Nhôm là gì? Tính chất hóa học của nhôm? Ứng dụng của nhôm? là một trong những kiến thức được học trong chương trình môn Hóa học tại Việt Nam. Để giúp các em học sinh củng cố kiến thức, học tốt môn Hóa học.
Mục lục bài viết
1. Nhôm là gì?
Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ ba trong lớp vỏ Trái đất và là kim loại được sử dụng nhiều thứ hai sau sắt. Tên gọi nhôm bắt nguồn từ tiếng Pháp: aluminium, phiên âm tiếng Việt: a-luy-mi-nhôm là tên của một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Al và số nguyên tử bằng 13.
Nhôm thuộc kim loại, có màu sắc trắng ánh bạc, mềm và nhẹ. Nhôm có độ phản chiếu cao cũng như có tính dẫn nhiệt và dẫn điện lớn. Nhôm là kim loại không độc và có tính chống mài mòn.
Trong tự nhiên, rất khó để tìm được nhôm nguyên chất, thông thường kim loại này được tìm thấy khi được kết hợp cùng oxygen cùng với những nguyên tố khác. Người ta vẫn thường gọi chúng là hợp kim nhôm.
2. Trạng thái tự nhiên của nhôm:
Nhôm chiếm khoảng 8% trong vỏ trái đất. Là kim loại hoạt động mạnh nên trong tự nhiên nhôm chỉ tồn tại ở dạng hợp chất, các hợp chất của nhôm có mặt khắp nơi. Cụ thể như:
Trong đất sất sét, nhôm thuộc hợp chất: Al2O3.2Sio2.2H2O.
Trong mica: K2O.Al2O3.6Sio2.2H2O.
Trong Boxit: Al2O3.nH2O.
Trong criolit Criolit: 3NaF.AlF3 hay (Na3AlF6).
3. Đặc điểm, tính chất cơ bản của nhôm:
Một trong những tính chất nổi bật nhất của nhôm chính là kim loại nhẹ. So với sắt thép, nhôm chỉ nặng ⅓ trọng lượng. Điều này sẽ giải thích vì sao nhôm luôn được dùng nhiều trong các ngành chế tạo các thiết bị cần quan tâm đến trọng lượng như cửa, máy bay, linh kiện trên không, máy móc.
Nhôm có thể dẫn được điện. Mặc dù tính dẫn điện kém hơn đồng nhưng nhôm được sử dụng phổ biến khi dùng để truyền cùng dòng điện.
Nhôm có tính dẻo. Tính dẻo tạo sự thuận tiện trong sản xuất ra các sản phẩm có dạng tấm, lá, băng hoặc là ép chảy thành các thanh như khung cửa. Khung cửa nhôm các loại hiện nay trên thị trường rất phổ biến.
Một trong những nhược điểm chính không tốt của nhôm đó chính là độ cứng và độ bền khá thấp. Giá trị sử dụng không cao và dễ hư hỏng sau một thời gian dài.
Trong bảng tuần hoàn hóa học, kim loại nhôm ở vị trí số 13, chu kỳ 3 và thuộc nhóm IIIA.
4. Tính chất hóa học của nhôm:
Nhôm là kim loại có tính khử mạnh: Al → Al3+ + 3e
4.1. Tác dụng với oxi và một số phi kim:
4Al + 3O2→ 2Al2O3
Ở điều kiện thường, nhôm phản ứng với oxi tạo thành lớp Al2O3 mỏng bền vững, lớp oxit này bảo vệ đồ vật bằng nhôm, không cho nhôm tác dụng oxi trong không khí, nước.
2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
4.2. Nhôm tác dụng với axit (HCl, H2SO4 loãng,..):
Tác dụng với axit (HCl, H2SO4 loãng,..):
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Chú ý: Nhôm không tác dụng với H2SO4, HNO3đặc, nguội
– Tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh như HNO3 hoặc H2SO4 đậm đặc:
Al + 4HNO3→ Al(NO3)3 + NO + 2H2O
Al + 6HNO3 → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
2Al + 6H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
4.3. Tác dụng với dung dịch muối của kim loại yếu hơn:
AI + 3AgNO3 → Al(NO3)3 + 3Ag
2Al + 3FeSO4 → Al2(SO4)3 + 3Fe
4.4. Tác dụng với dung dịch kiềm:
Đây là tính chất hóa học riêng của nhôm, do lớp oxit nhôm bị hòa tan trong kiềm nên nhôm phản ứng với dung dịch kiềm.
