Giáo án Hóa học 12 bài 27: Nhôm và hợp chất của nhôm

 với dung dịch H2SO4 • với dung dịch H2SO4 đặc nguội Al không tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nguội Al bị thụ động với dung dịch H2SO4 đặc nguội – dung dịch H2SO4 đặc nguội thụ động hó

Bài NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM

I ĐỒ DÙNG DẠY HỌC

(Tùy theo điều kiện của trường và của mỗi giáo viên)

1 Hóa chất

+ chất rắn: bột Al, vụn Al, Al2O3, phèn chua

+ dung dịch: HCl, HNO3 loãng, HNO3 đặc, H2SO4 đặc, Al3+, NH3, NaOH

+ lọ đựng đầy khí Cl2 hoặc O2 đã đậy nắp

2 Dụng cụ thí nghiệm

Ống nghiệm, kẹp ống nghiệm, giá ống nghiệm, đèn cồn

3 Tranh ảnh (hoặc dùng trình chiếu Power Point): saphia, ruby, boxit, đất sét, mica, criolit, sơ đồ

thùng điện phân Al2O3 nóng chảy

4 Nếu không có điều kiện làm thí nghiệm Al tác dụng với Cl2, O2 có thể cho học sinh xem các đoạn phim về những thí nghiệm này

II PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

(Tùy theo điều kiện cụ thể của GV và trình độ của HS)

• Nêu vấn đề - đàm thoại

• Học sinh thảo luận tổ nhóm

• Học sinh thuyết trình (lớp khá, giỏi)

III THIẾT KẾ CÁC HOẠT ĐỘNG

A NHÔM

I Vị trí của nhôm trong bảng tuần hoàn, cấu

hình electron nguyên tử

- Nhôm (Al) ở ô số 13, thuộc nhóm IIIA, chu kì 3

của bảng tuần hoàn

- Cấu hình electron nguyên tử: 1s22s22p63s23p1;

viết gọn là (Ne)3s23p1

- Nhôm dễ nhường cả 3 electron hoá trị nên có

số oxi hoá +3 trong các hợp chất

II Tính chất vật lí

- Nhôm là kim loại màu trắng bạc, nóng chảy ở

660oC, khá mềm, dễ kéo sợi, dễ dát mỏng Có thể

dát được những lá nhôm mỏng 0,01 mm dùng

làm giấy gói kẹo, gói thuốc lá,

- Nhôm là kim loại nhẹ (D = 2,7 g/cm3), dẫn điện

tốt (gấp 3 lần sắt, bằng 2/3 lần đồng) và dẫn nhiệt

tốt (gấp 3 lần sắt)

III Tính chất hoá học

Nhôm là kim loại có tính khử mạnh, chỉ sau kim

loại kiềm và kiềm thổ, nên dễ bị oxi hoá thành

* Hoạt động 1

I Vị trí của nhôm trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử

- HS thuyết trình

* Hoạt động 2

II Tính chất vật lí

- HS thuyết trình

* Hoạt động 3 III Tính chất hoá học

- HS đọc SGK

- GV nhấn mạnh để HS khắc sâu kiến

ion dương

Al  Al3+ + 3e

Tính khử mạnh của Al được minh họa bằng các

phản ứng sau đây :

1 Tác dụng với phi kim

Nhôm khử dễ dàng các nguyên tử phi kim thành

ion âm:

a) Tác dụng với halogen

Bột nhôm tự bốc cháy khi tiếp xúc với các

halogen

Thí dụ : 2Al + 3Cl2  2AlCl3

b) Tác dụng với oxi

Khi đốt, bột nhôm cháy trong không khí với ngọn

lửa sáng chói, toả nhiều nhiệt:

