Bài giảng Hóa học - Bài 33: Nhôm

 KÍNH CHÀO CÁC QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC EMMột số ứng dụng của nhôm:Khung cửa bằng nhômNhôm và hợp kim của nhôm nhẹ chế tạo cánh và vỏ máy bayThiết bị tản nhiệt cho Main Dụng cụ đun nấuBài 33: NhômNội dungI, Vị trí và cấu tạoII, Tính chất vật lýIII, Tính chất hóa họcIV, Ứng dụng và Sản xuất I, Vị trí và cấu tạo1, Vị trí của nhôm trong bảng HTTH4Be5 B 6 C12Mg13 Al14 SiDựa vào bảng tuần hoàn các NTHH, hãy cho biết vị trí củanhôm trong BTH ?Vị trí của nhôm: + Số thự tự: 13 + Thuộc nhóm IIIA: dưới B (Phi kim) + Thuộc chu kì 3: Sau Mg (kim loại) và trước Si (Phi kim)IIA IIIA IVACK 2CK 32, Cấu tạo + Cấu hình electron: [ Ne] 3s23p1* CÊu t¹o nguyªn tö+ rAl = 1,125 nm < rMg = 0,16 nm+ NL ion hãa ho¸ cña nh«m thÊp vµ NL ion ho¸ I3 chØ lín h¬n NL ion ho¸ I2 cã 1,5 lÇn. VËy khi cung cÊp ®ñ NL cho nguyªn tö nh«m sÏ cã 3 electron t¸ch ra khái nguyªn tö+ Nguyªn tö nh«m cã ®é ©m ®iÖn 1,61: Nhá, nh­ng lín h¬n so víi Mg*CÊu t¹o ®¬n chÊt + M¹ng tinh thÓ lËp ph­¬ng t©m diÖn + MËt ®é electron tù do trong tinh thÓ kh¸ línHãy nêu đặc điểm cấu tạo của nguyên tử nhôm (cấu hình electron, NL ion hóa, độ âm điện, bán kính nguyên tử ?Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo của nguyên tử , hãy cho biết xu hướng của nguyên tử nhôm khi tham gia các pư hóa học ?Xu hướng của nguyên tử nhôm khi tham gia các pư hóa học là dễ nhường đi 3e để tạo ra ion Al3+ có cấu hình bền vững của khí hiếm Ne.III, Tính chất vật lýNh«m lµ kim lo¹i mµu tr¾ng b¹c, mÒm, dÔ kÐo sîi vµ d¸t máng Nh«m lµ kim lo¹i nhÑ ( 2,7g/cm3) ton/c = 660oCNh«m dÉn ®iÖn vµ dÉn nhiÖt tèt: ®é dÉn ®iÖn = 2/3 ®ång nh­ng l¹i h¬n ®ång 3 lÇn, ®é dÉn ®iÖn cña nh«m gÊp 3 lÇn s¾tII, Tính chất hóa học1, Tác dụng với phi kimAl tác dụng trực tiếp và mạnh với nhiều phi kim Vd1: T¸c dông víi oxi ngay ë nhiÖt ®é th­êng, nÕu ®èt nãng thi nh«m ch¸y s¸ng chãi trong kh«ng khÝ vµ p­ to¶ nhiÒu nhiÖt 4Al + 3O2  2Al2O3 Nh«m vµ c¸c vËt b»ng nh«m bÒn trong kh«ng khÝ do trªn bÒ mÆt cã líp b¶o vÖ bÒn v­ng Al2O3 Vd2: Nh«m bèc ch¸y trong khÝ clo 2Al + 3Cl2  2AlCl3 NhËn xÐt: Nh«m cã tÝnh khö m¹nh, nh­ng yÕu h¬n so víi kim lo¹i kiÒm vµ kim lo¹i kiÒm thæ Al  Al3+ + 3e + Nh«m cã thÕ ®iÖn cùc chuÈn ©m vµ nhá EoAl3+/ Al = - 1,66V+ Nguyªn tö nh«m cã NL ion ho¸ thÊpCăn cứ vào cấu tạo nguyên tử và thế điện cực chuẩn của nhôm hãy cho nhận xét về tính khử của nhôm ? So sánh với kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ ? Nhôm tác dụng được với oxi ngay