Vì sao những đồ dùng bằng nhôm không bị phá hủy trong nước và ngày cả khí đun nóng
(1) Show
Vì sao đồ dùng bằng nhơm lại khó bị gỉ?1. Xét với kim loại nhôm, đồ dùng bằng nhôm bền trong khơng khí và nướcNhiều người cho rằng nhơm khó bị gỉ, thực ra so với sắt thì nhơm dễ bị gỉ hơn. Có điều khác là khi nhơm bị gỉ, bề mặt nhôm không bị rỗ, sần sùi như sắt mà tạo thành một bề mặt trơn láng. Bản chất của lớp gỉ trên bề mặt kim loại chính là lớp oxit kim loại do tác dụng của hơi ẩm kết hợp với oxi với kim loại tạo ra. Khi sắt bị gỉ sẽ tạo nên một lớp oxit sắt xốp, oxi có thể lọt qua lớp sắt oxit và gây gỉ tiếp tục. Nhơm thì khơng giống như vậy. Khi nhôm tác dụng với oxi sẽ tạo thành một lốp nhôm oxit (Al203). Lớp nhôm oxit này bám rất chắc vào bề mặt nhôm nên ngăn không cho oxi tác dụng trực tiếp với nhôm giống như tấm màn chống muỗi không cho muỗi bám vào da để hút máu người. Thực tế các đồ dùng bằng nhôm khi ra khỏi khn đúc thì nhơm đã tác dụng ngay với oxi khơng khí tạora lớp màng oxit bảo vệ 2. Xét với kim loại nhôm, đồ dùng bằng nhôm rất dễ hỏng khi tiếp xúc với axit, kiềm Vì Al(OH)3, Al2O3 là chất lưỡng tính vì vậy lớp màng oxit này dễ dàng bị axit và kiềm phá hủy. Vì vậy đồ dùng bằng nhơm chỉ thích hợp cho việc nấu cơm, đun nước mà khơng thích hợp để đựng các chất dễ sinh axit hoặc kiềm. Thường có nhiều người khơng thích đồ dùng bằng nhơm mất vết bóng nên lấy cỏ, rơm, hoặc cát đánh cho bóng. Dùng cát để đánh bóng có thể đánh sạch hết lớp oxit nhôm bảo vệ bề mặt nhơm do ma sát. Cịn dùng cây cỏ có thể làm thốt ra những chất có tính kiềm như kali cacbonat có thể có phản ứng hóa học hịa tan lớp oxit nhơm. Vì vậy các biện pháp đánh sạch bề mặt đồ dùng bằng nhôm như trên là không khoa học. Khi bạn dùng cách đánh bóng bề mặt nhơm, ngay lập tức bạn có thể có một bề mặt sáng bóng, nhưng khơng lâu sau, trên bề mặt nhôm lại xuất hiện một lớp nhôm oxit bảo vệ. Nếu bạn lại tiếp tục đánh bóng, nhơm lại tiếp tục bị oxit hóa và lại tiếp tục bị phủ một bề mặt mờ xám, mò đục. Sau mỗi lần đánh bóng, bề mặt nhơm lại mịn đi một ít và cứ thế thịi hạn sử dụng có thể giảm đi. Lớp nhơm oxit trên bề mặt rất mỏng, chỉ vào khoảng 0,0001mm hoặc dày hơn một chút. Trong cơng nghiệp, để tăng cưịng độ bền của các đồ dùng bằng nhôm người ta thường xử lý bề mặt nhôm bằng dungdịch natri sunfat 20% và dung dịch axit nitric 10% để tăng độ dày lớp oxyt nhơm. Chính vì vậy mà trên đồ dùng bằng nhơm mới thưịng có màu trắng xám đục hoặc màu vàng.
