Giáo án Hóa học Lớp 12 nâng cao - Bài 33: Nhôm - Bùi Thị Phương Thúy

BÀI 33: NHÔM (Ban nâng cao) Tiết thứ: 51 Ngày soạn: 10-10-2008 Người soạn: Bùi Thị Phương Thúy Mục tiêu bài học Về kiến thức: Học sinh hiểu nhôm là kim loại có tính khử mạnh. Về kĩ năng: Học sinh viết phương trình phản ứng thể hiện tính khử mạnh của Al, phương trình điều chế Al Học sinh thiết lập mối liên hệ giữa tính chất và ứng dụng của Al Về tư tưởng tình cảm: Giáo dục học sinh lòng say mê yêu khoa học, tin tưởng vào khoa học. Học sinh biết các ứng dụng khoa học vào thực tiễn Chuẩn bị: Giáo viên: dụng cụ, hóa chất thí nghiệm, tranh minh họa Học sinh: học bài cũ, đọc bài mới, đầy đủ dụng cụ học tập: bảng tuần hoàn Tổ chức các hoạt động day học Hoạt động của (GV) & (HS) Nội dung bài giảng GV: dẫn nhập vào bài mới GV: GV: dựa vào cấu tạo nguyên tử, Eo Al3+; năng lượng ion hóa của Al, Hãy cho biết tính chất hóa học của Al là gì? HS: Eo Al3+ = -1,66V, nguyên tử Al có năng lượng ion hóa thấp Do vậy Al là kim loại có tính khử mạnh. Tuy nhiên tính khử của Al yếu hơn kim loại kiềm, mạnh hơn kim loại kiềm thổ GV: Tính chất hóa học cơ bản của Al là tính khử mạnh: GV: Cho HS quan sát mảnh Al, Trong không khí có O2 hỏi nhôm có tác dụng với O2 không? Vì sao? HS: - Al bền trong không khí ở nhiệt độ thường do có màng Al2O3 rất mỏng, bền bảo vệ. GV: Biểu diễn thí nghiệm - Khi đốt nóng bột Al cháy sáng trong không khí, phản ứng tỏa nhiều nhiệt: GV: Biểu diễn thí nghiệm nhôm tác dụng với I2 Quan sát thí nghiệm, nêu hiện tượng, viết PTPU xảy ra. HS: 2 Al + 3I2 → 2 AlI3 GV: Bột nhôm tự bốc cháy khi tiếp xúc với khí Cl2, HS về nhà viết phản ứng với Cl2, Br2 Đối với S, C thì nhôm tác dụng ở nhiệt độ cao. GV: Xác định sự thay đổi số oxi hóa của Al trong phản ứng trên? HV: Alo → Al3+ + 3e GV: Tiến hành thí nghiệm Al tác dụng với dung dịch axit H2SO4 loãng HS quan sát, mô tả hiện tượng? viết PTPU, PT ion? HS: 2Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2 Pt ion: 2Al + 6H+ → 2 Al3+ + 3H2 GV: HS về nhà viết phản ứng với dung dịch axit HCl loãng GV: [ Al khử ion H+ trong dung dịch axit tạo muối Al 3+ và khí H2 GV: Học sinh lên bảng viết PTPU của Al với dung dịch axit H2SO4 đặc nóng? HS ở dưới viết vào vở nháp. HS: to 2Al + 6H2SO4 đ → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6 H2O GV: Al tác dụng với dd axit H2SO4 đặc nóng giải phóng khí SO2 GV: Học sinh lên bảng viết PTPU của Al với dung dịch axit HNO3 loãng, nóng? HS ở dưới viết vào vở nháp. HS: 2Al + 6HNO3 →2Al(NO3)3 +3 H2 Rất loãng Al + 4HNO3(loãng) →Al(NO3)3+ NO + 2H2O to Al + 6HNO3 đ → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O GV: Al tác dụng với dd axit HNO3 rất loãng thì giải phóng H2 tương tự HCl, H2SO4 loãng Al tác dụng với dd axit HNO3 loãng giái phóng khí NO, hoặc muối NH4NO3 