4Al + 3O2 to

  2Al2O3

2 Tác dụng với axit

a) Tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng, dung

dịch HCl

Nhôm khử dễ dàng ion H+ trong dung dịch H2SO4

loãng, dung dịch HCl thành khí H2

2Al + 6HCl  2AlCl3 + 3H2

b) Tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, dung dịch

HNO3

) với dung dịch H2SO4

• với dung dịch H2SO4 đặc nguội

Al không tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc

nguội (Al bị thụ động với dung dịch H2SO4 đặc

nguội – dung dịch H2SO4 đặc nguội thụ động hóa

Al)

• với dung dịch H2SO4 đặc nóng

Nhôm tác dụng mạnh với dung dịch H2SO4 đặc,

nóng Trong phản ứng này, Al khử xuống số oxi

hoá thấp hơn

o

t

2Al + 6H SO Al (SO ) + 3SO + 6H O

) với dung dịch HNO3

• với dung dịch HNO3 đặc nguội

Al không tác dụng với dung dịch HNO3 đặc

thức:

+ Trong các PƯHH: nguyên tử Al nhường 3e nên Al là kim loại có tính khử mạnh Tính khử của Al chỉ yếu hơn KLK, KLKT

+ Không được nói:

Al là nguyên tố lưỡng tính

Al là kim loại lưỡng tính

* Hoạt động 4

1 Tác dụng với phi kim

- HS đọc SGK

- hoặc GV làm TN hoặc GV cho HS coi phim TN

- GV thông báo Al tác dụng dễ dàng với oxi không khí

+ GV cho HS xem TN “Al mọc lông tơ”

* Hoạt động 5

2 Tác dụng với axit

- GV giới thiệu dàn bài (lớp yếu và trung bình) hoặc đàm thoại để dẫn dắt HS xây dựng dàn bài (lớp khá, giỏi); sau đó yêu cầu HS viết PTHH của các phản ứng (do các kiến thức này HS đã học trong bài HCl, H2SO4

ở Lớp 10, HNO3 ở Lớp 11)

- GV dùng các câu gợi nhớ để HS có thể nhớ lại và nêu đúng điều kiện, sản phẩm khử của các phản ứng

Dàn bài:

a) Tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng, dung dịch HCl

b) Tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, dung dịch HNO3

) với dung dịch H2SO4

•với dung dịch H2SO4 đặc nguội

•với dung dịch H2SO4 đặc nóng

) với dung dịch HNO3 với dung dịch HNO3 đặc nguội

• với dung dịch HNO3 đặc nóng

• với dung dịch HNO3 loãng

nguội (Al bị thụ động với dung dịch HNO3 đặc

nguội - dung dịch HNO3 đặc nguội thụ động hóa

Al)

 Có thể dùng thùng nhôm để chuyên chở dung

dịch H2SO4 đặc nguội, dung dịch HNO3 đặc

nguội

• với dung dịch HNO3 đặc nóng

Nhôm tác dụng mạnh với dung dịch HNO3 đặc,

nóng Trong các phản ứng này, Al khử 5

Nxuống

số oxi hoá thấp hơn 4

N:

Al + 6HNO3 đặc



0

t Al(NO3)3+ 3NO2+ 3H2O

• với dung dịch HNO3 loãng

Nhôm tác dụng mạnh với dung dịch HNO3 loãng

Trong các phản ứng này, Al khử 5

N

 xuống số oxi hoá thấp hơn: N, N, N, N2 1 0 3

Al + 4HNO3 loãng  Al(NO3)3 + NO + 2H2O

8Al + 3HNO3 rất loãng  8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O

10Al + 36HNO3 rất loãng10Al(NO3)3 + 3N2 +18H2O

8Al + 30HNO3 rất loãng 8Al(NO3)3+ 3NH4NO3

+9H2O

3 Tác dụng với oxit kim loại

Ở nhiệt độ cao, Al khử được nhiều ion kim loại

trong oxit Thí dụ phản ứng giữa bột nhôm và

oxit sắt:

