Hóa 12 Bài 27: Lý Thuyết Nhôm Và Hợp Chất Của Nhôm & Bài Tập

Nhôm là một kim loại phổ biến trong tự nhiên. Nhôm và hợp chất của nhôm được cho rằng có vai trò quan trọng ở đời sống hàng ngày cũng như trong phòng thí nghiệm hóa học. Để có thể hiểu rõ hơn về lý thuyết nhôm và hợp chất của nhôm, hãy cùng VUIHOC tìm hiểu kỹ hơn về Bài 27 nhôm và hợp chất của nhôm để có thể nắm chắc kiến thức để đạt điểm cao trong kỳ thi THPT Quốc gia nhé!

1. Nhôm

1.1. Vị trí trong bảng tuần hoàn và cấu hình electron nguyên tử

– Nhôm (Al) thuộc ô số 13, nhóm IIIA, chu kì 3 trong bảng tuần hoàn.

– Cấu hình electron của một nguyên tử nhôm là: (Z = 13) là 1s22s22p63s23p1, có thể viết gọn hơn [Ne]3s23p1.

1.2. Tính chất vật lý của nhôm

Nhôm (Al) có nguyên tử khối M = 27 đvC, nhôm có những tính chất vật lý sau:

– Nhôm là một kim loại mềm có tính dẻo cao, màu trắng bạc, có tính ánh kim mờ.

– Khối lượng riêng: 2,7 g/cm3.

– Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt (có độ dẫn điện của nhôm (Al) bằng 2/3 độ dẫn điện của đồng (Cu)).

– Nhiệt độ nóng chảy: 660°C.

1.3. Tính chất hóa học của nhôm

Kim loại nhôm là một kim loại có rất nhiều tính chất hóa học, dưới đây là các tính chất hóa học của nhôm.

1.3.1. Tác dụng với phi kim

a) Tác dụng với oxi

– Bột nhôm (Al) có thể cháy trong không khí khi được đun nóng cho ra hiện tượng ngọn lửa màu sáng chói.

2Al + 3O2 → Al2O3

* Lưu ý:

– Al chỉ có khả năng phản ứng với oxi trên bề mặt (vì sau khi tác dụng với oxi sẽ tạo ra lớp màng oxit bao phủ bề mặt, bảo vệ và ngăn cản Al tham gia phản ứng tiếp):

– Muốn một phản ứng xảy ra hoàn toàn thì ta cần phải loại bỏ lớp oxit bao phủ trên bề mặt kim loại Al (bằng cách tạo hỗn hợp Al – Hg hoặc dùng Al bột đun nóng).

b) Với các phi kim khác

– Nhôm có thể phản ứng được với một số phi kim khác → muối.

– Al xảy ra phản ứng tự bốc cháy khi tiếp xúc với các halogen:

Ví dụ: 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3

– Trong điều kiện đun nóng, Al tác dụng với bột lưu huỳnh S:

2Al + 3S → Al2S3

1.3.2. Tác dụng với axit

Nhôm có khả năng tác dụng với một số dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng,…) để tạo thành muối và giải phóng khí H2.

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 ↑

Al + H2SO4 loãng → Al2(SO4)3 + H2 ↑

1.3.3. Tác dụng với oxit kim loại

Ở nhiệt độ cao Nhôm có thể khử được một số oxit kim loại (đứng phía sau nhôm ở trong dãy điện hoá) gọi là phản ứng nhiệt nhôm.

2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3 (xúc tác nhiệt độ cao)

2Al + 3CuO → 3Cu + Al2O3 (xúc tác nhiệt độ cao)

1.3.4. Tác dụng với nước

Bình thường thì các vật dụng bằng nhôm không tác dụng với nước vì có lớp màng Al2O3 bảo vệ không cho nước thấm qua, nếu phá bỏ lớp màng này thì Al tác dụng với nước.

2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2↑

1.3.5. Tác dụng với dung dịch kiềm

Ngoài những tính chất hóa học trên, nhôm còn tác dụng được với dung dịch kiềm như NaOH, KOH,…

2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2 ↑

Al + Ca(OH)2 + H2O → Ca(AlO2)2 + H2 ↑

1.4. Ứng dụng và sản xuất nhôm

1.4.1. Ứng dụng

Ưu điểm đặc biệt của nhôm (Al) là khả năng chống mài mòn rất tốt và độ bền cao nên Al thường không xảy ra các phản ứng hóa học hay vật lý khi tiếp xúc. Vì thế, nhôm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong cuộc sống như thực phẩm, dược phẩm, công nghiệp, gia dụng,…

Các tính chất vật lý của Al thể hiện sự kết hợp tốt giữa sự bền, khả năng chống ăn mòn và độ dẻo. Vì vậy, nhôm có thể tồn tại ở dạng giấy bạc và lon nước giải khát, cũng như đường ống và ống tưới.