2Al + 2H2O + 2NaOH → 2NaAlO2+ 3H2↑
Trước tiên, Nhôm tham gia phản ứng với nước sau đó sẽ sinh ra Al(OH)3. Và đây là một hidroxit lưỡng tính chúng có thể tan được trong dung dịch kiềm.
4.5. Phản ứng nhiệt nhôm:
Ví dụ nổi bật nhất là phản ứng nhiệt nhôm giữa oxit sắt III và nhôm:
Fe2O3+ 2Al → 2Fe + Al2O3
Một số phản ứng khác như:
3CuO+ 2Al → Al2O3 + 3Cu
8Al + 3Fe3O4 → 4Al2O3 + 9Fe
Cr2O3 + 2Al→ Al2O3 + 2Cr
5. Ứng dụng của nhôm:
Kim loại Nhôm có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Kim loại này được sử dùng để tạo nhiều thiết bị, bộ phận của nhiều loại máy móc như: Nhôm có thể chế tạo thành vỏ máy bay do độ bền chắc và tính mỏng nhẹ của nó. Nhôm cũng thường được sử dùng làm nguyên liệu để sản xuất các thiết bị và dụng cụ sinh hoạt như là nồi, chảo, các loại cửa, các đường dây tải điện,…
Chúng ta sẽ dễ dàng có thể thấy rằng kim loại nhôm được phổ biến và ứng dụng rất nhiều trong đời sống chẳng hạn như là:
Trong ngành xây dựng:
Ngành xây dựng sẽ được ứng dụng nhôm làm:
– Vách ngăn;
– Cửa đi chính;
– Mặt dựng;
– Mái hiên;
– Cửa sổ, cửa lùa;
– Khung sườn nhôm; nhôm xingfa …
Trong ngành công nghiệp:
Ứng dụng của nhôm trong ngành công nghiệp sẽ liên quan đến:
– Sản xuất Khung máy
– Làm nên Thùng xe tải
– Làm các Thanh tản nhiệt…
Trong ngành hàng tiêu dùng:
Ngoài ra, kim loại nhôm cũng được áp dụng trong một số hàng tiêu dùng như:
– Tủ trưng bày;
– Bàn ghế nhôm;
– Vật liệu xây dựng
-Vật liệu y tế;
– Thanh treo màn;
Bảng treo tường;
– Thang;
– Giường…
6. Cách điều chế nhôm:
Để điều chế nhôm thường chỉ dùng phương pháp điện phân nóng chảy. Do trong tự nhiên nhôm tồn tại chủ yếu ở dạng nhôm oxit nên điện phân nóng chảy nhôm oxit là cách hiệu quả nhất:
Nguyên liệu: Quặng boxit Al2O3 (thường bị lẫn SiO2 và Fe2O3).
Các giai đoạn điều chế:
Bước 1: Tinh chế quặng boxit (làm sạch nguyên liệu):
Đây là giai đoạn quan trọng vì nếu không làm sạch nguyên liệu nhôm điều chế ra có lẫn tạp chất sẽ dễ bị ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.
Nguyên liệu được cho tác dụng với dung dịch xút nóng:
2NaOH + Al2O3 → 2NaAlO2 + H2O
2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O
– Sau đó sục khí CO2 dư vào dung dịch:
NaAlO2 + CO2 + 2H2O → NaHCO3 + Al(OH)3
NaOH + CO2 → NaHCO3
Lọc lấy kết tủa nung ở 9000C sẽ thu được oxit nhôm tinh khiết
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
Bước 2: Điện phân Al2O3 nóng chảy:
Điện phân nóng chảy Al2O3 có mặt criolit Na3AlF6 (giúp 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
Quá trình điện phân thường dùng điện cực bằng than chì nên có phản ứng phụ giữa điện cực và oxi ở cực dương (tạo khí CO và CO2) vì vậy trong quá trình điện phân phải thường xuyên hạ thấp điện cực.