2Al + Fe2O3 to

  Al2O3 + 2Fe Phản ứng trên gọi là phản ứng nhiệt nhôm, nhiệt toả

ra lớn làm sắt nóng chảy nên được dùng để điều

chế một lượng nhỏ sắt nóng chảy khi hàn đường

ray

4 Tác dụng với nước

Nhôm không tác dụng với nước, dù ở nhiệt độ cao

là vì trên bề mặt của nhôm được phủ kín một lớp

Al2O3 rất mỏng, bền và mịn, không cho nước và khí

thấm qua

Nếu phá bỏ lớp oxit đó (hoặc tạo thành hỗn hống

Al-Hg), thì nhôm sẽ tác dụng với nước ở nhiệt độ

thường

2Al + 6H2O  2Al(OH)3  + 3H2 (1)

* Hoạt động 6

3 Tác dụng với oxit kim loại

- HS đọc SGK

- nếu có điều kiện: GV cho HS xem tranh ảnh hoặc phim TN

* Hoạt động 7

4 Tác dụng với nước

- HS đọc SGK

- GV cần phân biệt rõ các tình huống

mà đề bài tập, bài kiểm tra thường ra: + Viết PTHH của phản ứng Al tác dụng với H2O: hiểu là Al nguyên chất

+ Viết PTHH của phản ứng theo sơ đồ: AlAl(OH)3: hiểu là Al nguyên chất

+ Cho 1 miếng Al vào H2O: hiểu là vật bằng Al nên không tan, không tác dụng với H2O do chưa phá bỏ lớp áo Al2O3

5 Tác dụng với dung dịch kiềm

Al2O3 là oxit lưỡng tính nên lớp màng mỏng

Al2O3 trên bề mặt nhôm tác dụng với dung dịch

kiềm tạo ra muối tan Khi không còn màng oxit

bảo vệ, nhôm sẽ tác dụng với nước tạo ra

Al(OH)3 và giải phóng khí H2; Al(OH)3 là

hiđroxit lưỡng tính nên tác dụng tiếp với dung

dịch kiềm

Al(OH)3 + NaOH  NaAlO2 + H2O (2)

Natri aluminat (tan)

Phản ứng xảy ra theo (1) và (2) Cộng (1) và (2)

ta có phương trình hoá học sau:

2Al + 2NaOH + 2H2O  2NaAlO2+ 3H2

Như vậy, nhôm có thể tan trong dung dịch kiềm

và giải phóng khí hiđro

+ Phân biệt các kim loại: Al, Mg, Ca, Na: hiểu là vật bằng Al

* Hoạt động 8

5 Tác dụng với dung dịch kiềm

- Do ở L11 HS đã học về hidroxit lưỡng tính và GV đã lấy thí dụ với Al(OH)3 nên GV chỉ cần gợi nhớ để

HS tái hiện lại kiến thức

- HS đọc SGK và luyện tập viết PTHH của các phản ứng

- GV nêu vấn đề:

+ Hidroxit lưỡng tính là gì?

HS: Hidroxit lưỡng tính là hidroxit vừa thể hiện tính axit, vừa thể hiện tính bazơ nghĩa là vừa tác dụng với dung dịch axit mạnh, vừa tác dụng với dung dịch bazơ mạnh

TD: Al(OH)3 + Chất lưỡng tính là gì?

HS: Chất lưỡng tính là chất vừa tác dụng với dung dịch axit mạnh, vừa tác dụng với dung dịch bazơ mạnh TD: NaHCO3

+ Vậy: Al vừa tan trong dung dịch HCl, vừa tan trong dung dịch NaOH

do đó có thể kết luận: Al là chất lưỡng tính?

