Tính chất của Nhôm (Al): Tính chất hóa học, vật lí, Điều chế, Ứng dụng chi tiết nhất - Hoá học lớp 12

Tính chất của Nhôm (Al): Tính chất hóa học, vật lí, Điều chế, Ứng dụng chi tiết nhất

Tài liệu Tính chất của Nhôm (Al): Tính chất hóa học, vật lí, Điều chế, Ứng dụng chi tiết nhất Hoá học lớp 12 sẽ tóm tắt kiến thức trọng tâm về Tính chất của Nhôm (Al) từ đó giúp học sinh ôn tập để nắm vứng kiến thức môn Hoá học lớp 12.

I. Vị trí, cấu tạo

    - Nhôm có số hiệu nguyên tử 13, thuộc nhóm IIIA, chu kì 3.

    - Cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹, hay [Ne] 3s²3p¹.

    - Mạng tinh thể: nhôm có cấu tạo kiểu mạng lập phương tâm diện.

II. Tính chất vật lý

    - Nhôm là kim loại nhẹ, màu trắng bạc.

    - Nhôm rất dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt rất tốt.

III. Tính chất hóa học

    Tính khử mạnh: Al → Al³⁺ + 3e

1. Tác dụng với phi kim

    - Với oxi: Ở t^o thường tạo lớp màng oxit bảo vệ. Nếu đốt bột nhôm thì sẽ phản ứng mạnh.

    Ví dụ:

    - Với phi kim khác:

        + Với Cl₂, Br₂ phản ứng ngay ở t^o thường tạo thành AlCl₃, AlBr₃ phản ứng bốc cháy.

    Ví dụ:

        + Khi đun nóng, phản ứng được với I₂, S. Khi đun nóng mạnh, phản ứng được với N₂, C.

2. Tác dụng với axit

    - Axit thường: khử dễ dàng ion H⁺ thành H₂.

Al + 3HCl → AlCl₃ + 3/2 H₂

    - Axit oxi hóa: Không tác dụng với axit H₂SO₄, HNO₃ đặc nguội. Al tác dụng mạnh với axit HNO₃ loãng, H₂SO₄ đặc, nóng.

    Ví dụ:

3. Tác dụng với oxit kim loại – Phản ứng nhiệt nhôm

    Ở t^o cao, Al khử được nhiều ion kim loại trong oxit như (Fe₂O₃, Cr₂O₃, CuO …) thành kim loại tự do.

    Ví dụ:

4. Tác dụng với nước

    Vật bằng nhôm không tác dụng với H₂O ở bất kì t^o nào vì có lớp oxit bảo vệ. Nếu phá bỏ lớp bảo vệ, nhôm khử được nước ở t^o thường, nhưng phản ứng nhanh chóng dừng lại vì tạo kết tủa Al(OH)₃.

5. Tác dụng với dung dịch kiềm

Al + NaOH + 3H₂O → Na[(Al(OH)₄] + 3/2 H₂↑

    Phương trình ion thu gọn:

Al + OH^- + 3H₂O → [(Al(OH)₄]^- + 3/2 H₂↑

    Với chương trình cơ bản có thể viết:

Al + NaOH + H₂O → NaAlO₂ + 3/2 H₂↑

IV. Ứng dụng, điều chế

1. Ứng dụng

    - Nhôm có nhiều ưu điểm nhưng vì nó khá mềm lại kém dai nên người ta thường chế tạo hợp kim nhôm với magie, đồng, silic... để tăng độ bền.

        + Đura (95% Al, 4%Cu, 1%Mg, Mn, Si). Hợp kim đura nhẹ bằng 1/3 thép, cứng gần như thép.

        + Silumin (∼90% Al, 10%Si): nhẹ, bền.

        + Almelec (98,5% Al. còn lại là Mg, Si, Fe) dùng làm dây cáp.

