Những đồ vật bằng nhôm bị hoà tan trong dung dịch kiềm nh NaOH, Ca(OH)2,... Hiện tợng này đợc giải thích nh sau :
Trớc hết, màng bảo vệ là Al2O3 bị phá huỷ trong 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) Màng Al(OH)3 bị phá huỷ trong dung dịch bazơ :
Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] (3)
Các phản ứng (2) và (3) xảy ra luân phiên nhau cho đến khi nhôm bị tan hết. Hai phơng trình hoá học của hai phản ứng trên có thể viết gộp vào một phơng trình hoá học nh sau :
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH) (dd) + 3H4] 2↑
iv. ứng dụng và sản xuất
1. ứng dụng
Nhôm và hợp kim nhôm có đặc tính nhẹ, bền đối với không khí và nớc, đợc dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ôtô, tên lửa, tàu vũ trụ.
Nhôm và hợp kim nhôm có màu trắng bạc, đẹp, đợc dùng làm khung cửa và trang trí nội thất.
Nhôm có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, đợc dùng làm dây cáp dẫn điện thay thế cho đồng là kim loại đắt tiền. Nhôm đợc dùng chế tạo các thiết bị trao đổi nhiệt, các dụng cụ đun nấu trong gia đình.
Bột nhôm dùng để chế tạo hỗn hợp tecmit (hỗn hợp bột Al và Fe2O3), đợc dùng để hàn gắn đờng ray,...
2. Sản xuất
Trong công nghiệp, nhôm đợc sản xuất từ quặng boxit bằng phơng pháp điện phân. Hai công đoạn chính của quá trình sản xuất là :
Công đoạn tinh chế quặng boxit : Ngoài thành phần chính là Al2O3.2H2O, trong quặng boxit còn có tạp chất là SiO2 và Fe2O3. Bằng phơng pháp hoá học, ngời ta loại bỏ các tạp chất để có Al2O3 nguyên chất
Hình 6.8. Sơ đồ thùng điện phân Al2O3 nóng chảy
Công đoạn điện phân Al2O3 nóng chảy : Để hạ nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 từ 2050OC xuống 900OC, ngời ta hoà tan Al2O3 trong criolit (Na3AlF6) nóng chảy. Việc làm này một mặt tiết kiệm năng lợng đồng thời tạo đợc chất lỏng có tính dẫn điện tốt hơn Al2O3 nóng chảy, mặt khác hỗn hợp chất điện li này có khối lợng riêng nhỏ hơn nhôm, nổi lên trên và ngăn cản Al nóng chảy không bị oxi hoá trong không khí.
Thùng điện phân có cực âm (catot) là tấm than chì ở đáy thùng. Cực dơng (anot) là những khối than chì có thể chuyển động theo phơng thẳng đứng (hình 6.8).
ở cực âm xảy ra sự khử ion Al3+ thành kim loại Al : Al3+ + 3e → Al
ở cực dơng xảy ra sự oxi hoá các ion O2– thành khí O2 : 2O2– → O2 + 4e
Phơng trình điện phân Al2O3 nóng chảy : 2Al2O3 →đpnc 4Al + 3O2↑
Khí oxi sinh ra ở cực dơng đốt cháy dần dần than chì sinh ra CO2. Do vậy trong quá trình điện phân phải hạ thấp dần các cực dơng vào thùng điện phân.
Để có đợc 1 kg nhôm cần khoảng : 2kg Al2O3, 0,5 kg C tiêu hao ở cực dơng, 8 – 10 kWh điện năng.
Bài tập
1. Hoàn thành PTPƯ : Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NO + H2O, số phân tử HNO3 bị Al khử và số phân tử HNO3 tạo muối nitrat là bao nhiêu ? khử và số phân tử HNO3 tạo muối nitrat là bao nhiêu ?