HS suy nghĩ và trả lời: Sai rồi + GV nhấn mạnh: Al tan trong dung dịch bazơ mạnh là do Al(OH)3 có tính lưỡng tính, Al không tác dụng trực tiếp với NaOH

Không được nói: “Al là loại lưỡng tính”, “Al là nguyên tố lưỡng tính” Khẳng định: “Al là kim loại có tính khử mạnh”

- Những nội dung GV hỏi nếu HS không trả lời được, GV dẫn dắt gợi

mở để HS nhớ lại, nhận ra và vận dụng được kiến thức

- Nội dung (5) này GV có thể chuyển sang dạy sau phần II Nhôm hidroxit theo phương pháp quy nạp thì hay

IV Ứng dụng và trạng thái tự nhiên của nhôm

1 Ứng dụng

- Nhôm và hợp kim của nhôm có ưu điểm là nhẹ,

bền đối với không khí và nước nên được dùng

làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô, tên lửa, tàu vũ

trụ

- Nhôm và hợp kim của nhôm có màu trắng bạc,

đẹp nên được dùng trong xây dựng nhà cửa và

trang trí nội thất

- Nhôm nhẹ, dẫn điện tốt nên được dùng làm dây

dẫn điện thay cho đồng Do dẫn nhiệt tốt, ít bị gỉ

và không độc nên nhôm được dùng làm dụng cụ

nhà bếp

- Bột nhôm trộn với bột oxit sắt (gọi là hỗn hợp

tecmit) để thực hiện phản ứng nhiệt nhôm dùng

hàn đường ray

2 Trạng thái tự nhiên

Nhôm là kim loại hoạt động mạnh nên trong tự

nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất

Nhôm là nguyên tố đứng hàng thứ ba sau oxi và

silic về độ phổ biến trong vỏ Trái Đất Hợp chất

của nhôm có mặt khắp nơi, như có trong đất sét

(Al2O3.2SiO2.2H2O), mica (K2O.Al2O3.6SiO2),

boxit (Al2O3.nH2O), criolit (3NaF.AlF3),

V Sản xuất nhôm

Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất bằng

phương pháp điện phân nhôm oxit nóng chảy

1 Nguyên liệu

Nguyên liệu để sản xuất nhôm là quặng boxit

Al2O3.nH2O Boxit thường lẫn tạp chất là Fe2O3

và SiO2 Sau khi loại bỏ tạp chất bằng phương

pháp hoá học thu được Al2O3 gần nguyên chất

2 Điện phân nhôm oxit nóng chảy

hơn

* Hoạt động 9

IV Ứng dụng và trạng thái tự nhiên của nhôm

- HS đọc SGK

- GV yêu cầu HS thuộc công thức của boxit, criolit

* Hoạt động 10

V Sản xuất nhôm

- HS đọc SGK với mục tiêu: học để biết

- Nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 rất cao (20500C),

vì vậy phải hoà tan Al2O3 trong criolit nóng chảy

để hạ nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp xuống

9000C Việc làm này vừa tiết kiệm được năng

lượng vừa tạo được chất lỏng có tính dẫn điện tốt

hơn Al2O3 nóng chảy Mặt khác, hỗn hợp này có

khối lượng riêng nhỏ hơn nhôm, nổi lên trên và

bảo vệ nhôm nóng chảy không bị oxi hoá bởi O2

trong không khí

- Quá trình điện phân:

Cực âm (catot) của thùng điện phân là một tấm

than chì nguyên chất được bố trí ở đáy thùng Ở

catot xảy ra quá trình khử ion Al3+ thành Al:

Al3+ + 3e  Al Nhôm nóng chảy được định kì tháo ra từ đáy

thùng

Cực dương (anot) cũng là những khối than chì

lớn Ở anot xảy ra quá trình oxi hoá ion O2- thành

khí O2

2O2  O2 + 4e Khí O2 ở nhiệt độ cao đốt cháy C thành khí CO

và CO2 Vì vậy, sau một thời gian phải thay thế

điện cực dương

- Phương trình điện phân Al2O3 nóng chảy:

