tìm hiểu về nguyên tố nhôm Al

BẢI 27 : NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM Phần A(I) NHÔM I- VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO Vị trí nhôm bảng tuần hoàn Nhôm nguyên tố hóa học có số hiệu nguyên tử13 , thuộc nhóm IIIA , chu kì Trong nhóm, nhôm đứng nguyên tố phi kim bo (B) Trong chu kì, nhôm đứng sau nguyên tố kim loại magie (Mg) trước nguyên tố phi kim silic (Si) Cấu tạo nhôm Cấu hình electron nguyên tử: Nhôm có bán kính nguyên tử(0,125nm) nhỏ nguyên tử Mg (0,16nm) Nguyên tử nhôm có 13e phân bố sau: 1s22s22p63s23p1 , có 3e hóa trị (3s23p1) Ion Al3+ có cấu hình elcetron nguyên tử khí Ne: Al -> Al3+ + 3e [Ne]3s23p1[Ne] Al nguyên tố p Năng lượng ion hóa: so sánh lượng ion hóa I3 với I2 nguyên tử nhôm ta thấy I3 : I2 = 2744 : 1816 = 1,5:1 Như vậy, lượng ion hóa I3 lớn lượng ion hóa I2 có 1,5 lần Do cung cấp lượng cho nguyên tử Al có 3e tách khỏi nguyên tử Độ âm điện: Nguyên tử Al có giá trị âm điện 1,61 Số oxi hóa: Trong hợp chất, nguyên tố Al có số oxi hóa bền +3 Mạng tinh thể: Nhôm có cấu tạo kiểu mạng lập phương tâm diện II- TÍNH CHẤT VẬT LÍ Nhôm kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ kéo sợi dát mỏng Có thẻ dát nhôm mỏng0,01mm dùng để gói thực phẩm Nhôm kim loại nhẹ (2,7g/cm3), nóng chảy nhiệt độ 660oC Nhôm dẫn điện dẫn nhiệt tốt Độ dẫn nhiệt 2/3 đồng lại nhẹ đồng lần Độ dẫn điện nhôm sắt lần III- TÍNH CHẤT HÓA HỌC Nhôm điện cực chuẩn nhỏ so với nhiều kim loại khácE0Al3+/Al= −1,66V Nguyên tử nhôm có lượng ion hóa thấp Do nhôm kim loại có tính khử mạnh Tuy nhiên tính khử nhôm yếu kim loại kiềm kim loại kiềm thổ Tính khử mạnh nhôm thể qua phản ứng hóa học sau: Tác dụng với phi kim Nhôm tác dụng trực tiếp mạnh với nhiều phi kim O2,Cl2,S, Thí dụ: Khi đốt nóng, bột nhôm cháy sáng không khí Phản ứng tỏa nhiều nhiệt 4Al + 3O2 > 2Al2O3 Nhôm bền không khí nhiệt độ thường có màng oxit Al2O3 mỏng, mịn bền bảo vệ Bột nhôm tự bốc cháy tiếp xúc với khí clo: 2Al + 3Cl2 > 2AlCl3 Tác dụng với axit Thế điện cực chuẩn nhôm (E0Al3+/Al= −1,66V) nhỏ nên kim loại nhôm khử dễ dàng ion H+ dung dịch axit, HCl H2SO4 loãng, giải phóng H2: 2Al + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2↑ 2Al + 6H+ ->2Al3+ + 3H2↑ Nhôm khử N+5 HNO3 dung dịch loãng đặc, nóng S+6 H2SO4 dung dịch đặc, nóng xuống số oxi hóa thấp hơn: Al + 4HNO3loãng -> Al(NO3)3 + NO + 2H2O 2Al + 6H2SO4đặc >Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O Nhôm không tác dụng với H2SO4 HNO3 đặc, nguội Những axit oxi hóa bề mặt kim loại tạo thành màng oxit có tính trơ, làm cho nhôm thụ động Nhôm bị thụ động không tác dụng với dung dịch HCl,H2SO4 loãng 3 Tác dụng với oxit kim loại Ở nhiệt độ cao, Al khử nhiều oxit kim loại Fe2O3,Cr2O3, thành kim loại tự Thí dụ: 2Al + Fe2O3 > Al2O3 + 2Fe Phản ứng Al với oxit kim loại gọi phản ứng nhiệt nhôm Nhiệt lượng phản ứng tỏa làm nóng chảy kim loại Tác dụng với nước Thế điện cực hiđro pH=7(E0 H2O/H2= −0,41V) cao so với điện cực chuẩn nhôm (E0Al3+/Al) nên nhôm khử nước, giải phóng khí hiđro: 2Al + 6H2O -> 2Al(OH)3↓ + 3H2↑ Phản ứng nhanh chóng dừng lại lớp Al(OH)3 không tan nước ngăn cản không cho nhôm tiếp