Nhôm là kim loại có chủ yếu trong hợp kim làm vỏ máy bay, ghê chưa! 1. Nhôm, nhẹ ký và gương mặt trắng bạcAl (ô số 13, chu kì 3, nhóm IIIA), 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1. Kim nhẹ, dẻo, dẫn điện và nhiệt tốt (nhớ thêm Ag > Cu > Au > Al > Fe). Mạng tinh thể lập phương tâm diện. Al (cũng tựa như Zn) tạo oxit lưỡng tính, hiđroxit lưỡng tính. Bạn nhớ:
2. Tính chất hóa học của kim loại nhômĐương nhiên là tính khử rồi – Al dễ cho 3e ở lớp ngoài cùng: Al → Al3+ + 3e nên Al chỉ có số oxi hóa +3 trong hợp chất Tính khử của nhôm mạnh; nhưng yếu hơn kim loại nhóm IA, IIA. 2.1. Với phi kim O2, Cl2, S4Al + 3O2 → 2Al2O3, nhôm oxit 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3, nhôm clorua 2Al + 3S → Al2S3, nhôm sunfua 2.2. Với axitAl + HCl hoặc H2SO4 loãng → muối Al3+ + H2 Al + H2SO4 đặc nóng → muối Al3+ + SO2 (S, H2S) + H2O Al + HNO3 đặc nóng hoặc HNO3 loãng → muối Al3+ + NO2(NO, N2O, N2, muối NH4NO3) + H2O LƯU Ý Al (Cr, Fe) không phản ứng với axit HNO3 đặc nguội ; axit H2SO4 đặc nguội. 2.3. Phản ứng nhiệt nhômChính là phản ứng thuộc phương pháp nhiệt luyện trong bài điều chế kim loại đã học: Al + Oxit của kim loại sau nhôm —t0→ Al2O3 + kim loại Áp dụng trong thực tế:
2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe nóng chảy hàn hai đầu nối Nhiệt độ tỏa ra tối đa (tính theo lý thuyết) của phản ứng là 3.2000C. Tuy nhiên, trong thực tế, nhiệt dao động trong khoảng 2.2000C đến 2.4000C.
Nếu bạn quan tâm, hãy xem thêm nội dung chi tiết về quá trình hàn nhiệt tại đây.
2Al + Cr2O3 —t0→ Al2O3 + 2Cr 2.4. Al không phản ứng, không tan trong H2OVật làm bằng kim loại nhôm không phản ứng với H2O ở bất kì t0 nào (do bề mặt Al bị phủ kín một lớp Al2O3 mỏng bền_t0nc của Al2O3 lên đến 20500C lận! ) Al nguyên chất khử H2O ngay ở t0 thường, 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 là kết tủa bọc Al lại + 3H2 nhưng . . . . phản ứng cũng dừng lại nhanh chóng do Al(OH)3 tủa keo_bọc lấy thanh Al, ngăn cản Al tiếp xúc – gặp gỡ bạn H2O ⇒ NÓI THỰC TẾ Al KHÔNG PHẢN ỨNG VỚI H2O. Nhôm bền trong môi trường không khí và nước là do có màng oxit Al2O3 bền vững bảo vệ 2.5. Al không tan trong H2O nhưng …Al tan được trong dung dịch kiềm