Nhôm và hợp chất A- nhôm Nhôm là kim loại hoạt động khá mạnh, tác dụng đợc với nhiều đơn chất và hợp chất. 1- Tác dụng với phi kim Khi đun nóng, nhôm tác dụng với nhiều phi kim nh oxi, lu huỳnh, halogen. 4Al + 3O 2 2Al 2 O 3 2Al + 3S Al 2 S 3 2Al + 3Cl 2 2AlCl 3 2- Tác dụng với axit a) Dung dịch axit HCl và H 2 SO 4 loãng giải phóng hidro: 2Al + 6HCl 2AlCl 3 +3 H 2 2Al + 3H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 b) Dung dịch H 2 SO 4 đặc, nóng: 2Al + 6H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O Chú ý: Al không tan trong dung dịch H 2 SO 4 đặc nguội! c) Dung dịch HNO 3 : Nhôm tác dụng với dung dịch HNO 3 tạo thành Al(NO 3 ) 3 , nớc và các sản phẩm ứng với số oxi hoá thấp hơn của nitơ: NH 4 NO 3 ; N 2 ; N 2 O ; NO ; NO 2 . Sản phẩm tạo thành có thể là một hỗn hợp khí, khi đó ứng với mỗi khí, viết một ph ơng trình phản ứng. Ví dụ sản phẩm gồm khí N 2 O và N 2 : 10Al + 36HNO 3 10Al(NO 3 ) 3 + 3N 2 + 18H 2 O 8Al + 30HNO 3 8Al(NO 3 ) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O Chú ý: Al không tan trong dung dịch HNO 3 đặc nguội! 3- Tác dụng với nớc 2Al + 6H 2 O 2Al(OH) 3 + 3H 2 Phản ứng này chỉ xảy ra trên bề mặt của thanh Al do Al(OH) 3 tạo thành không tan đã ngăn cản phản ứng. Thực tế coi Al không tác dụng với nớc! 4- Tác dụng với dung dịch kiềm 2Al + 2NaOH + 2H 2 O 2NaAlO 2 + 3H 2 2Al + Ba(OH) 2 + 2H 2 O Ba(AlO 2 ) 2 + 3H 2 Bản chất của quá trình Al tan trong dung dịch bazơ kiềm là: 2Al + 6H 2 O 2Al(OH) 3 + 3H 2 1 t o Al(OH) 3 + NaOH NaAlO 2 + 2H 2 O 5- Tác dụng với dung dịch muối 2Al + 3CuSO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Cu Al + 3AgNO 3 Al(NO 3 ) 3 + 3Ag 6- Tác dụng với oxit kim loại (phản ứng nhiệt nhôm): a)- Khái niệm Nhiệt nhôm là phơng pháp điều chế kim loại bằng cách dùng Al kim để khử oxit kim loại thành kim loại ở nhiệt độ cao trong điều kiện không có không khí. 2Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + 2Fe (*) b- Phạm vi áp dụng Phản ứng nhiệt nhôm chỉ sử dụng khi khử các oxit của kim loại trung bình và yếu nh: oxit sắt, (FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ) oxit đồng, oxit chì Không sử dụng phơng pháp này để khử các oxit kim loại mạnh nh: ZnO, MgO c) Mối liên hệ giữa khối lợng chất rắn trớc phản ứng và khối lợng chất rắn sau phản ứng: Trong quá trình nhiệt nhôm, các chất trớc phản ứng và sau phản ứng đều là các chất rắn (các kim loại và oxit kim loại). Nh vậy: Khối lợng chất rắn trớc phản ứng = Khối lợng chất rắn sau phản ứng d) Hiệu suất trong phản ứng nhiệt nhôm Giả sử tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp bột gồm Al = x mol và Fe 2 O 3 = y mol theo phơng trình (*). Trờng hợp 1: Phản ứng diễn ra hoàn toàn ( H = 100%), khi đó có 2 khả năng: - Nếu Al d: chất rắn A sau phản ứng gồm Al = x-2y, Al 2 O 3 = y và Fe = 2y. Khi cho A tác dụng với dung dịch kiềm sẽ có khí bay ra. - Nếu Al hết: chất rắn A sau phản ứng gồm Fe 2 O 3 = y- 0,5x, Al 2 O 3 = 0,5x và Fe= 2x. Khi cho A tác dụng với dung dịch kiềm không có khí bay ra. Trờng hợp 2: Phản ứng diễn ra không hoàn toàn (H<100%), khi đó đặt số mol phản ứng theo một biến mới. Chất rắn sau phản ứng gồm 4 chất: Al, Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 và Fe. e) Bài toán chia chất rắn sau phản ứng nhiệt nhôm thành hai phần khác nhau. Xét quá trình nhiệt nhôm diễn ra theo phản ứng (*). Giả sử phản ứng diễn ra hoàn toàn, Al d, chất rắn sau phản ứng đợc chia thành 2 phần có khối lợng khác nhau. - Gọi số mol các chất trong phần 1 là Al = a, Al 2 O 3 = b và Fe = 2b. - Gọi số mol các chất trong phần 2 là Al = ka, Al 2 O 3 = kb và Fe = 