oxit bao phủ bề mặt, bảo vệ và ngăn cản Al tham gia phản ứng tiếp):
- Muốn phản ứng xảy ra hoàn toàn thì phải loại bỏ lớp oxit bao phủ trên bề mặt Al (bằng cách tạo hỗn hống Al - Hg hoặc dùng Al bột đun nóng).
b. Với các phi kim khác
- Nhôm phản ứng được với các phi kim khác → muối.
- Al tự bốc cháy khi tiếp xúc với các halogen:
Ví dụ: 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
- Khi đun nóng, Al tác dụng với bột S:
2Al + 3S → Al2S3
2. Tác dụng với dung dịch axit
a. Với H+ (HCl, H2SO4 loãng...)
- Al phản ứng dễ dàng → muối + H2
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
2Al + 3H2SO4 loãng → Al2(SO4)3 + 3H2
b. Tác dụng với các axit có tính oxi hóa mạnh: HNO3 loãng hoặc đặc, H2SO4 đậm đặc
- Nhôm tác dụng với HNO3
M + HNO3 → M(NO3)n + {NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3} + H2O
Ví dụ:
Al + 6HNO3 đặc, nóng → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Al + 4HNO3 loãng → Al(NO3)3 + NO + 2H2O
- Nhôm tác dụng với H2SO4 đặc, nóng
2Al + 6H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
* Lưu ý:
- Al thụ động với H2SO4 đặc nguội và HNO3 đặc nguội → có thể dùng thùng Al để chuyên chở axit HNO3 đặc nguội và H2SO4 đặc nguội.
3. Phản ứng nhiệt nhôm
- Al khử được oxit của các kim loại đứng sau nhôm ở nhiệt độ cao
Ví dụ:
2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe
2Al + 3CuO → Al2O3 + 3Cu
* Lưu ý: khi giải bài tập về phản ứng nhiệt nhôm:
- Nếu hỗn hợp sau phản ứng cho tác dụng với dung dịch kiềm → H2 thì Al còn dư sau phản ứng nhiệt nhôm hoặc hiệu suất H của phản ứng < 100%
- Nếu hỗn hợp sau phản ứng cho tác dụng với dung dịch kiềm không có khí thoát ra chứng tỏ không dư Al.
- Khối lượng hỗn hợp trước và sau phản ứng không đổi (bảo toàn khối lượng).
4. Tác dụng với nước
- Al không phản ứng với nước vì được lớp oxit mỏng, bền và đặc khít bảo vệ. Nếu phá bỏ lớp oxit bao phủ bề mặt, Al phản ứng trực tiếp với nước.
2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
* Lưu ý:
- Al(OH)3 là chất kết tủa dạng keo màu trắng khi sinh ra sẽ bao kín bề mặt của Al kim loại ngăn cách không cho Al tiếp xúc với nước để phản ứng tiếp nữa. Phản ứng này chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết.
5. Tác dụng với dung dịch bazơ
Al tham gia phản ứng dễ dàng với các dung dịch kiềm:
2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2
2Al + Ba(OH)2 + 2H2O → Ba(AlO2)2 + 3H2
- Cơ chế:
+ Trước tiên, Al tham gia phản ứng với nước:
2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
+ Al(OH)3 sinh ra là hiđroxit lưỡng tính tan được trong dung dịch kiềm:
Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O
Quá trình này lặp đi lặp lại đến hết.
* Lưu ý:
- Nếu cho hỗn hợp Na, K, Ba, Ca và Al (hoặc Zn) vào nước dư, xảy ra các phản ứng:
2M + 2H2O → 2MOH + H2
MOH + H2O + Al → MAlO2 + 3/2H2
- Trong quá trình giải toán có 2 trường hợp xảy ra:
* Trường hợp 1. Cả kim loại kiềm và Al đều phản ứng hết nếu số mol kim loại kiềm ≥ số mol Al.
* Trường hợp 2. Kim loại kiềm phản ứng hết, Al dư nếu số mol kim loại kiềm < số mol Al.
6. Tác dụng với dung dịch muối
- Al đẩy được kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối của chúng:
2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu
- Phản ứng với muối nitrat trong môi trường kiềm:
8Al + 3NaNO3 + 5NaOH + 2H2O → 8NaAlO2 + 3NH3
- Phản ứng với muối nitrat trong môi trường axit (giống phản ứng với HNO3):
Al + 4H+ + NO3- → Al3+ + NO + 2H2O
III. ĐIỀU CHẾ
1. Nguyên liệu
- Quặng boxit Al2O3 có lẫn SiO2 và Fe2O3.