mạnh2.5.1. Vì sao vậy ta?Al không tan trong H2O vì có lớp Al2O3 bảo vệ. Al nguyên chất tác dụng với H2O nhưng phản ứng cũng dừng lại ngay vì tạo lớp Al(OH)3 bảo vệ. Nhưng Al TAN dễ dàng trong dung dịch BAZƠ MẠNH vì [1] Lớp Al2O3 bị tan trong dung dịch kiềm Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2+H2O [2] Al gặp H2O, lập tức tác dụng 2Al0 + 6H+2O → 2Al3+(OH)3 tủa bọc Al lại + 3H20 [3] NaOH phá tan lớp Al(OH)3 tủa sinh ra ở [2] Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 tan + 2H2O Phản ứng [2] và [3] xảy ra xen kẽ nhau, cho đến khi Al tan hết. Gộp 2 phương trình này lại, ta được Al0 + NaOH + H+2O → NaAl3+O2 tan + 1,5H20 Em thấy:
2.5.2. Áp dụng vào bài tập phân biệt1. Ví dụ để phân biệt 2 chất rắn Al, Al2O3 ta dùng dung dịch NaOH do
2. Có 3 chất rắn: Fe, Al, Al2O3 đựng trong 3 lọ mất nhãn. Thuốc thử nhận biết được mỗi chất là dung dịch NaOH do:
3. Cho bốn chất rắn riêng biệt Na, Al, Al2O3 ,Fe . Có thể dùng H2O đây để phân biệt 4 chất do:
3. Al2O3 và Al(OH)3 lưỡng tính+Al2O3 ; Al(OH)3 lưỡng tính; nhưng do tính bazơ – axit đều yếu nên chỉ tác dụng với axit mạnh như HCl, HNO3, H2SO4 ; với bazơ mạnh LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2. 3.1. Al2O33.1.1. Tính chấtRắn màu trắng không tan trong H2O Tồn tại dạng đá quý hoặc trong quặng nhôm Rất bền, t0nc > 20000C, không phân hủy. 3.1.2. Lưỡng tínhLà hợp chất lưỡng tính (oxit bazơ, oxit axit)
Al2O3 (bazơ) +6HCl → 2AlCl3+3H2O Al2O3+6H+ → 2Al2++3H2O
Al2O3 (axit) +2NaOH → 2NaAlO2+H2O Al2O3+2OH– → 2AlO2–+H2O 3.2. Al(OH)33.2.1. Tính chất và điều chếChất kết tủa keo trong ; keo trắng Thu được khi cho muối Al3+ + dung dịch kiềm mạnh/yếu Al3+ + 3OH– (kiềm mạnh_vừa đủ) → Al(OH)3 tủa Al3+ + 3NH3 (kiềm yếu_dư) + 3H2O → Al(OH)3 tủa + 3NH4+ Kém bền, dễ bị phân hủy khi đun nóg 2Al(OH)3 —t0→ Al2O3 + 3H2O 3.2.2. Tính lưỡng tínhLà hợp chất lưỡng tính (bazơ_nhôm hiđroxit Al(OH)3 ; axit_axit aluminic HAlO2.H2O)
Al(OH)3 (bazơ) + 3HCl → AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + 3H+ → Al3++ 3H2O
Al(OH)3 (axit) + NaOH → NaAlO2 + 2H2O Al(OH)3 + OH– → AlO2–+ 2H2O 3.2.3. Dừng lại xem ghi chúỞ ban cơ bản, NaAlO2 có tên là Natri aluminat; trong đó Aluminat chỉ ion rất lạ là AlO2–.