ở nhiệt độ thường vậy tại sao nhôm và các vật bằng nhôm lại bền trong không khí ?Cl2, Tác dụng với axit:• Với axit loãng như HCl, H2SO4(l) + Do thế điện cực chuẩn của nhôm âm và nhỏ( - 1,66V), nên nhôm khử dễ dàng ion H+ của các axit này thành H2Ví dụ: 2Al + 6HCl  2AlCl3 + 3H2 2Al + 6H+  2Al3+ + 3H2•Với axit có tính oxi hóa mạnh: HNO3 H2SO4 đặc +Nhôm khử N+5 trong HNO3(loãng hoặc đặc nóng) và khử S+6 trong H2SO4(đặc nóng) xuống số oxi hóa thấp hơn VD: Al + 4HNO3loãng  Al(NO3)3 + NO + 2H2O (có thể tạo N2O, N2) 2Al + 6H2SO4đặc,nóng  Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O + Nhôm bị thụ động hóa trong dd HNO3 đặc nguội hoặc dd H2SO4 đặc nguội do tạo ra lớp màng oxit bền vững. Có thể dùng những téc bằng nhôm để chứa, chở các axit này đặcnguội. Còn trường hợp với các axit có tính oxi hóa mạnh như HNO3 và H2SO4 thì sao ?3, Tác dụng với oxit kim loại-Ở nhiệt độ cao Al khử được nhiều oxit kim loại( Fe2O3,Cr2O3) thành kim loại tự do:Hỗn hợp bột Alvà Fe2O3 có dải Mg làm mồiAl khử Fe2O3 tạo ra nhiệt độ trên 2000oCSản phẩm là Al2O3 và Fe nóng chảyVD: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe 2Al + Cr2O3 Al2O3 + 2Cr - Phản ứng xảy ra nhanh, tỏa ra nhiều nhiệt nên được gọi là phản ứng nhiệt nhôm4, Tác dụng với nước: Thế điện cực chuẩn của nhôm(-1,66V) âm hơn thế điện cực của Hiđro ở pH = 7( EoH O/H = - 0,41V). Do vậy nhôm có khả năng tác dụng với H2O ngay ở nhiệt độ thường theo ptpư sau 2Al + 6H2O  2Al(OH)3 + 3H222Pư nhanh chóng dừng lại do tạo ra lớp bảo vệ Al(OH)3 nên nhôm trơ trong nước + Những vật bằng nhôm cũng trơ đới với nước kể cả khi đun nóng vì trên bề mặt chúng có lớp bảo vệ rất bền vững Al2O3, nếu bị mất lớp bảo vệ đó đi thì lại ra lớp bảo vệ mới Al(OH)3Mặc dù nhôm tác dụng được với H2O ngay ở nhiệt độ thường nhưng tại sao nhôm và các vật dụng bằng nhôm lại trơ với nước ? ●Đồ vật bằng nhôm để ngoài không khí nên xuất hiện màng bảo vệ Al2O3 bền chắc nên trơ trong nước nhưng lại tan trong dung dịch kiềm●Khi có dung dịch NaOH, màng Al2O3 bị phá hủy trong dung dịch kiềm: ● Sau đó Kim loại Al khử H2O:● Màng Al(OH)3 mới sinh ra bị phá hủy trong dung dịch kiềmCác phản ứng (2),(3) xảy ra liên tiếp, xen kẽ nhau cho tới khi Al bị tan hết và gộp lại thành pư sau: 2Al + 2NaOH + 6H2O  2Na[Al(OH)4] + 3H25.Tác dụng với dung dịch kiềm Al2O3 + 2NaOH + 3H2O  2Na[Al(OH)4 (1) Natri aluminat 2Al + 6H2O  2Al(OH)3 + 3H2 (2) Al(OH)3 + NaOH  Na[Al(OH)4] (3)Tại sao nhôm và các vật bằng nhôm trơ trong nước nhưng lại tan trong dd