Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ 3 trong vở Trái Đất. Nhôm là kim loại có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu những tính chất vật lý và hóa học của nhôm, ứng dụng và cách sản xuất nhôm.
I. Tính chất vật lý của Nhôm
Nhôm (Al) có nguyên tử khối bằng 27 đvC, có những tính chất vật lý sau:
– Là kim loại mềm có tính dẻo, màu trắng bạc, có ánh kim mờ
– Khối lượng riêng: 2,7 g/cm3
– Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt (độ dẫn điện của Al bằng 2/3 độ dẫn điện của Cu)
– Nhiệt độ nóng chảy: 660 °C
Kim loại Nhôm
kim-loai-nhom
II. Tính chất hóa học của Nhôm
Nhôm có đầy đủ tính chất hóa học của kim loại như:
1. Tác dụng với phi kim
a) Al tác dụng với O2
Nhôm tác dụng với oxi tạo thành nhôm oxit.
4Al + 3O2 (t°) → 2Al2O3
b) Tác dụng với các phi kim khác
Nhôm tác dụng với một số phi kim tạo thành muối nhôm.
2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
2Al + 3S (t°) → Al2S3
2. Tác dụng với dung dịch axit
Nhôm tác dụng với một số dd axit (HCl, H2SO4 loãng …) tạo thành muối và giải phóng khí H2.
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 ↑
Al + H2SO4 loãng → Al2(SO4)3 + H2 ↑
3. Tác dụng với dung dịch muối
Nhôm tác dụng với dung dịch muối của những kim loại có hoạt động hóa học yếu hơn (trong dãy hoạt động hóa học của kim loại) tạo ra muối nhôm và kim loại mới.
2Al + 3FeCl2 → 2AlCl3 + 3Fe ↓
2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu ↓
Al + 3AgNO3 → Al(NO3)3 + 3Ag ↓
4. Tác dụng với dung dịch kiềm
Ngoài những tính chất hóa học trên, nhôm còn tác dụng được với dung dịch kiềm như NaOH, KOH…
2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2 ↑
Al + Ca(OH)2 + H2O → Ca(AlO2)2 + H2 ↑
III. Ứng dụng của Nhôm
Nhôm và hộp kim nhôm có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất:
ung-dung-cua-nhom
– Đồ gia dụng: xoong, nồi, chảo…
– Dây dẫn điện
– Vật liệu xây dựng
– Hộp kim nhôm nhẹ và bền được dùng trong công nghiệp chế tạo máy bay, tàu vũ trụ, ô tô…
VI. Sản xuất Nhôm
Trong tự nhiên, Al tồn tại dưới dạng oxit, muối. Để sản xuất nhôm, người ta sử dụng nguyên liệu chính là quặng boxit, có thành phần chính là Al2O3.
phuong-trinh-dien-phan-nong-chay-nhom-oxit
Quặng boxit sau khi được làm sạch tạp chất, sau đó điện phân nóng chảy hỗn hợp Al2O3 và criolit (chất làm giảm t° nc của Al) trong bể điện phân.
Quy trình sản xuất nhôm từ quặng boxit
quy-trinh-san-xuat-nhom-tu-quang-boxit
Giải bài tập về tính chất vật lý và hóa học của nhôm
Câu 1. Hãy điền vào bảng sau những tính chất tương ứng với những ứng dụng của Al:
| TÍNH CHẤT CỦA NHÔM | ỨNG DỤNG CỦA NHÔM | |
| 1 | Làm dây dẫn điện | |
| 2 | Chế tạo máy bay, ô tô, xe lửa… | |
| 3 | Làm dụng cụ gia đình: nồi xoong… |
Bài làm:
| TÍNH CHẤT CỦA NHÔM | ỨNG DỤNG CỦA NHÔM | |
| 1 | Dẫn điện tốt | Làm dây dẫn điện |
| 2 | Nhẹ, bền | Chế tạo máy bay, ô tô, xe lửa… |
| 3 | Nhôm dẻo, có lớp màng nhôm oxit bảo vệ nên khó bị gỉ | Làm dụng cụ gia đình: nồi, xoong… |
Câu 2. Thả một mảnh Al vào các ống nghiệm chứa các dd sau :
a) MgSO4
b) CuCl2
c) AgNO3
d) HCl
Cho biết hiện tượng xảy ra. Giải thích và viết PTHH.
Bài làm:
a) Thả mảnh Al vào dd MgSO4: không có hiện tượng gì do Al hoạt động hóa học kém hơn Mg nên không đẩy được Mg ra khỏi dd muối MgSO4.
b) Thả mảnh Al vào dd CuCl2: có chất rắn màu đỏ bám ngoài mảnh Al, đồng thời mảnh Al tan dần và màu xanh của dd nhạt dần.