Ở ban nâng cao,
3.2.4. Tạo lại Al(OH)3 từ dung dịch NaAlO2+Dùng axit yếu H2CO3 dư NaAlO2 + CO2 dư + 2H2O → Al(OH)3 tủa + NaHCO3 Do CO2 + H2O = axit yếu H2CO3 nên cho dù CO2 có dư thì cũng không thể nào hòa tan tủa Al(OH)3 +Dùng axit mạnh HCl vừa đủ thôi NaAlO2 + HCl ĐỦ + H2O → Al(OH)3 tủa + NaCl Do Al(OH)3 + 3HCl axit mạnh → AlCl3 tan + 3H2O nên phải dùng axit HCl, H2SO4 ĐỦ, không được dùng dư! +Nói dẫn khí CO2 từ từ cho đến dư vào dung dịch NaAlO2: thấy xuất hiện kết tủa keo trắng rồi kết tủa keo trắng vẫn tồn tại, hổng tan gì hết á! +Nói rót từ từ cho đến dư dung dịch HCl vào dung dịch NaAlO2: em thấy xuất hiện kết tủa keo trắng rồi kết tủa keo trắng lại tan tạo dung dịch trong suốt. 4. Phèn chua và Phèn nhômPhèn chua: là muối sunfat kép của nhôm và kali ngậm nước,
Phèn nhôm: thay K+ của Phèn chua bằng Li+, Na+ hay NH4+. 5. Hợp kim nhômHợp kim quan trọng của nhôm: đuyara, silumin, almelec, electron. Hợp kim nhôm là dung dịch rắn trong đó,
Việc thêm các nguyên tố vào nhôm sẽ làm cho hợp kim được cải thiện về
Một đặc tính tuyệt vời của hợp kim nhôm là chúng nhẹ và chống ăn mòn rất tốt. Hợp kim của nhôm phức tạp lắm. Có cả dãy danh sách dài các hợp kim nhôm và kí hiệu từng loại – để người mua biết dùng hợp kim đó để làm gì nữa cơ!. Chúng mình chỉ cần nhớ tên các hợp kim nhôm như trên, để làm bài tập trắc nghiệm lấy điểm 10, rồi khoe mẹ và “gấu” thôi; còn lại …khi là kĩ sư vật liệu chuyên nghiệp mới rõ. 6. Sản xuất kim loại nhôm6.1. Nguyên liệu quặng boxit đào từ đất lênQuặng boxit Al2O3.nH2O (thường lẫn tạp chất là Fe2O3 và SiO2). 6.2. Thu Al2O3 từ quặng boxit theo 3 bước1. Làm sạch nguyên liệu: Quặng boxit [Al2O3.nH2O + tạp Fe2O3, SiO2] + NaOH dư
Al2O3 + 2NaOH dư → 2NaAlO2 (natrti aluminat) + H2O SiO2 + 2NaOH dư → Na2SiO3 (natri silicat) + H2O 2. Thổi khí CO2 dư vào dung dịch chứa 3 chất trên; rồi lọc tách thu Al(OH)3 tủa NaAlO2 + CO2 + 2H2O → Al(OH)3 tủa + NaHCO3 3. Lấy Al(OH)3 đem đi nung ở t0 > 1000C, ta thu Al2O3 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O 6.3. Điện phân nóng chảy Al2O3 để thu Al6.3.1. Cách làmNguyên tắc: khử ion Al3+ trong Al2O3 thành Al (Al3+ + 3e → Al). Phương pháp: các chất khử thông thường như C, CO, H2 không đủ khỏe để khử Al3+ thành Al (C, CO, H2 có tính cho e – tính khử không đủ mạnh để chuyển electron vào Al3+) ⇒ nguời ta phải dùng phương pháp ĐIỆN PHÂN NÓNG CHẢY Al2O3 (khi đó, dòng điện một chiều trên cực âm là chất khử rất mạnh). 6.3.2. Trộn criolit vào Al2O3 để làm gì vậy?Người ta trộn Al2O3 với CRIOLIT 1AlF3.3NaF ⇔ Na3AlF6. Criolit có 3 vai trò:
6.3.3. Phương trình điện phân nóng chảy Al2O3Al2O3 —đpnc→ 2Al (ở catot-cực âm) + 1,5O2 (ở anot-cực dương) Trong đó:
Al3+ + 3e → Al
2O2– → O2 + 4e Hạn chế: hai điện cực của bình điện phân làm bằng than chì (cacbon) ⇒ bị O2 sản phẩm đốt cháy cực + tạo khí CO, CO2 …gây nên 2 hậu quả:
7. Liên kết hữu íchĐọc thêm các bài viết về Kim loại và Hóa lớp 12 tại đây. Nếu có câu hỏi hoặc ý tưởng mới, hãy lưu lại trong phần bình luận bạn nhé. Câu hỏi và ý tưởng của bạn luôn tuyệt vời. Đừng quên chia sẻ bài viết lên mạng xã hội để nhiều người cùng học nha bạn.
|