kiềm ?Cho biế vai trò của các chất tham gia phản ứng ?Câu hỏi củng cố Câu 1:Kết luận ( nhận xét ) nào sau đây không đúng ? A. Do nhôm nằm ở vị trí ranh giới giữa kim loại và phi kim, nhôm vừa tác dụng với dd axit vừa tác dụng với dd kiềm nên nhôm có tính lưỡng tính B. Do EoAl3+/Al = - 1,66V, nguyên tử nhôm có năng lượng ion hóa và vó độ âm điện nhỏ nên nhôm có tính khử mạnh. C. Nguyên tử nhôm có xu hướng nhường 3 electron để tạo ra ion Al3+ có cấu hình electron bền vững của khí hiếm Ne D. Do có lớp màng Al2O3 trên bề mặt và nhôm nhẹ, dẫn điện dẫn nhiệt tốt nên nhôm được sử dụng rông rãi trong các nghành khoa học công nghệ và dân dụngCâu 2:Nhôm có thể tác dung với tất cả các chất trong dãy nào sau đây:A. Dd CuSO4 ; dd HCl ; dd HNO3 loãng ; O2 ; dd MgCl2B. Dd H2SO4 loãng ; H2SO4 đ,nguội ; dd CH3COOH ; Fe3O4C. Dd H2SO4 loãng ; H2SO4 đ.n ; O2 ; Br2 ; FeO ; H2OD. Dd CuSO4 ; S ; Fe2O3 ; NaOHkhôCâu 3:Trên bề mặt của nhôm xuất hiện lớp bảo vệ khi nhôm tiếp xúc với: A. O2 ; Cl2 ; HNO2đ,n ; dd NaOH B. O2 ; S ; H2O ; HNO3 đ,nguội ; H2SO4đ,nguội C. O2 ; H2O ; HNO3 đ,nguội ; H2SO4đ,nguội D. Cả A , B , C đều saiCâu 4Thực hiện pư nhiệt nhôm hoàn toàn hỗn hợp(Al, Fe2O3)thu được hỗn hợp chất rắn A. Cho hỗn hợp A tác dụng với dd NaOH dư thấy có V lít khí H2 thoát ra. Hỏi trong A có những chất gì ? A. Al2O3; Fe; Fe2O3 B. Al2O3; Fe C. Al; Al2O3; Fe2O3; Fe D. Al2O3; Fe; AlXIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN CÁC THẦY CÔ VÀ CÁC EM !KÍNH CHÀO CÁC THẦY CÔ VÀ CÁC EM !KIỂM TRA BÀI CŨCâu 1: Nêu tính chất hóa học cơ bản của nhôm ? Giải thích nguyên nhân? Viết các ptpư minh họa ?Câu 2: Giải thích vì sao nhôm có tính khử mạnh nhưng lại trơ trong không khí và nước kể cả khi đun nóng ?Câu 3: Giải thích tại sao nhôm và các vật bằng nhôm trơ trong nước nhưng lại tan trong dd kiềm ?Câu 4: Thực hiện pư nhiệt nhôm hoàntoàn hỗn hợp Al và CuO. Hỏi để thu được 9,6 gam đông thì cần bao nhiêu gam nhôm ? Đáp số: 2,7 gam Bài 33: Nhôm (tiếp)Nội dungIV, Ứng dụng và Sản xuất Một số ứng dụng của nhôm:Khung cửa bằng nhômNhôm và hợp kim của nhôm nhẹ chế tạo cánh và vỏ máy bayThiết bị tản nhiệt cho Main Dụng cụ đun nấuNhôm có ứng dụng quan trong gì ? Hãy tìm hiểu ứng dụng của nhôm trong SGK!SAÛN SUAÁT NHOÂM2. Sản xuất +Nguyên tắc: Khử Al3+ thành Al Al3+ +3e  Al + Phương pháp: Điện phân nóng chảy Al2O3 + Nguyên liệu: Quặng boxit ( thành phần Al2O3.2H2O và có lẫn Fe2O3, SiO2) a- Công đoạn 1: Tinh chế quặng để được Al2O3 nguyên chất + Nếu không tinh chế quặng