Al khi được đánh bóng cho ta thấy khả năng phản xạ tốt qua một loạt các bước sóng; dẫn đến việc lựa chọn nó cho nhiều mục đích sử dụng trang trí và chức năng. Bao gồm cả các thiết bị gia dụng và tia laser.

Tính dẫn nhiệt của hợp kim Al có lợi trong bộ trao đổi nhiệt, thiết bị bay hơi; thiết bị và đồ dùng được đốt nóng bằng điện; cũng như vành ô tô, đầu xi lanh và bộ tản nhiệt,…

Vật liệu nhôm trong y học

Nhôm là kim loại nhưng hợp chất của Al là nhôm Oxit lại có tính chất thích hợp trở thành vật liệu sinh học. Với tính chất trơn nhẵn nhôm oxit được chế tác che chắn các bề mặt tiếp xúc của các bộ phận giả trên cơ thể (hông, vai, chân, tay,…), rất an toàn không ảnh hưởng tới sức khỏe.

Ngoài ra Al2O3 còn được các hãng mỹ phẩm sản xuất kem che khuyết điểm, son, phấn má,… nhờ đặc tính làm bóng và mịn da.

Ứng dụng trong công nghiệp

Thật dễ dàng để bắt gặp những chiếc máy cắt, các chi tiết vận hành sản xuất được làm từ Al. Với tính chất sáng, không hoen rỉ Al đã dần trở thành những thành phần không thể thiếu được của mỗi nhà máy. Một số vật dụng được sản xuất từ Al như:

– Khung xe máy, khung xe ô tô

– Thùng xe tải, một số chi tiết khác

– Thanh tản nhiệt,…

Đặc biệt, Al được ứng dụng trong sản xuất của ngành hàng không. Thân và cánh máy bay được làm từ Al – đây là ứng dụng dựa vào đặc tính khối lượng riêng của nhôm nhẹ và bền rất cần thiết để máy bay có thể giảm trọng lượng tối đa khi bay trên bầu trời.

Ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày

Trong gia đình thì các vật dụng được làm từ nhôm chiếm đa số các vật dụng gia đình. Khác với các vật liệu từ sắt sẽ dễ bị hoen rỉ thì vật dụng bằng nhôm vừa có khả năng chống rỉ sét lại khá bền đẹp đạt độ thẩm mỹ cao. Một số vật dụng gia đình được làm từ nhôm như sau.

– Kệ tủ, tủ quần áo, tủ bếp,…

– Thanh ngang treo màn, móc quần áo áo, móc treo đồ,…

– Chậu, mâm, thìa,…

– Thang, bàn ghế, giường,…

Ứng dụng trong ngành xây dựng

Nhôm là loại vật liệu gần như phổ biến nhất Việt Nam bởi lẽ rất nhiều nguyên liệu của ngành xây dựng được làm từ chất liệu Al – từ giá thành đến tính chất đều thích hợp ứng dụng trong sản xuất nhỏ lẻ đại trà.

– Cửa sổ, cửa chính, cửa nhà vệ sinh,…

– Khung sườn bằng nhôm, tủ kệ

– Mái hiên, mặt tiền, mặt dựng, các vách ngăn,…

Ứng dụng trong ngành chiếu sáng

Thanh nhôm có khả năng định hình LED, hay đèn làm từ chất liệu nhôm trở thành các vật liệu quen thuộc trong ngành chiếu sáng. Được làm từ chất liệu là nhôm nên các thiết bị chiếu sáng này sẽ giảm được giá thành một cách đáng kể so với các dòng đèn chiếu sáng làm từ chất liệu là đồng hay hợp kim. Đồng thời với đặc tính chịu nhiệt tốt của nhôm sẽ giúp người dùng có được 1 sản phẩm thiếu sáng có tuổi thọ cao và hoạt động ổn định.

Một số ứng dụng khác của Al

– Nguyên vật liệu chính cho ngành tái chế – Al là vật liệu được khuyến nghị nên sử dụng nhiều bởi chúng có khả năng tái chế được. Sử dụng Al cũng là một cách bảo vệ môi trường sống.

– Thùng nhôm được ứng dụng trong ngành hóa chất để vận chuyển 2 loại axit đặc nguội H2SO4 và HNO3.

– Với nhiệt độ nóng chảy lên tới 660 độ C, nhôm được ứng dụng để tạo ra các dây dẫn điện vì dẫn điện rất tốt

– Tính chất mềm dẻo của nhôm dễ dàng kéo hoặc cán mỏng có thể được ứng dụng để làm đồ decor đa dạng mẫu mã chủng loại.

1.4.2. Sản xuất nhôm

– Nguyên liệu để sản xuất được kim loại nhôm là quặng bôxit, thành phần chủ yếu có trong quặng là Al2O3.