Giải thích: Do Al hoạt động hóa học mạnh hơn nên đẩy được Cu ra khỏi dd CuCl2, mảnh Al tan dần và Cu sinh ra bám ngoài mảnh Al, nồng độ của dd CuCl2 giảm dần nên màu xanh của dd dần nhạt đi.
2Al + 3CuCl2 → 2AlCl3 + 3Cu ↓
c) Thả mảnh Al vào dd AgNO3: có kết tủa màu xám bám ngoài lá Al, đồng thời mảnh Al tan dần.
Giải thích: Al đẩy Ag ra khỏi dd muối AgNO3 làm mảnh Al tan dần. Ag sinh ra bám vào lá Al.
Al + 3AgNO3 → Al(NO3)3 + 3Ag ↓
d) Thả mảnh Al vào dd HCl: mảnh Al tan dần đồng thời có bọt khí thoát ra.
Giải thích: Al phản ứng với dd axit tạo thành muối nhôm và giải phóng khí H2.
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 ↑
Câu 3. Có nên dùng xô, chậu, nồi nhôm để đựng vôi, nước vôi tôi hoặc vữa xây dựng không? Hãy giải thích.
Bài làm:
Al và Al2O3 có thể tác dụng được với dd kiềm nên không được dùng xô, chậu hay nồi nhôm để đựng các chất có tính kiềm như vôi, nước vôi tôi hoặc vữa xây dựng.
Al + Ca(OH)2 + H2O → Ca(AlO2)2 + H2 ↑
Al2O3 + Ca(OH)2 → Ca(AlO2)2 + H2O
Câu 4. Có dd muối AlCl3 lẫn tạp chất là CuCl2. Có thể dùng chất nào sau đây để làm sạch muối nhôm? Giải thích và viết PTHH xảy ra.
a) AgNO3
b) HCl
c) Mg
d) Al
e) Zn
Bài làm:
Đáp án đúng: D
Nhôm phản ứng với dd muối CuCl2 tạo ra dung dịch muối AlCl3 và kim loại Cu. Sau phản ứng, lọc lấy Cu, ta được dd muối AlCl3.
2Al + 3CuCl2 → 2AlCl3 + 3Cu ↓
Câu 5. Thành phần hoá học chính của đất sét là: Al2O3.2SiO2.2H2O. Hãy tính thành phần % khối lượng của Al trong hợp chất trên.
Bài làm:
Khối lượng mol của hợp chất Al2O3.2SiO2. 2H2O là:
MAl2O3.2SiO2.2H2O = 258 (g/mol)
Thành phần % của Al trong hợp chất trên là:
% Al = [(27 x 2) / 258] x 100% = 20,93%
Câu 6. Để xác định thành phần % khối lượng của hỗn hợp A gồm bột Al và bột Mg, người ta thực hiện 2 thí nghiệm sau:
TN1: Cho m gam hỗn hợp A tác dụng hết với dung dịch H2SO4 loãng dư, thu được 1568 ml khí (ở đktc).
TN2: Cho m gam hỗn hợp A tác dụng với dd NaOH dư, sau phản ứng thấy còn lại 0,6 gam chất rắn.
Tính thành phần % khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp A.
Bài làm:
– PTHH xảy ra ở TN1:
2Al + 3H2SO4 loãng → Al2(SO4)3 + 3H2 ↑ (1)
Mg + H2SO4 loãng → MgSO4 + H2 ↑ (2)
– PTHH xảy ra ở TN2:
2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2 ↑ (3)
– Trong TN2, chỉ có Al tác dụng được với dd NaOH dư, nên chất rắn còn lại là Mg có khối lượng 0,6 g.
⇒ nMg = mMg / MMg = 0,6 / 24 = 0,025 (mol)
– Số mol khí H2 ở TN1:
nH2 = VH2 / 22,4 = 1,568 / 22,4 = 0,07 (mol)
– Theo PTHH (2), ta có:
nH2 (2) = nMg = 0,025 (mol)
⇒ Số mol H2 ở PTHH (1) là:
nH2 (1) = 0,07 – 0,025 = 0,045 (mol)
⇒ Số mol Al là:
nAl = 2/3 x nH2 (1) = 2/3 x 0,045 = 0,03 (mol)
⇒ Khối lượng Al là:
mAl = 0,03 x 27 = 0,81 (g)
⇒ % Al = (mAl / mhh) x 100% = [0,81 / (0,81 + 0,6)] x 100% = 57,45 %
⇒ % Mg = 100% – % Al = 100 – 57,45 = 42,55 %.
