TỔNG HỢP KIẾN THỨC
Điều chế KL
Kim loại Kiềm
Nhôm và hợp chất của nhôm
Nguyên tắc
Phương pháp
KL Kiềm thổ
Tính chất hóa học
Một số hợp chất quan trọng
Tính chất vật lý
Nước cứng
Vị trí trong BTH, CHe
Nhôm
Vị trí trong BTH, CH e
Khử ion KL thành nguyên tử
M (n+) + ne --> M
Thủy luyện
Điện phân
Nhiệt luyện
Dùng dd như H2SO4, NaOH, NaCN,.. để hòa tan KL hoặc hc của KL và tách khỏi phần ko tan có trong quặng. Sau đó khử những ion KL này trong dd bằng KL có tính khử mạnh như Fe, Zn,...
ĐPNC
ĐPDD
Tính lượng chất thu được ở các điện cực
KL có hd trung bình: Zn, Fe, Sn, Pb,..
Khử ở nhiệt độ cao bằng chất khử như C, CO, H2 hoặc các KL hd
PbO + H2 (t0) --> Pb + H2O
Fe2O3 + 3CO -to-> 2Fe + 3CO2
Fe + CuSO4 --> FeSO4 + Cu
Fe + Cu(2+) --> Fe(2+) + Cu
Dùng cho những KL hd mạnh như K, Na, Ca, Mg, Al,...
Sử dụng dòng điện một chiều để khử ion kim loại trong chất điện li nóng chảy (muối halogenua, oxit, hidroxit)
Ở catot (cực âm): Al3+ + 3e → Al
Ở anot (cực dương): 2O2- → O2 + 4e
Phương trình điện phân: 2Al2O3 → 4Al + 3O2
m : Khối lượng chất thu được ở điện cực (gam).
A : Khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực.
n : Số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận.
I : Cường độ dòng điện (ampe).
t : Thời gian điện phân (giây).
F : Hằng số Farađây (F = 96 500).
Sử dụng dòng điện một chiều khử ion kim loại yếu trong dung dịch muối
Phạm vi: Các kim loại yếu
- Ở catot: Cu2+ + 2e → Cu
- Ở anot: 2Cl- → Cl2 + 2e
Phương trình điện phân: CuCl2 → Cu + Cl2
Cấu hình e: [Ne]3s23p1
Nhôm (Al) ở ô số 13, thuộc nhóm III, chu kì 3 của bảng tuần hoàn
Số oxi hóa: +3
Tính chất vật lý
màu trắng, nóng chảy ở 660 độ , khá mềm, dễ kéo sợi, dễ dát mỏng.
là kim loại nhẹ (D=2.7g/cm3), dẫn điện tốt (gấp 3 lần sắt, bằng 2/3 lần đồng) và dẫn nhiệt tốt (gấp 3 lần sắt)
Tính chất hóa học
Td vs phi kim
Td với halogen
Bột nhôm sẽ tự bốc cháy khi tiếp xúc với khí clo
2Al + 3Cl2 --> 2AlCl3
Tác dụng với oxi
Khi đốt, bột nhôm cháy trong không khí với ngọn lửa sáng chói, tỏa nhiều nhiệt:
Al + 3O2 (to) --> 2Al2O3
Nhôm bền trong không khí ở nhiệt độ thường do có màng oxit Al2O3 rất mỏng và bền bảo vệ
Td vs axit
Nhôm khử dễ dàng ion H+ trong dd HCl và H2SO4 (loãng) thành khí H2
2Al + 6HCl --> 2AlCl3 + 3H2
2Al + 3H2SO4 (loãng) --> Al2(SO4)3 + 3H2
Al khử N(+5) hoặc S(+6) xuống số oxi hóa thấp hơn.