7. Một số dạng bài tập về nhôm:
7.1. Nhôm và hợp chất của nhôm tác dụng với dung dịch kiềm:
Lưu ý một số phương trình phản ứng:
Ta có phản ứng của Al, Al2O3, Al(OH)3 tác dụng với dung dịch kiềm
Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + 3/2 O2
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O
Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O
Ví dụ minh họa và hướng dẫn giải:
Ví dụ: Để hòa tan hoàn toàn m gam Al cần dùng 100 ml dung dịch chứa KOH 1M và Ba(OH)2 0,5M. Giá trị của m là?
Hướng dẫn giải chi tiết:
nNaOH= 0,1mol;
nBa(OH)2= 0,05 mol
Phương trình hóa học:
2Al + 2KOH + 2H2O → 2NaKO2 + 3H2↑
0,1 ← 0,1 mol
2Al + Ba(OH)2 + 2H2O → Ba(AlO2)2 + 3H2↑
0,1 ← 0,05 mol
=> ∑nAl phản ứng = 0,1 + 0,1 = 0,2 mol => mAl= 0,2.27 = 5,4 gam
7.2. Phản ứng nhiệt nhôm:
Lưu ý một số phương trình phản ứng:
Nhôm khử được oxit kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hóa học
Ta có phương trình phản ứng:
Al + Fe2O3→ Al2O3+ Fe
2Al + 3ZnO → Al2O3 + 3Zn
Ví dụ minh họa và hướng dẫn giải:
Ví dụ 1: Trộn 5,4 gam nhôm với 4,8 gam Fe2O3 rồi tiến hành nhiệt nhôm không có không khí sau phản ứng thu m gam chất rắn. Giá trị của m là
A. 12 gam B. 10,2 gam C. 2,24 gam D. 16,4 gam
Hướng dẫn giải chi tiết:
Bảo toàn khối lượng:
mhh trước phản ứng = mhh sau phản ứng = 5,4 + 4,8= 10,2 gam
Đáp án B.
Ví dụ 2: Đốt nóng một hỗn hợp gồm Al và 16 gam Fe2O3 (trong điều kiện không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng vừa đủ với V ml dung dịch NaOH 1M sinh ra 3,36 lít H2 (ở đktc). Giá trị của V là
A. 150. B. 100. C. 200. D. 300.
Hướng dẫn giải chi tiết:
Ta có:
2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe (1)
Vì X tác dụng với NaOH tạo 0,15 mol H2 => Al dư
2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2↑
Al2O3+ 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O
Vì nH2 = 0,15 => nAl dư = nH2 = 0,1 mol
nFe2O3 = 0,1 => nAl (1) = 0,2 mol
=> Tổng số mol Al dùng là:
Theo bảo toàn nguyên tố (để ý tỉ lệ Na:Al trong NaAlO2 là 1:1)
=> nNa+ = 0,3 mol => V = 300 ml
7.3. Tính chất hóa học của Al:
Ví dụ 1: Cho 5,4 gam Al vào 100 ml dung dịch NaOH 0,2M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thể tích khí H2 đktc) thu được là
A. 4,48 lít B. 0,448 lít C. 0,672 lít D. 0,224 lít
Hướng dẫn giải chi tiết:
nNaOH = 0,1.0,2 = 0,02 (mol);
nAl= 0,2 (mol) → Al dư.
2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2+ 3H2
0,02 ← 0,02 → 0,03 (mol)
⟹ VH2 = 22,4.0,03 = 0,672 (lit)
Ví dụ 2: Hoà tan hoàn toàn 2,7 gam Al bằng dung dịch HNO3 (loãng, dư), thu được V lít khí N2O (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Giá trị của V là
A. 3,36.
B. 4,48.
C. 2,24.
D. 0,84.
Hướng dẫn giải chi tiết:
Quá trình cho – nhận e:
Al → Al +3 + 3e
0,1 → 0,3
2N+5 + 8e → N+12O
0,1→ 0,375
Bảo toàn e : 3nAl= 3nNO=> nAl= nNO = 0,1 mol.
=> VN2O = 0,0375.22,4 = 0,84 lít.