Phương pháp sản xuất: Điện phân hỗn hợp nóng chảy của nhôm oxit và criolit, thu được hỗn hợp nhôm và khí oxi

2. Một số hợp chất quan trọng của nhôm

2.1. Nhôm oxit

2.1.1. Tính chất vật lý

– Màu trắng sáng, bền với nhiệt độ, không nóng chảy.

– Không có khả năng tác dụng với nước và không tan trong nước.

2.1.2. Tính chất hóa học

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

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → Na[(Al(OH)4]

Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O

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

Al2O3 + 9C → Al4C3 + 6CO

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

2.1.3. Ứng dụng

+ Điều chế đá quý nhân tạo

+ Tinh thể oxit Al2O3 còn được ứng dụng để chế tạo các chi tiết trong các ngành kỹ thuật chính xác như trong chân kính đồng hồ, thiết bị phát tia laze,…

+ Bột oxit Al2O3 được ứng dụng làm vật liệu mài vì có độ cứng khá cao (emeri).

+ Nhôm oxit chủ yếu được dùng để điều chế nhôm.+ Ngoài ra, Al2O3 còn được ứng dụng làm vật liệu chịu lửa: chén nung, ống nung và lớp lót trong ở trong các lò điện. Nhôm oxit tinh khiết còn được ứng dụng làm xi măng trám răng trong nha khoa.

2.2. Nhôm hidroxit Al(OH)3

2.2.1. Tính chất vật lý

Là một hợp chất màu trắng, tồn tại ở dạng kết tủa keo, không tan được trong nước và không bền nhiệt.

2.2.2. Tính chất hóa học

+ Dễ bị nhiệt phân thành nhôm oxit:

+ Là một hợp chất lưỡng tính, tan được cả trong axit và bazơ:

Al(OH)3 + 3H+ → Al3+ + 3H2O

Al(OH)3 + OH- → [(Al(OH)4]-

Ví dụ:

Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O

Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]

2.2.3. Điều chế

Cho muối Al3+ có khả năng phản ứng được với dung dịch NH3 hoặc muối Na2CO3

Al3+ + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3 + 3NH4+

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

Hoặc phản ứng từ muối NaAlO2:

2NaAlO2 + CO2 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + Na2CO3

NaAlO2 + CH3COOH + H2O → Al(OH)3↓ + CH3COONa

NaAlO2 + HCl + H2O → Al(OH)3↓ + NaCl

2.3. Nhôm sunfat Al2(SO4)3

– Nhôm sunfat (Al2SO4) là một chất bột có màu trắng, có thể bị phân hủy ở nhiệt độ trên 770oC. Nhôm sunfat kết hợp với kim loại kiềm tạo thành loại muối gọi là phèn nhôm, mà quan trọng nhất là phèn chua K2SO4.Al2SO4.24H2O.

– Phèn chua tồn tại ở dạng tinh thể, không có màu, có vị hơi chua và hơi chát.

– Phèn chua được ứng dụng nhiều trong công nghiệp giấy, nhuộm, thuộc da và làm trong nước là những ứng dụng rất quan trọng trong cuộc sống hàng ngày. Những công dụng này đều xuất phát từ sự thủy phân khá mạnh trong nước của muối nhôm tạo thành nhôm hidroxit:

KAl(SO4)2.12H2O → K+ + Al3+ + 2SO42- + 12H2O

Al3+ + 3H2O ↔ Al(OH)3↓ + 3H+

2.4. Nhận biết ion Al3+ trong dung dịch

Phương pháp: Cho từ từ dung dịch NaOH cho đến dư vào dung dịch thí nghiệm, nếu thấy có hiện tượng kết tủa keo xuất hiện rồi tan lại trong NaOH dư thì chứng tỏ có ion Al3+.

PTHH: 

Al3+ + 3OH– → Al(OH)3 ↓

Al(OH)3 + OH– → AlO2– + 2H2O

3. Một số bài tập trắc nghiệm về nhôm và hợp chất của nhôm

                     Nhôm và hợp chất của nhôm bài tập

Câu 1: Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, nhôm (Al) có số thứ tự là 13. Phát biểu nào sau đây là chính xác?

A. Al là kim loại thuộc chu kì 3, nhóm IIIA

B. Al là kim loại thuộc chu kì 3, nhóm IIIB

C. Ion kim loại nhôm có cấu hình e lớp ngoài cùng là 2s2

D. Ion kim loại nhôm có cấu hình e lớp ngoài cùng là 3s2

 

Câu 2: Kim loại nhôm nào dưới đây có mô tả về ứng dụng chưa chính xác?

