Hóa Học 12 Bài 27: Nhôm Và Hợp Chất Của Nhôm

1. Tóm tắt lý thuyết

1.1. Nhôm

a. 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.

b. 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.

c. 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

- Tác dụng với Halogen

2Al + 3Cl2 → 2AlCl3

- Tác dụng với oxi

4Al + 3O2 → 2Al2O3

- Tác dụng với axit

2Al + 6 HCl → 2AlCl3 + 3 H2 ​

- 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.

- Tác dụng với oxit kim loại

2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe

- 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: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2

​+ 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.

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

d. Ứng dụng và trạng thái tự nhiên

- 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.

- 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 …

e. Sản xuất Nhôm

- Nguyên liệu

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

- Nguyên tắc

Khử ion Al3+ thành Al.

- 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 → 900oC ) 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 2O2- → O2 + 4e

1.2. Một số hợp chất quan trọng của Nhôm

a. Nhôm oxit Al2O3

- Tính chất vật lí

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

- 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

- 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.

b. Nhôm hidroxit Al(OH)3

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.

Tính chất hóa học

- Tính chất kém bền nhiệt:

Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O

- Tính chất lưỡng tính:

Al(OH)3+ 3HCl → AlCl3 + 3H2O

Al(OH)3+NaOH → NaAlO2+ 2H2O

c. 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

d. 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

2. Bài tập minh họa

2.1. Dạng 1: Bài toán về tính lưỡng tính của nhôm, hợp chất của nhôm

Phương pháp

- Al, Al2O3, Al(OH)3 ngoài tác dụng với axit còn có khả năng phản ứng với dung dịch kiềm.

- Khi cho muối Al3+ tác dụng với dung dịch kiềm, tùy theo tỉ lệ mol mà phản ứng xảy ra theo thứ tự:

Al3+ + 3OH- → Al(OH)3 (1)

Nếu OH- dư tiếp tục xảy ra phản ứng:

Al(OH)3 + OH- → AlO2- + H2O (2)

- Dung dịch muối có khả năng tác dụng với axit tạo kết tủa:

AlO2- + H+ + H2O → Al(OH)3

Các dạng bài thường gặp:

- Nếu tính được tỉ lệ = T

+ T ≤ 3 ⇒ Al3+ dư ⇒ chỉ xảy ra phản ứng (1) và tạo kết tủa

nOH- = 3n↓

+ T ≥ 4⇒ OH- dư sau phản ứng (1) và đủ hoặc dư phản ứng (2) do đó kết tủa bị hòa tan hết, không tạo kết tủa

+ 3 < T < 4 ⇒ Xảy ra cả phản ứng (1) và (2): Kết tủa tạo ra ở phản ứng (1) và bị tan 1 phần ở phản ứng (2)

nOH- = 4nAl3+ - n↓

- Nếu bài toán cho n↓ và nAl3+

+ n↓ = nAl3+ ⇒ Chỉ xảy ra phản ứng (1)

+ n↓ ≠ nAl3+

TH1: Al3+ dư, chỉ xảy ra phản ứng (1) ⇒ nOH- = 3n↓

TH2: OH- dư sau phản ứng (1) ⇒ xảy ra phản ứng (2) và kết tủa bị hòa ton 1 phần

- Khi cho từ từ OH- vào dung dịch Al3+, dựa vào số liệu và hiện tượng để xét các trường hợp trên để giải toán

Chú ý:

+ Lượng OH- lớn nhất khi OH- dư và hòa tan kết tủa:

nOH- = 4nAl3+ - n↓

+Lượng kết tủa lớn nhất khi kết tủa sinh ra chưa bị hòa tan:

n↓ = nAl3+

+ Khi cho từ từ H+ ( hoặc sục khí CO2) vào dung dịch chứa AlO2- ( hay Al(OH)4-) thì các phản ứng xảy ra theo thứ tự

AlO2- + H+ + H2O → Al(OH)3 (3)

Sau đó H+ dư xảy ra phản ứng:

Al(OH)3 + 3H+ → Al3+ + 3H2O (4)

Tùy vào tỉ lệ số mol của AlO2- và H+ mà có thể kết tủa lại hoặc tạo kết tủa và kết tủa tan