Al + 4HNO3 (loãng) -to-> Al(NO3)3 + NO + 2H2O
2Al + 6H2SO4 (đặc) -to-> Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Nhôm bị thụ động bởi dd axit HNO3 đặc, nguội hoặc H2SO4 đặc, nguội
Td vs nước
Nhôm không td với nước dù ở nhiệt độ cao vì trên bề mặt nhôm phủ 1 lớp Al2O3 rất mỏng, bền, mịn. Không cho nước và khí thấm qua
Nếu phá bỏ lớp oxit trên bề mặt nhôm, thì nhôm sẽ tác dụng với nước ở nhiệt độ thường
2Al + 6H2O -> 2Al(OH)3 + 3H2
Td vs dd kiềm
Tan trong dd kiềm và giải phóng khí hiđro
2Al + 2NaOH + 2H2O --> 2NaAlO2 + 3H2
Td vs oxit kim loại
Ở nhiệt độ cao, Al khử được nhiều ion KL trong oxit
2Al + Fe2O3 -to-> Al2O3 + 2Fe (phản ứng nhiệt nhôm)
Ứng dụng và trạng thái tự nhiên
Trạng thái tự nhiên
tồn tại ở dạng hợp chất
có trong đất sét, mica, boxi, criolit
Ứng dụng
Được dùng trong xây dựng nhà cửa và trang trí nội thất
Làm dây điện, dùng làm dụng cụ nhà bếp
Dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô, tên lửa, tàu vũ trụ
Bột nhôm trộn với bột sắt oxit để thực hiện phản ứng nhiệt nhôm dùng hàn đường ray
Sản xuất nhôm
Nguyên liệu
Quặng boxit
Điện phân nhôm oxit nóng chảy
Hòa tan Al2O3 trong criolit nóng chảy --> vừa tiết kiệm năng lượng, vừa tạo được chất lỏng có tính dẫn điện tốt hơn Al2O3 nóng chảy
Quá trình điện phân
Catot: Al(3+) + 3e --> Al
Anot: 2O(2-) --> O2 + 4e
MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA NHÔM
Nhôm Hđroxit (Al(OH)3)
Tính chất
Vật lý
Là hợp chất màu trắng, kết tủa keo, không tan trong nước, không bền nhiệt
Hóa học
Dễ bị nhiệt phân thành nhôm oxit
Là hiddroxit lưỡng tính, tan trong axit và bazơ
Nhôm Sunfat (Al2SO4)
là chất bột màu trắng, bị phân hủy nhiệt trên 770 độ C
Muối nhôm sunfat có nhiều ứng dụng nhất: muois sunfat kép của nhôm và kali ngậm nước (phèn chua)
Phèn chua được dùng nhiều trong công nghiệp giấy, nhuộm, thuộc da và làm trong nước.
Công thức: K2SO4.Al2SO4.24H2O.
Phèn chua có dạng tinh thể, không màu, có vị hơi chua và chát
Muối nhôm sunfat khan tan trong nước tỏa nhiệt làm dung dịch nóng lên do bị hidrat hóa
Nhôm Oxit (Al2O3)
Tính chất
Vật lý
Màu trắng, bền với nhiệt, không nóng chảy
Không tác dụng với nước, không tan trong nước
Hóa học
Là oxit lưỡng tính
Td với dd axit
(Al2O3 + 6HCl => 2AlCl3 + H2O)
Td với dd kiềm
(Al2O3 + 2NaOH => 2NaAlO2 + H2O)
Ứng dụng
Bột Al2O3 có độ cứng cao (emeri) được dùng làm vật liệu mài
Phần chủ yếu nhôm oxit được dùng để điều chế nhôm
Tinh thể Al2O3 còn được dùng để chế tạo các chi tiết trong các ngành kĩ thuật chính xác như chân kính đồng hồ, thiết bị phát tia laze,.
Al2O3 còn được dùng làm vật liệu chịu lửa: chén nung, ống nung và lớp lót trong các lò điện
Điều chế đá quý nhân tạo
Kim loại kiềm thổ là những nguyên tố s (ns2) thuộc nhóm IIA, gồm các kim loại: Beri (Be), Magie (Mg), Canxi (Ca), Stronti (Sr), Bari (Ba)
Màu trắng bạc, có thể dát mỏng, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt.
Mạng tinh thể:
Be, Mg (Lục phương)
Ca, Sr (Lập phương tâm diện)
Ba (Lập phương tâm khối)
Cứng hơn KL kiềm, KL kiềm thổ có độ cứng thấp; độ cứng giảm dần từ Be → Ba
Có tính khử mạnh, tăng dần từ Be → Ba
Td vs phi kim
Td vs axit
Với halogen: M + X2 → MX2
2Mg + O2 → 2MgO
Td vs H2O
Ca + 2HCl → CaCl2 + H2
Ca + H2SO4 (loãng) → CaSO4 + H2
4Ca + 10HNO3 (l) → 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
4Mg + 5H2SO4 (đ) --> 4MgSO4 + H2S + 4H2O
Ca, Sr, Ba tác dụng với nước ở nhiệt độ thường tạo dung dịch bazơ:
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2
Mg không tan trong nước lạnh, tan chậm trong nước nóng tạo thành MgO
Mg + H2O (to) → MgO + H2
CANXI CACBONAT CaCO3
CANXI SUNFAT: CaSO4
CANXI HIDROXIT: Ca(OH)2
TCHH: Mang đầy đủ tính chất của một dung dịch kiềm (tác dụng với axit, oxit axit, muối)
TCVL: là chất rắn màu trắng, ít tan trong nước
TCVL: chất rắn màu trắng, không tan trong nước
TCHH
CaCO3 tan dần trong nước có chứa khí CO2, tạo ra muối tan là Ca(HCO3)2:
CaCO3 + H2O + CO2 ⇄ Ca(HCO3)2
tác dụng được với nhiều axit vô cơ, giải phóng khí cacbonic:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
CaCO3 + 2CH3COOH → Ca(CH3COO)2 + H2O + CO2
Canxi sunfat là chất rắn, màu trắng, tan ít trong nước (độ tan ở 25oC là 0,15 g/100 gam H2O).