2Al2O3 đpnc

criolit

B MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA

NHÔM

I Nhôm oxit

1 Tính chất

- Nhôm oxit (Al2O3) là chất rắn, màu trắng,

không tan trong nước và không tác dụng với

nước, nóng chảy ở trên 20500C

- Nhôm oxit là hợp chất lưỡng tính, vừa tác dụng

với dung dịch axit mạnh, vừa tác dụng với dung

dịch bazơ mạnh

- Al2O3 tác dụng với dung dịch axit mạnh, thí dụ:

Al2O3 (r) + 6HCl (dd)  2AlCl3 (dd) + 3H2O

Al2O3 + 6H+  2Al3+ + 3H2O

- Al2O3 tác dụng với dung dịch bazơ mạnh, thí

dụ:

Al2O3 (r) + 2NaOH  2NaAlO2 + H2O

natri aluminat

- GV giới thiệu sơ đồ bình điện phân Al2O3 nóng chảy bằng tranh ảnh hoặc trình chiếu power point

- HS thuộc phương trình điện phân Al2O3 nóng chảy

* Hoạt động 11

I Nhôm oxit

- HS đọc SGK rồi thảo luận tổ nhóm

Al2O3 + 2OH-  2AlO-2 + H2O

2 Ứng dụng

Trong thiên nhiên, nhôm oxit tồn tại dưới dạng

ngậm nước và dạng khan

- Dạng oxit ngậm nước là thành phần chủ yếu của

quặng boxit (Al2O3.2H2O) dùng để sản xuất

nhôm

- Dạng oxit khan, có cấu tạo tinh thể là đá quý

Dạng này ít phổ biến và thường gặp là:

+ Corinđum có tinh thể trong suốt, không màu,

rất rắn, được dùng để chế tạo đá mài, giấy

nhám,

+ Trong tinh thể Al2O3, nếu một số ion Al3+ được

thay bằng ion Cr3+ là hồng ngọc dùng làm đồ trang

sức, chân kính đồng hồ và dùng trong kĩ thuật laze

+ Tinh thể Al2O3 có lẫn tạp chất Fe2+, Fe3+ và Ti4+

là saphia dùng làm đồ trang sức (hình 6.7)

+ Al2O3 dùng để chế xúc tác trong công nghiệp

tổng hợp hữu cơ

II Nhôm hiđroxit

- Nhôm hiđroxit (Al(OH)3) là chất rắn, màu

trắng, kết tủa ở dạng keo

Ÿð Al(OH)3 là hiđroxit lưỡng tính

Thí nghiệm:

- Điều chế Al(OH)3 trong 2 ống nghiệm bằng cách

cho dung dịch muối nhôm tác dụng với dung dịch

amoniac

Phương trình hoá học:

AlCl3 + 3NH3 + 3H2O  Al(OH)3 + 3NH4Cl

Al3+ + 3NH3 + 3H2O  Al(OH)3 + 3N

4

H

- Cho dần từng giọt dung dịch axit mạnh như dung

dịch HCl đến dư vào ống nghiệm thứ nhất, thấy

kết tủa tan ra:

Al(OH)3 + 3HCl  AlCl3 + 3H2O

Al(OH)3 + 3H+  Al3+ + 3H2O

- Cho dần từng giọt dung dịch kiềm mạnh

(NaOH, KOH, Ca(OH)2) đến dư vào ống nghiệm

thứ hai, thấy kết tủa cũng tan ra:

Al(OH)3 + NaOH  NaAlO2 + 2H2O

Al(OH)3 + OH-  2AlO-2 + 2H2O

- Nếu HS không chuẩn bị được tranh ảnh, GV giới thiệu tranh ảnh (hoặc trình chiếu power point) về quặng boxit, criolit, saphia, ruby

Hoạt động 12

II Nhôm hiđroxit

- HS đọc SGK rồi thảo luận tổ nhóm

- HS làm TN:

dung dịch Al3+ + dung dịch OH -Al(OH)3 

rót dung dịch NaOH vào Al(OH)3 rót dung dịch NH3 vào Al(OH)3 rót dung dịch HCl vào Al(OH)3