+ Nếu AlO2- dư ⇒ Chỉ xảy ra phản ứng (3)

nH+ = n↓

+ Nếu H+ dư, tạo kết tủa rồi kết tủa lại tan một phần ⇒ Xảy ra cả phản ứng (3) và (4)

nH+ = 4nAlO2- - 3n↓

Bài 1: được 7,8g kết tủa. Vậy giá trị của V là:

A. 0,3 và 0,6

B. 0,3 và 0,7

C. 0,4 và 0,8

D. 0,3 và 0,5

Hướng dẫn giải

n↓ = nAl(OH)3 = 7,8/78 = 0,1 mol

nAl3+ = 0,75.0,2 = 0,15 ≠ n↓

⇒ TH2: Al3+ dư ; nOH- = 3n↓ = 0,3⇒ nBa(OH)2 = 0,15⇒ V = 0,3

⇒ TH2: OH- dư hòa tan một phần kết tủa

nOH- = 4nAl3+ - n↓ = 0,5 ⇒ nBa(OH)2 = 0,25 ⇒ V = 0,5

→ Đáp án D

Bài 2: Cho từ từ 0,7 mol NaOH vào dung dịch chứa 0,1 mol Al2(SO4)3. Số mol kết tủa thu được là:

A. 0,2

B. 0,15

C. 0,1

D. 0,05

Hướng dẫn giải

nAl3+ = 0,2

nOH- : nAl3+ = 0,7 : 0,2 = 3,5

⇒ Tạo kết tủa Al(OH)3 và kết tủa tan một phần

nOH- = 4nAl3+ - n↓ ⇒ n↓ = 4.0,2 – 0,7 = 0,1 mol

→ Đáp án C

Bài 3: Cho 200ml dung dịch AlCl3 1,5M tác dụng với V lít dung dịch NaOH 0,5M thì lượng kết tủa là 15,6g. Gía trị lớn nhất của V là:

A. 1,8

B. 2.4

C. 2

D. 1,2

Hướng dẫn giải

nAl3+ = 0,3 ≠ n↓ = 15,6:78 = 0,2

OH- lớn nhất khi: nOH- = 4nAl3+ - n↓ = 1 mol

⇒ V = 2 lít

→ Đáp án C

Bài 4: Cho 2,7g Al vào 200ml dung dịch NaOH 1,5M thu được dung dịch A. Thêm từ từ 100ml dung dịch HCl vào dung dịch A thu được 5,46g kết tủa. Nồng độ của HCl là:

A. 2,5 và 3,9

B. 2,7 và 3,6

C. 2,7 và 3,5

D. 2,7 và 3,9

Hướng dẫn giải

nAl = 0,1; nNaOH = 0,3

Al + H2O + NaOH → NaAlO2 + 3/2H2

⇒ nNaOH dư = 0,2 mol; nAlO2- = 0,1 mol

nAl(OH)3 = 5,46 : 78 = 0,07 ≠ nAlO2-

⇒ TH1: H+ thiếu AlO2- vẫn còn dư

nH+ = nOH-dư + n↓ = 0,2 + 0,07 = 0,27 ⇒ CM HCl = 2,7M

⇒ TH2: tạo Al(OH)3 và bị hòa tan một phần bởi H+

nH+ = nOH-dư + 4nAlO2- - 3n↓ = 0,2 + 4.0,1 – 3.0,07 = 0,39

CM HCl = 3,9M

→ Đáp án D

2.2. Dạng 2: Phản ứng nhiệt nhôm (Cho bột Al tác dụng với oxit kim loại)

Phương pháp

2yAl + 3MxOy → yAl2O3 + 3Xm

M là các kim loại có tính khử trung bình và yếu

Thường gặp: 2yAl + 3FexOy → yAl2O3 + 3xFe

Các trường hợp có thể xảy ra:

- Hiệu suất phản ứng H= 100% ( phản ứng xảy ra hoàn toàn) . Nếu cho sản phẩm tác dụng với dung dịch kiềm có H2 thoát ra, thì sản phẩm có Al dư, Fe và Al2O3

- Nếu H < 100% ( phản ứng không hoàn toàn). Khi đó hỗn hợp sau phản ứng gồm: Al, FexOy, Al2O3, Fe.