        + Hợp kim electron (10,5% Al, 83,3% Mg, còn lại là Zn, Mn...), hợp kim này chỉ nặng bằng 65% Al lại bền hơn thép, chịu được sự thay đổi đột ngột nhiệt độ trong một giới hạn lớn nên được dùng làm vỏ tên lửa

    - Nhôm được dùng chế tạo các thiết bị trao đổi nhiệt và dụng cụ nấu ăn gia đình, nhôm còn được dùng là khung cửa và trang trí nội thất.

    - Bột nhôm dùng để chế tạo hỗn hợp tecmit (hỗn hợp bột Al và Fe₂O₃), được dùng để hàn đường ray, ...

2. Điều chế

    Từ quặng boxit (Al₂O₃.Fe₂O₃.SiO₂) cho tác dụng với dung dịch NaOH đặc, chất không tan là Fe₂O₃.

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → Na[(Al(OH)₄]

SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₂ + H₂O

    Sục CO₂ dư vào hỗn hợp dung dịch Al(OH)₃ kết tủa trở lại:

Na[(Al(OH)₄] + CO₂ → Al(OH)₃ + NaHCO₃

    Lọc kết tủa, nung đến khối lượng không đổi:

    Điện phân nóng chảy nhôm oxit và hỗn hợp cryolit (N) ở 900^oC.

    Vai trò của cryolit:

    Giảm nhiệt độ nóng chảy của Al₂O₃.

    Tăng khả năng dẫn điện của dung dịch điện phân.

    Tạo lớp xỉ trên bề mặt, ngăn cản quá trình oxi hóa Al của oxi.

* Một số hợp chất quan trọng

1. Nhôm oxit: Al₂O₃

    - Tính chất vật lý

        + Màu trắng, bền với nhiệt, không nóng chảy.

        + Không tác dụng với nước, không tan trong nước.

    - Tính chất hóa học

        + Là oxit lưỡng tính: phản ứng với kiềm nóng chảy và dung dịch axit:

    Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → Na[(Al(OH)₄]

    Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O

        + Vì rất bền nên Al₂O₃ rất khó bị khử thành kim loại: Khử Al₂O₃ bằng C không cho Al mà thu được Al₄C₃:

    Al₂O₃ + 9C → Al₄C₃ + 6CO

        + Al₂O₃ không tác dụng với H₂, CO ở bất kì nhiệt độ nào.

    - Ứng dụng:

        + Điều chế đá quý nhân tạo

        + Tinh thể Al₂O₃ còn được dùng để chế tạo các chi tiết trong các ngành kĩ thuật chính xác như chân kính đồng hồ, thiết bị phát tia laze,...

        + Bột Al₂O₃ có độ cứng cao (emeri) được dùng làm vật liệu mài.

        + Phần chủ yếu nhôm oxit được dùng để điều chế nhôm.

        + Ngoài ra, Al₂O₃ còn được dùng làm vật liệu chịu lửa: chén nung, ống nung và lớp lót trong các lò điện. Nhôm oxit tinh khiết còn được dùng làm ximăng tram răng.

    - Điều chế: Trong công nghiệp, Al₂O₃ được điều chế bằng cách nung Al(OH)^3- ở nhiệt độ cao 1200 – 1400^oC:

    2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O

2. Nhôm hydroxit: Al(OH)₃

    - Tính chất vật lý

        + Là hợp chất màu trắng, kết tủa keo, không tan trong nước, không bền nhiệt.

    - Tính chất hóa học

        + Dễ bị nhiệt phân thành nhôm oxit:

    2Al(OH)₃ −^{tº, xt}→) Al₂O₃ + 3H₂O

        + Là hợp chất lưỡng tính, tan trong axit và bazo:

    Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H₂O

    Al(OH)₃ + OH^- → [(Al(OH)₄]^-

    - Điều chế

    Cho muối Al³⁺ phản ứng với dung dịch NH₃ hoặc muối Na₂CO₃

    Al³⁺ + 3NH₃ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3NH⁴⁺

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