2kb. Chú ý: - Không gọi số mol cho các chất trớc khi tham gia phản ứng nhiệt nhôm. 2 t o - Tỉ lệ số mol của các chất sản phẩm = tỉ lệ các hệ số trong phơng trình phản ứng. B- nhôm oxit 1- Tính chất vật lý: Là chất rắn màu trắng, không tan trong nớc. 2- Tính chất hoá học: (Tính chất lỡng tính) Tác dụng với dung dịch axit: Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O Tác dụng với dung dịch bazơ muối aluminat: Al 2 O 3 + 2NaOH 2NaAlO 2 + H 2 O Al 2 O 3 + Ba(OH) 2 Ba(AlO 2 ) 2 + H 2 O 3- Điều chế: - Cho Al tác dụng với oxi. - Nhiệt phân Al(OH) 3 : 2Al(OH) 3 Al 2 O 3 + 3H 2 O c- nhôm hidroxit 1- Tính chất vật lý: Là chất kết tủa keo màu trắng, không tan trong nớc. 2- Tính chất hoá học: (Tính chất lỡng tính) Tác dụng với dung dịch axit: Al(OH) 3 + 3HCl AlCl 3 + 3H 2 O Tác dụng với dung dịch bazơ muối aluminat: Al(OH) 3 + NaOH NaAlO 2 + 2H 2 O 2Al(OH) 3 + Ba(OH) 2 Ba(AlO 2 ) 2 + 4H 2 O Chú ý: Al(OH) 3 không tan đợc trong các dung dịch bazơ yếu nh NH 3 , Na 2 CO 3 3- Điều chế a) Từ dung dịch muối Al 3+ nh AlCl 3 , Al(NO 3 ) 3 , Al 2 (SO 4 ) 3 : - Tác dụng với dung dịch bazơ yếu ( dung dịch NH 3 , dung dịch Na 2 CO 3 ): AlCl 3 + 3NH 3 + 3H 2 O Al(OH) 3 + 3NH 4 Cl Al(OH) 3 tạo thành không tan khi cho NH 3 d. 2AlCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O 2Al(OH) 3 + 6NaCl + 3CO 2 - Tác dụng với dung dịch bazơ mạnh: dung dịch NaOH, KOH : AlCl 3 + 3NaOH Al(OH) 3 + 3NaCl Al(OH) 3 tạo thành tan dần khi cho kiềm d: Al(OH) 3 + NaOH NaAlO 2 + 2H 2 O Phơng trình tổng quát khi cho AlCl 3 tác dụng với dung dịch NaOH d: AlCl 3 + 4NaOH NaAlO 2 + 3NaCl + 2H 2 O b) Từ dung dịch muối aluminat (NaAlO 2 , KAlO 2 ): 3 đpnc - Tác dụng với dung dịch axit yếu (khí CO 2 , dung dịch NH 4 Cl, dung dịch AlCl 3 ): NaAlO 2 + CO 2 + 2H 2 O Al(OH) 3 + NaHCO 3 Al(OH) 3 tạo thành không tan khi sục khí CO 2 d. NaAlO 2 + NH 4 Cl + H 2 O Al(OH) 3 + NaCl + NH 3 3NaAlO 2 + AlCl 3 + 3H 2 O 4Al(OH) 3 + 3NaCl - Tác dụng với dung dịch axit mạnh (dung dịch HCl ): NaAlO 2 + HCl + H 2 O Al(OH) 3 + NaCl Al(OH) 3 tạo thành tan dần khi cho axit d: Al(OH) 3 + 3HCl AlCl 3 + 3H 2 O Phơng trình tổng quát khi cho NaAlO 2 tác dụng với dung dịch HCl d: NaAlO 2 + 4HCl AlCl 3 + NaCl + 2H 2 O D- muối nhôm Hầu hết các muối nhôm đều tan trong nớc và tạo ra dung dịch có môi trờng axit yếu làm chuyển quỳ tím thành màu hồng: [Al(H 2 O)] 3+ + H 2 O [Al(OH)] 2+ + H 3 O + Một số muối nhôm ít tan là: AlF 3 , AlPO 4 Muối nhôm sunfat có khả năng tạo phèn. Công thức của phèn chua là K 2 SO 4 .Al 2 (SO 4 ) 3 .24H 2 O. E- Sản xuất nhôm Nguyên liệu để sản xuất nhôm là quặng boxit Al 2 O 3 .nH 2 O. Quặng boxit thờng lẫn các tạp chất là Fe 2 O 3 và SiO 2 . Ngời ta làm sạch nguyên liệu theo trình tự sau: Quặng boxit đợc nghiền nhỏ rồi đợc nấu trong dung dịch xút đặc ở khoảng 180 o C. Loại bỏ đợc tạp chất không tan là Fe 2 O 3 , đợc dung dịch hỗn hợp hai muối là natri aluminat và natri silicat: Al 2 O 3 + 2NaOH 2NaAlO 2 + H 2 O SiO 2 + 2NaOH Na 2 SiO 3 + H 2 O Sục CO 2 vào dung dịch, Al(OH) 3 tách ra: NaAlO 2 + CO 2 + 2H 2 O Al(OH) 3 + NaHCO 3 Lọc và nung kết tủa Al(OH) 3 ở nhiệt độ cao (>900 o C) ta đợc Al 2 O 3 khan. Điện phân nóng chảy Al 2 O 3 với criolit (3NaF.AlF 3 hay Na 3 AlF 6 ) trong bình điện phân với hai điện cực bằng than chì, thu đợc nhôm: Al 2 O 3 2Al + 2 3 O 2 4 Các phản ứng phụ xảy ra trên điện cực: khí oxi ở nhiệt độ cao đã đốt cháy d ơng cực là cacbon, sinh ra hỗn hợp khí là CO và CO 2 theo các phơng trình: C + O 2 CO 2 2C + O 2 2CO Sự khử ion Al 3+ trong Al 2 O 3 là rất khó khăn, không thể khử đợc bằng những chất khử thông thờng nh C, CO, H 2 5