Bài 1: Nung hỗn hợp gồm 10,8g Al và 16,0g Fe2O3 ( trong điều kiện không có không khí), sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chất rắn Y. Khối lượng kim loại trong Y là:

A. 5,6g

B. 22,4g

C. 11,2g

D. 16,6g

Hướng dẫn giải

nAl = 0,4; nFe2O3 = 0,1 mol

2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe

⇒ nAl dư = 0,4 – 0,2 = 0,2 mol

⇒nFe = 2 nFe2O3 = 0,2

⇒mkl = mAl + mFe = 0,2.27 + 0,2.56 = 16,6g

→ Đáp án D

Bài 2: Đốt nóng một hỗn hợp gồm Al và Fe2O3 (trong điều kiện không có không khí). Nếu cho những chất sau phản ứng tác dụng với NaOH dư sẽ thu được 0,3mol H2; còn nếu cho tác dụng với dung dịch HCl dư sẽ thu được 0,4 mol H2. Vậy số mol Al trong hỗn hợp X là:

A. 0,3

B. 0,4

C. 0,25

D. 0,6

Hướng dẫn giải

Cho hỗn hợp sau phản ứng tác dụng với NaOH → H2

⇒ Trong hỗn hợp có Al dư; nAl = 2/3nH2 = 0,2 mol

Cho tác dụng với HCl: nH2 = 3/2 nAl + nFe⇒ nFe = 0,1 mol

Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe

0,1 ← 0,1 ( mol)

⇒ nAl = 0,2 + 0,1 = 0,3 mol

→ Đáp án A

3. Luyện tập

3.1. Bài tập tự luận

Câu 1: 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?

Câu 2: Khi nhỏ từ từ dung dịch AlCl3 cho tới dư vào dung dịch NaOH và lắc đều thì xảy ra hiện tượng gì?

Câu 3: Dùng 200 ml dung dịch NaOH 1M để hòa tan hết tối đa m gam Al2O3. Giá trị của m là?

Câu 4: 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?

Câu 5: 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?

3.2. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Thực hiện các thí nghiệm sau:

(a) Cho từ từ khí CO2 đến dư vào dung dịch Ca(OH)2.

(b) Cho từ từ dung dịch NaOH đến dư vào dung dịch AlCl3.

(c) Cho từ từ dung dịch NH3 đến dư vào dung dịch AlCl3.

(d) Cho từ từ dung dịch HCl đến dư vào dung dịch NaAlO2.

(e) Cho từ từ khí CO2 đến dư vào dung dịch NaAlO2.

Số thí nghiệm có kết tủa trắng sau khi phản ứng kết thúc là

A. 3.

B. 2.

C. 4.

D. 1.

Câu 2: Cho 100ml dung dịch AlCl3 1M tác dụng với 200ml dung dịch NaOH. Kết tủa tạo thành được làm khô và nung đến khối lượng không đổi được chất rắn cân nặng 2,55 gam. Nồng độ của dung dịch NaOH ban đầu là

A. 1,25M.

B. 1,50M.

C. 1,75M.

D. 1,00M.

Câu 3: Cho các chất rắn đựng trong các lọ mất nhãn BaO, MgO, Al2O3. Chỉ dùng một hóa chất nào sau đây có thể nhận biết được 3 chất trên?

A. H2O.

B. HCl.

C. H2SO4.

D. Fe(OH)2.

Câu 4: Cho V lít dung dịch NaOH 0,4M tác dụng với dung dịch Al2(SO4)3 có chứa 58,14g chất tan thu được 23,4g kết tủa. Giá trị lớn nhất của V là

A. 2,65 lít

B. 2,24 lít

C. 1,12 lít

D. 3,2 lít

Câu 5: Cho 150 cm3 dung dịch NaOH 7M tác dụng với 100cm3 dung dịch Al2(SO4)3 1M. Nồng độ mol của NaOH trong dung dịch sau phản ứng là

A. 0,8M.

B. 1,2M.

C. 1M.

D. 0,75M.

3.3. Trắc nghiệm Online

Các em hãy luyện tập bài trắc nghiệm Nhôm và hợp chất của Nhôm Hóa học 12 sau để nắm rõ thêm kiến thức bài học.

Trắc Nghiệm

4. Kết luận

Qua bài học này các em cần nắm được một số nội dung sau đây. Cùng với đó là những bài tập SGK giúp các em rèn kỹ năng giải bài tập.

• Xác định được vị trí của nhôm trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
• Biết được cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lý cũng như tính chất hóa học và phương pháp của sản xuất nhôm.
• Tính chất cũng như ứng dụng của một số hợp chất quan trọng của nhôm như: Nhôm oxit, Nhôm hidroxit, Nhôm.