thì nhôm thành phẩm có lẫn tạp chất(Fe, Si..), khi sử dụng nhôm đó những vật dụng sẽ bị ăn mòn điện hóa + Sơ đồ tinh chế quặng: Al2O3.2H2OFe2O3SiO2 dd NaOHđặc nóngFe2O3 Ko tanDd Na[Al(OH)4]Na2SiO3NaOHCO2dư+ H2OAl(OH)3toAl2O3QuặngTại sao phải tinh chế quặng ? Nếu không tính chế quặng thì sao ? b- Công đoạn 2: Điện phân nóng chảy Al2O3+ Sơ đồ thùng điện phân Al2O3 nóng chảy:+ Nguyên liệu nóng chảy: Trộn thêm criolit( Na3AlF6) với Al2O3 nhằm: - Tạo hỗn hợp có nhiệt độ nóng chảy khoảng 900oC thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 (2050oC), tiết kiệm nhiên liệu - Tạo hỗn hợp có nóng chảy có khả năng dẫn điện tốt hơn Al2O3 - Tạo hỗn hợp nhẹ hơn nhôm nổi lên trên ngăn không cho nhôm sinh ra tái phản ứng với oxi không khí+ Phản ứng điện phân: Catot(-) Al2O3 Anot(+) đpncHãy cho biết nhiệt độ nóng chảy của Al2O3? ton/c đó có ảnh hưởng như thế nào đến quá trình sản xuất nhôm ?Al3+O2-Al3+ + 3e  Al2O2-  O2 +4ePTĐP 2Al2O3 4Al + 3O2Tại sao phải bố trí cực dương có thể di chuyển được và sau một thời gian điện phân phải hạ thấp cực dương xuống ? Ở cực (+) còn xảy ra pư oxi hóa dần dương cực: O2 + C CO2 toCCâu hỏi củng cố bàiCâu 3: Trong công nghiệp Al được sản xuất. A. Bằng phương pháp hỏa luyện B. Bằng phương pháp điện phân boxit nóng chảy C. Bằng phương pháp thủy luyện D. Trong lò caoCâu 2:Để thu được Al2O3 từ hỗn hợp Al2O3 và Fe2O3, người ta lần lượt: A. dùng khí H2 ở nhiệt độ cao, dung dịch NaOH (dư).B. dùng khí CO ở nhiệt độ cao, dung dịch HCl (dư). C. dùng dung dịch NaOH (dư), dung dịch HCl (dư), rồi nung nóngD. dùng dung dịch NaOH (dư), khí CO2 (dư), rồi nung nóng.Câu 4: Kết luận nào sau đây không đúng ?A. Khi tiến hành điện phân nóng chảy Al2O3 với anot bằng than chì thì sau một thời gian điện phân người ta phải hạ thấp dần cực(+) xuống và khí thoát ra ở cực (+) ngoài O2 còn có CO2B. Khi điện phân Al2O3 nóng chảy thì Ion Al3+ di chuyển về catot và bị khử thành AlC. Khi điện phân Al2O3 nóng chảy thì Ion Al3+ di chuyển về catot và bị oxi hóa thành AlD. Để có được 1Kg Al thì cần khoảng 2Kg Al2O3, 0,5Kg C tiêu hao ở cực (+) và tiêu hao khoảng 8 – 10 KW điệnCâu 1:Có các phương trình hoá học: 1. Al(OH)3 + NaOH  Na[Al(OH)4] ; 2. Al2O3 + 2NaOH + 3H2O  2Na[Al(OH)4] 3. Na[Al(OH)4] + CO2  Al(OH)3 + NaHCO3 4. 2Al + 6H2O  2Al(OH)3 + 3H2 5. SiO2 + 2NaOH  Na2SiO3 + H2O Những phản ứng xảy ra trong quá trình làm sạch quặng boxit là A. 1, 2, 3 B. 3, 4, 5 C. 2, 3, 5 D. 2, 3, 4 Xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các em !