tùy trường hợp. Al tác dụng với dd axit HNO3 đặc nóng thường giải phóng khi NO2 (màu nâu) GV: to KL Với các axit HNO3 đặc nóng, HNO3 loãng, H2SO4 đặc nóng: Al khử được N+5, S+6 xuống những mức oxi hoá thấp hơn. GV: Tiến hành thí nghiệm Al với dung dịch axit H2SO4 đặc nguội HS: quan sát, nêu hiện tượng? GV: Lưu ý Al thụ động với dung dịch HNO3, H2SO4 đặc nguội GV: Al không phản ứng với dung dịch axit HNO3 đặc nguội, H2SO4 đặc nguội. Vì những axit này đã bị oxi hóa bề mặt tạo thành 1 màng oxit có tính trơ, làm cho Al thụ động, Al bị thụ động sẽ không tác dụng với cả dung dịch HCl, H2SO4 loãng. GV: to - Ở nhiệt độ cao, Al khử được nhiều ion kim loại kém hoạt động hơn trong hợp chất oxit (Fe2O3, Cr2O3, CuO ...) thành kim loại tự do. - §©y lµ ph­¬ng ph¸p nhiÖt nh«m, th­êng dïng ®Ó ®iÒu chÕ s¾t trong khi hµn ®­êng ray: GV: HS về nhà viết phản ứng của Al với Cr2O3, CuO? GV: Cho EoAl3+/Al < Eo H2O/H2, vậy nhôm có tác dụng được với nước không? PTPU? HS: 2Al + 6H2O → 2 Al(OH)3 + 3 H2 GV: giải thích: - Do EoAl3+/Al < Eo H2O/H2 [ Al khử được nước [ Phản ứng dừng lại nhanh và có lớp Al(OH)3 không tan trong H2O bảo vệ lớp nhôm bên trong. GV: Biểu diễn thí nghiệm Nhôm tác dụng với dung dịch bazơ mạnh: NaOH, (KOH, Ca(OH)2...) GV: giải thích? Trước hết màng Al2O3 bị phá hủy trong môi trường kiềm: Al2O3 + NaOH +3H2O → 2Na[Al(OH)4] (1) Tiếp đến Al khử H2O: 2Al + 6H2O → 2 Al(OH)3 + 3 H2 (2) Màng 2 Al(OH)3 bị phá hủy trong môi trường kiềm Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] (3) Các phản ứng (2) & (3) xảy ra luân phiên cho đến khi nhôm bị tan hết gộp lại được phương trình trên. GV: từ các phản ứng (2) & (3) hãy viết phản ứng của Al với dd NaOH? HS: 2Al +2NaOH +6H2O→2Na[Al(OH)4] +3H2 GV: Viết pư: Al+Ba(OH)2 + H2O →? (BTVN) GV: Tác dụng với dung dịch muối _ tạo thành muối nhôm và kim loại mới GV: Biểu diễn thí nghiệm (nếu có) GV: Nghiên cứu những ứng dụng trong sgk? Dựa vào cả tính chất vật lý của Al? HS: Nhôm là loại hợp kim nhôm có đặc tính nhẹ, bền đối với không khí và nước, được dung làm vật liệu chế tạo máy bay, ôtô tên lửa, tàu vũ trụ. Nhôm có tính dẫn điện dẫn nhiệt tốt, được dùng làm dây cáp dẫn điện thay thế cho Cu là kim loại đắt tiền. Al được dùng để chế tạo các thiết bị trao đổi nhiệt, các dụng cụ đun nấu trong giá đình. Bột nhôm dùng để chế tạo hỗn hợp tecmit (hỗn hợp Al và Fe2O3, được dùng để hàn gắn đường ray GV: Treo sơ đồ thùng điện phân Al2O3 nóng chảy. Nguyên tắc: khử ion Al3+ Phương pháp: điện phân nóng chảy oxit Al § Tinh chế quặng boxit: Đun nóng bột Boxit nghiền với dung dịch NaOH 40%trong nồi áp xuất ở nhiệt độ 450oC và dưới áp xuất 5-6atm. Nhôm oxit tan trong dung dịch kiềm tạo thành natrihidroxoaluminat: Al2O3 + NaOH +3H2O → 2Na[Al(OH)4] Lọc lấy dung dịch và dung nước pha loãng, kết tủa Al(OH)3 