xúc với nước Vì vật nhôm ngày tiếp xúc với nước dù nhiệt độ không xảy phản ứng ? Đó bề mặt vật phủ kín màng Al2O3 mỏng (không dày 10−5mm) mịn bền không cho nước khí thấm qua Tác dụng với dung dịch kiềm Những đồ vật nhôm bị hòa tan dung dịch kiềm NaOH,Ca(OH)2, Hiện tượng giải thích sau: Trước hết, màng bảo vệ Al2O3 bị phá hủy dung dịch kiềm: Al2O3 + 2NaOH + 3H2O > 2Na[Al(OH)4](1) Natri aluminat Tiếp đến, kim loại nhôm khử H2O: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2↑ (2) Các phản ứng (2) (3) xảy luân phiên nhôm bị tan hết Hai phương trình hóa học hai phản ứng viết gộp vào phương trình hóa học sau: 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4](dd) + 3H2↑ IV- ỨNG DỤNG VÀ SẢN XUẤT Ứng dụng Nhôm hợp kim nhôm có đặc tính nhẹ, bền không khí nước, dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ôtô, tên lửa, tàu vũ trụ Nhôm hợp kim nhôm có màu trắng bạc, đẹp, dùng làm khung cửa vật trang trí nội thất Nhôm có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, dùng làm dây cáp dẫn điện thay cho đồng kim loại đắt tiền Nhôm dùng chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt, dụng cụ đun nấu gia đình Bột nhôm dùng để chế tạo hỗn hợp tecmit (hỗn hợp bộtAlvà Fe2O3 ), dùng để hàn gắn đường ray, Sản xuất Trong công nghiệp, nhôm sản xuất từ quặng boxit phương pháp điện phân Hai công đoạn trình sản xuất là: Công đoạn tinh chế quặng boxit: Ngoài thành phần làAl2O3.2H2O quặng boxit có tạp chất SiO2 Fe2O3 Bằng phương pháp hóa học người ta loại bỏ tạp chất để có Al2O3 nguyên chất Công đoạn điện phân Al2O3 nóng chảy: Al2O3 nóng chảy 2050oC Người ta trộn với criolit (Na3AlF6) Hỗn hợp nóng chảy khoảng 900oC Việc làm mặt tiết kiệm lượng đồng thời tạo chất lỏng có tính dẫn điện tốt Al2O3 nóng chảy, mặt khác hỗn hợp chất điện li có khối lượng riêng nhỏ nhôm, lên ngăn cản Al nóng chảy không bị oxi hóa không khí Thùng điện phân có cực âm (catot) than chì đáy thùng Cực dương (anot) khối than chì chuyển động theo phương thẳng đứng Ở cực âm xảy khử ion Al3+ thành kim loại Al: Al3+ +3e > Al Ở cực dương xảy oxi hóa O2− thành khí O2: 2O2- -> O2+4e Phương trình điện phân Al2O3 nóng chảy: 2Al2O3 đpnc > 4Al + 3O2↑ Khí oxi sinh cực dương đốt cháy than chì sinh CO2 Do trình điện phân phải hạ thấp dần cực dương vào thùng điện phân Để có 1kg nhôm cần khoảng: 2kg Al2O3 ; 0,5 kg C tiêu hao cực dương, 8−10kWh điện Nguồn: http://diendankienthuc.net/diendan/hoa-hoc-12/91665-bai-giang-27-nhom-va-hop-chat-cua-nhom.html#ixzz2NXIJEr7Z Diễn Đàn Kiến Thức - Học Tập Suốt Đời ... cực chuẩn nhôm (E 0Al3 + /Al= −1,66V) nhỏ nên kim loại nhôm khử dễ dàng ion H+ dung dịch axit, HCl H2SO4 loãng, giải phóng H2: 2Al + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2↑ 2Al + 6H+ -> 2Al3 + + 3H2↑ Nhôm khử... Trước hết, màng bảo vệ Al2 O3 bị phá hủy dung dịch kiềm: Al2 O3 + 2NaOH + 3H2O > 2Na [Al( OH)4](1) Natri aluminat Tiếp đến, kim loại nhôm khử H2O: 2Al + 6H2O → 2Al( OH)3 + 3H2↑ (2) Các... ion Al3 + thành kim loại Al: Al3 + +3e > Al Ở cực dương xảy oxi hóa O2− thành khí O2: 2O2- -> O2+4e Phương trình điện phân Al2 O3 nóng chảy: 2Al2 O3 đpnc > 4Al + 3O2↑ Khí oxi sinh