- GV làm TN hoặc hướng dẫn 1 HS đại diện lớp làm TN để cả lớp quan sát:

Lấy dung dịch sản phẩm của TN dung dịch NaOH tác dụng với Al(OH)3 vào 2 ống nghiệm

Ống nghiệm 1: Sục khí CO2 cho đến dư

Ống nghiệm 2: Nhỏ dung dịch HCl

từ từ cho đến dư

HS viết PTHH của các phản ứng và rút ra kết luận dưới sự dẫn dắt của GV:

ống nghiệm 1:

NaAlO2 + H2O + CO2 đ Al(OH)3 +

Nhôm hiđroxit thể hiện tính bazơ trội hơn tính

axit Do có tính axit nên Al(OH)3 còn có tên là

axit aluminic Là axit rất yếu, yếu hơn axit

cacbonic

III Nhôm sunfat

- Muối nhôm sunfat khan tan trong nước toả

nhiệt làm dung dịch nóng lên do bị hiđrat hoá

- Muối nhôm sunfat có nhiều ứng dụng nhất là

muối sunfat kép của nhôm và kali ngậm nước gọi

là phèn chua, công thức: K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O,

hay viết gọn là: KAl(SO4)2.12H2O

+ Phèn chua được dùng trong ngành thuộc da,

công nghiệp giấy, chất cầm màu trong ngành

nhuộm vải, chất làm trong nước,

- Trong công thức hoá học trên, nếu thay ion K+

bằng Li+, Na+ hay NH4 ta được các muối sunfat

kép khác có tên chung là phèn nhôm (nhưng

không gọi là phèn chua)

IV Cách nhận biết ion Al 3+ trong dung dịch

Cho từ từ dung dịch NaOH dư vào dung dịch,

nếu thấy có kết tủa keo xuất hiện rồi tan trong

NaOH thì chứng tỏ có ion Al3+

Al3+ + 3OH- Al(OH)3

Al(OH)3 + OH-(dư)  AlO2

+ 2H2O

NaHCO3 Al(OH)3 + H2O + CO2 (H2CO3) Ống nghiệm 2:

NaAlO2 + H2O + HCl  Al(OH)3 + NaCl

Al(OH)3 + 3HCl  AlCl3 + 3H2O Vậy: tính axit:

HCl > Al(OH)3 H2CO3 > Al(OH)3

Kết luận:

- Al(OH)3 chỉ tác dụng với dung dịch axit mạnh, dung dịch bazơ mạnh

- Al(OH)3 KHÔNG tác dụng với dung dịch axit yếu, dung dịch bazơ yếu

* Hoạt động 13 III Nhôm sunfat

- HS đọc SGK

- GV cho HS xem mẫu phèn chua

- GV diễn giảng thêm vì sao phèn chua được dùng làm trong nước

* Hoạt động 14

IV Cách nhận biết ion Al 3+ trong dung dịch

- HS đọc SGK rồi vận dụng làm bài tập trong phần luyện tập củng cố

Hoạt động 15: Luyện tập và củng cố

Phiếu học tập số 1:

Phân biệt 2 dung dịch: MgCl2, AlCl3

Thuốc thử: dung dịch NaOH dư: kết tủa kết tủa

keo trắng keo trắng

không tan tan trong dung

trong dd NaOH dịch NaOH

Phiếu học tập số 2: bài 5/SGK: ôn luyện toán hỗn hợp

Phiếu học tập số 3: bài 8/SGK: ôn luyện toán Farađây và hiệu suất

Phiếu học tập số 4: bài 6/SGK: GV hướng dẫn học sinh làm dạng toán mới: Al(OH)3 lưỡng tính.

Hướng dẫn về nhà: - HS ôn bài 25, 26, 27

- Chuẩn bị bài 29