lắng xuống Na[Al(OH)4] → Al(OH)3 + NaOH Lọc và nung lấy kết tủa ở nhiệt độ: 1200-1400oC trong lò quay sẽ thu được AlO3 tinh khiết. § Điện phân nóng chảy Al2O3 Al2O3 nóng chảy ở 2050oC Al2O3, criolit ( Na3AlF6): 900oC Điều chế criolit: Al(OH)3+12HF+3 Na2CO3→2 Na3AlF6+9H2O +3CO2 Thùng điện phân Cực âm: xảy ra sự khử Al3+ thành Al: Al3+ + 3e → Al ở cực dương xảy ra sự oxi hóa O2- thành khí O2 2O2- → O2 + 4e GV: yêu cầu HS viết ptđp: HS: Ptđp: đpnc, 2Al2O3 4Al + 3O2 criolit Khí oxi sinh ra ở cực dương đốt cháy dần dần than chì thành CO2 do vậy trong quá trình điện phân phải hạ thấp dần các cực dương vào thùng điện phân. O2 + C → CO2, CO Bài 33: NHÔM III – TÍNH CHẤT HÓA HỌC Tính chất hóa học cơ bản của Al là tính khử mạnh: Al → Al3+ + 3e 1- Tác dụng với phi kim a/ Với O2 to 4 Al + 3O2 → 2 Al2O3 b/ Với các phi kim khác: (Cl2, S, C..) 2 Al + 3I2 → 2 AlI3 Al + Cl2 →? Al + Br2 →? to 2 Al + 3S → Al2S3 to 4 Al + 3C → Al4C3 2- Tác dụng vói dung dịch axit a/ Tác dụng vói dung dịch axit loãng HCl, H2SO4 loãng 2Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2 Pt ion: 2Al + 6H+ → 2 Al3+ + 3H2 Al + HCl →? [ Al khử ion H+ trong dung dịch axit tạo muối Al 3+ và khí H2 b/ Với dung dịch axit có tính oxi hóa mạnh: HNO3 (loãng hay đặc) H2SO4 (đặc): § Dung dịch axit H2SO4 đặc nóng to 2Al + 6H2SO4 đ → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6 H2O § Dung dịch HNO3 loãng hay đặc nóng 2Al + 6HNO3 →2Al(NO3)3 +3 H2 Rất loãng Al + 4HNO3(loãng) →Al(NO3)3+ NO + 2H2O to Al + 6HNO3 đ → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O § Dung dịch axit HNO3, H2SO4 đặc nguội Lưu ý: Al thụ động với dung dịch axit HNO3, H2SO4 đặc nguội. 3/ Tác dụng với oxit kim loại _ Phản ứng nhiệt nhôm. t o cao OXKL + Al Al2O3 + KL t o cao 3FexOy + 2yAl y Alx Oy + 3xFe t o cao Fe2O3+ 2Al Al2 O3 + 3Fe Cr2O3 + Al →? CuO + Al →? 4/ Tác dụng với H2O 2Al + 6H2O → 2 Al(OH)3 + 3 H2 chất Al tác dụng với H2O nhưng phản ứng dừng lại nhanh do có lớp Al(OH)3 không tan trong H2O bảo vệ lớp nhôm bên trong. 5/ Tác dụng với bazơ Al2O3 + NaOH +3H2O → 2Na[Al(OH)4] (1) 2Al + 6H2O → 2 Al(OH)3 + 3 H2 (2) Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] (3) 2Al +2NaOH +6H2O→2Na[Al(OH)4] +3H2 natrihidroxoaluminat 6/ Tác dụng với dung dịch muối _ tạo thành muối nhôm và kim loại mới 2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu IV - ỨNG DỤNG VÀ SẢN XUẤT ứng dụng (SGK) Dụng cụ đun nấu trong giá đình. Làm vật liệu chế tạo máy bay, ôtô tên lửa, tàu vũ trụ. Làm dây cáp dẫn điện 2/ Sản xuất Nguyªn t¾c: Khö ion Al3+ Ph­¬ng ph¸p: §iÖn ph©n nãng ch¶y oxit nh«m. Al2O3 nóng chảy ở 2050oC Al2O3. ( Na3AlF6) nóng chảy ở 900oC Thùng điện phân Cùc ©m (C) Al3+ +3e Al Cùc d­¬ng (C) 2O2- O2 + 2e Ptđp: đpnc, 2Al2O3 4Al + 3O2 criolit O2 + C → CO2, CO Củng cố: bài tập sgk