Tuỳ theo lượng nước kết tinh trong muối canxi sunfat, ta có 3 loại :
CaSO4.2H2O có trong tự nhiên là thạch cao sống, bền ở nhiệt độ thường.
CaSO4.H2O hoặc CaSO4.0,5H2O là thạch cao nung
CaSO4 có tên là thạch cao khan: không tan và không tác dụng với nước.
Tác hại
Cách làm mềm nước cứng
Khái niệm
Nhận biết ion Ca(2+), Mg(2+) trong dd
Tính chất vật lý
KLR nhỏ, tăng dần từ Li -> Cs do các KLK có mạng tinh thể rỗng hơn và nguyên từ có bán kính lớn hơn so với các KL khác trong cùng chu kì
to sôi, to nc thấp, giảm dần từ Li -> Cs do mạng tinh thể KLK có kiểu lập phương tâm khối, liên kết KL kém bền
Cs màu vàng nhạt, độ cứng thấp nhất
(Li, Na, K, Rb) màu trắng bạc, ánh kim, dẫn điện tốt, độ cứng thấp
Màu ngọn lửa
Li: đỏ tía
Na: vàng
K: tím
Rb: tím hồng
Cs: xanh lam
Vị trí BTH, CHe
Gồm: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr( Nguyên tố phòng xạ)
Lớp ngoài cùng: ns1 -> Trong hợp chất, số oxh của KL kiềm là +1
Thuộc nhóm IA, đứng đầu mỗi chu kì (trù chu kì 1)
Ứng dụng
Hợp kim Li- Al: Kĩ thuật hàng không do siêu nhẹ
Cs: chế tạo tế bào quang điện do dễ mất e
Hợp kim Na-K: Chất dẫn nhiệt ở 1 số lò phản ứng do dễ nóng cháy
Tính chất hóa học
Tác dụng với PK
Tác dụng với Cl2: 2Na + Cl2 -> 2NaCl
Td vs O2
Ở đk thường: 4Na + O2 -> 2Na2O
kk khô: 2Na + O2 -> Na2O2
Chú ý : Li + N2 -> Li3N (ở đk thường)
Tác dụng với muối
KLK tác dụng với H2O của muối (1)
Bazo sinh ra tác dụng với Muối (2)
VD: Na+ CuSO4
2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2
NaOH + CuSO4 -> Na2(SO4) + Cu(OH)2
Tác dụng với axit
KLK gây nổ khi td với H2SO4l, HCl
Tác dụng với nước
KLK +H2O -> Bazo+ H2 (phản ứng mãnh liệt)
2M + 2H2O -> 2MOH +H2
=> Cách bảo quản: Ngâm chìm trong dầu hỏa
Nhận xét chung
Tính khử tăng dần từ Li -> Cs
Trong hợp chất, số oxh là +1
có tính khử mạnh
Điều chế
Đpnc muối halogenua tương ứng
VD: 2NaCl đpnc -> 2Na + Cl2
Nước chứa nhiều ion Ca2+ và Mg2+ được gọi là nước cứng
Phân loại
Các ống dẫn nước cứng lâu ngày bị đóng cặn, làm giảm lưu lượng của nước
Quần áo giặt bằng nước cứng thì xà phòng ko ra bọt, tốn xà phòng và làm quần áo chóng hư hỏng do những kết tủa khó tan bám vào quần áo
Đun nước cứng lâu ngày trong nồi hơi, nồi sẽ bị phủ một lớp cặn --> làm tốn thêm nhiên liệu (1mm~5%), thậm chí có thể gây nổ
Pha trà bằng nước cứng sẽ làm giảm hương vị của trà, nấu ăn bằng nước cứng sẽ làm cho thực phẩm lâu chín và giảm mùi vị
Tính cứng tạm thời là tính cứng gây nên bởi các muối Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2
Tính cứng vĩnh cửu là tính cứng gây nên bởi các muối sunfat, clorua của Canxi và Magie
Tính cứng toàn phần gồm cả tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu
Nguyên tắc
PP kết tủa
PP trao đổi ion
Làm giảm nồng độ cồn các ion Ca2+, Mg2+ trong nước
Khi đun sôi nước, các muối Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2 bị phân hủy tạo ra muối cacbonat không tan. Loại bỏ kết tủa ta được nước mềm.
Dùng Ca(OH)2 với một lượng vừa đủ để trung hoà muối axit, tạo ra kết tủa làm mất tính cứng tạm thời.
Dùng Na2CO3 (hoặc Na3PO4) để làm mất tính cứng tạm thời và tính cứng vĩnh cửu.
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 -> 2CaCO3 + 2H2O
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 -> CaCO3 + 2NaHCO3
CaSO4 + Na2CO3 -> CaCO3 + Na2SO4
Sục khí CO2 dư vào dd nếu kết tủa tan chứng tỏ sự có mặt của Ca2+ hoặc Mg2+
Dùng nhựa cationit các ion Ca2+ và Mg2+ có trong nước cứng thế chỗ cho các ion Na+ hoặc H+ của cationit
Dùng để làm mất tính cứng tạm thời và vĩnh cửu