A. Ứng dụng trong vật liệu chế tạo ôtô, máy bay hoặc tên lửa vũ trụ

B. Ứng dụng trong khung cửa, các đồ dùng trang trí nội thất và mạ đồ trang sức

C. Làm dây dẫn điện, thiết bị trao đổi nhiệt, công cụ đun nấu trong gia đình 

D. Điều chế tạo nên hỗn hợp tecmit , được ứng dụng trong hàn gắn đường ray xe lửa

 

Câu 3: Mô tả nào dưới đây không phù hợp với nhôm?

A. Nằm ở ô thứ 13, chu kỳ 2, nhóm IIIA

B. Cấu hình e [Ne] 3S23P1

C. Tinh thể cấu tạo là một lập phương tâm diện 

D. Mức oxi hóa đặc trưng +3

 

Câu 4: Mô tả nào trong các mô tả dưới đây về tính chất vật lý của nhôm là không chính xác?

A. Màu trắng bạc 

B. Là kim loại nhẹ 

C. Mềm, dễ kéo sợi và dát mỏng 

D. Có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt hơn các kim loại Fe, Cu

 

Câu 5: Nhận xét nào dưới đây là đúng ?

A. Nhôm kim loại không tác dụng với nước do thể khử của nhôm lớn hơn thể khử của nước 

B. Trong phản ứng hóa học của nhôm với dung dịch NaOH thì NaOH đóng vai trò là một chất oxi hóa 

C. Các vật dụng bằng nhôm sẽ không bị oxi hóa tiếp và không tan trong nước do được bảo vệ bởi lớp màng oxit Al2O3

D. Do có tính khử mạnh nên nhôm không phản ứng với các axit HCl, HNO3, H2SO4 trong mọi điều kiện

 

Câu 6: So sánh thể tích khí H2 thoát ra khi cho Al tác dụng với một lượng dư dung dịch NaOH (1) và thể tích khí N2 thu được duy nhất thu được khi cho cùng một lượng nhôm trên tác dụng với dung dịch HNO3 loãng dư (2).

A. (1) gấp 5 lần (2)                    B. (2) gấp 5 lần (1)

C. (1) bằng (2)                           D. (1) gấp 2,5 lần (2)

 

Câu 7: Cho phản ứng sau: Al + H2O + NaOH → NaAlO2 + 3/2 H2

Chất đóng vai trò là chất oxi hóa trong phản ứng này là?

A. Al                                           B. H2O 

C. NaOH                                    D. NaAlO2

 

Câu 8: Kim loại có thể được điều chế được từ quặng boxit là?

A. Nhôm                                     B. Sắt 

C. Magiê                                    D. Đồng 

 

Câu 9: Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thì trường hợp nào sau đây có thể tạo ra kết tủa?

A. Thêm dư NaOH vào dung dịch AlCl3

B. Thêm dư AlCl3 vào dung dịch NaOH

C. Thêm dư HCl vào dung dịch Na[Al(OH)4]

D. Thêm dư CO2 vào dung dịch NaOH

 

Câu 10: Có 3 chất: Mg, Al và Al2O3. Có thể phân biệt 3 chất chỉ bằng một thuốc thử là dung dịch?

A. HCl                                         B. HNO3

C. NaOH                                     D. CuSO4

 

Câu 11: Dung dịch nào sau đây có thể làm đổi màu quỳ tím sang màu xanh?

A. K2SO4

B. KAl(SO4)2.12H2O 

C. Na[Al(OH)4] 

D. AlCl3

 

Câu 12: Cặp chất nào sau đây khi phản ứng không tạo sản phẩm có chứa khí?

A. Dung dịch Al(NO3)3 + dung dịch Na2S 

B. Dung dịch AlCl3 + dung dịch Na2CO3

C. Al + dung dịch NaOH 

D. Dung dịch AlCl3 + dung dịch NaOH

 

Câu 13: Hợp kim nào dưới đây không phải hợp kim của nhôm?

A. Silumin                                   B. Duyra 

C. Elecđron                                 D. Inox

 

Câu 14: Loại quặng hay đá quý nào sau đây có chứa thành phần là nhôm oxit trong thành phần hóa học của nó?

A. Boxit                                       B. Hồng ngọc 

C. Bích ngọc                               D. Cả A, B và C

 

Câu 15: Cấu hình e của Al3+ giống với cấu hình e của?

A. Mg2+

B. Na+

C. Ne 

D. Cả A, B và C

 

Đáp án

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

A

A

A

D

C

A

B

A

B

C

C

D

D

D

D

Trên đây là tổng hợp của VUIHOC về nhôm và hợp chất của nhôm kèm những phần kiến thức liên quan. Các em học sinh có thể hiểu một cách rõ ràng nhất về các tính chất, đặc điểm và vai trò của nhôm thông qua bài viết này. Để tìm hiểu về các chất khác trong Hoá học cấp THPT, các em truy cập vào Vuihoc.vn để đăng ký tài khoản hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ và bắt đầu hành trình ôn luyện kiến thức nhé!