2. Các giai đoạn điều chế
- Làm sạch nguyên liệu:
2NaOH + Al2O3 → 2NaAlO2 + H2O
2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O
NaAlO2 + CO2 + 2H2O → NaHCO3 + Al(OH)3
NaOH + CO2 → NaHCO3
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
- Điện phân nóng chảy Al2O3 có mặt criolit Na3AlF6 (hạ nhiệt độ nóng chảy của Al2O3từ 20500C xuống 9000C; tăng độ dẫn điện do tạo thành nhiều ion hơn; tạo lớp bảo vệ không cho O2 phản ứng với Al nóng chảy):
2Al2O3 → 4Al + 3O2
IV. Ứng dụng
- Tính theo cả số lượng lẫn giá trị, việc sử dụng nhôm vượt tất cả các kim loại khác, trừ sắt, và nó đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế thế giới. Nhôm nguyên chất có sức chịu kéo thấp, nhưng tạo ra các hợp kim với nhiều nguyên tố như đồng, kẽm, magiê, mangan và silic. Khi được gia công cơ-nhiệt, các hợp kim nhôm này có các thuộc tính cơ học tăng lên đáng kể:
+ Các hợp kim nhôm tạo thành một thành phần quan trọng trong các máy bay và tên lửa do tỷ lệ sức bền cao trên cùng khối lượng.
+ Khi nhôm được bay hơi trong chân không, nó tạo ra lớp bao phủ phản xạ cả ánh sáng và bức xạ nhiệt. Các lớp bao phủ này tạo thành một lớp mỏng của ôxít nhôm bảo vệ, nó không bị hư hỏng như các lớp bạc bao phủ vẫn hay bị.
+ Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi được dùng thay vỏ phủ vàng để phủ vệ tinh nhân tạo hay khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng, nhờ vào đặc tính hấp thụ bức xạ điện từ của Mặt Trời tốt, mà bức xạ hồng ngoại vào ban đêm thấp.
+ Hợp kim nhôm, nhẹ và bền, được dùng để chế tạo các chi tiết của phương tiện vận tải (ô tô, máy bay, xe tải, toa xe tàu hỏa, tàu biển, v.v.)
+ Đóng gói (can, giấy gói, v.v)
+ Xử lý nước.
+ Xây dựng (cửa sổ, cửa, ván, v.v; tuy nhiên nó đã đánh mất vai trò chính dùng làm dây dẫn phần cuối cùng của các mạng điện, trực tiếp đến người sử dụng.)
+ Các hàng tiêu dùng có độ bền cao (trang thiết bị, đồ nấu bếp, v.v)
+ Các đường dây tải điện (mặc dù độ dẫn điện của nó chỉ bằng 60% của đồng, nó nhẹ hơn nếu tính theo khối lượng và rẻ tiền hơn.
+ Chế tạo máy móc.
+ Mặc dù tự bản thân nó là không nhiễm từ, nhôm được sử dụng trong thép MKM và các nam châm Alnico.
+ Nhôm siêu tinh khiết (SPA) chứa 99,980%-99,999% nhôm được sử dụng trong công nghiệp điện tử và sản xuất đĩa CD.
+ Nhôm dạng bột thông thường được sử dụng để tạo màu bạc trong sơn. Các bông nhôm có thể cho thêm vào trong sơn lót, chủ yếu là trong xử lý gỗ — khi khô đi, các bông nhôm sẽ tạo ra một lớp kháng nước rất tốt.
+ Nhôm dương cực hóa là ổn định hơn đối với sự ôxi hóa, và nó được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau của xây dựng.
+ Phần lớn các bộ tản nhiệt cho CPU của các máy tính hiện đại được sản xuất từ nhôm vì nó dễ dàng trong sản xuất và độ dẫn nhiệt cao.
+ Ôxít nhôm, alumina, được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng corunđum, emery, ruby và saphia và được sử dụng trong sản xuất thủy tinh. Ruby và saphia tổng hợp được sử dụng trong các ống tia laser để sản xuất ánh sáng có khả năng giao thoa.
+ Sự ôxi hóa nhôm tỏa ra nhiều nhiệt, nó sử dụng để làm nguyên liệu rắn cho tên lửa, nhiệt nhôm và các thành phần của pháo hoa.
+ Phản ứng nhiệt nhôm dùng để điều chế các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao ( như crôm Cr Vonfarm W ...)
