Giáo án Hóa học Lớp 12 - Bài 33: Nhôm

Bài 33: NHÔM
I. Mục tiêu:
1. Kiến thức:
HS biết: Vị trí, cấu tạo, tính chất vật lí, ứng dụng và sản xuất nhôm.
HS hiểu: Tính chất hoá học của nhôm.
2. Kĩ năng:
Tìm hiểu tính chất của đơn chất nhôm.
Viết PTHH chứng minh tính chất hoá học của nhôm.
Thiết lập mối liên hệ giữa tính chất và ứng dụng của nhôm.
Kĩ năng hoạt động theo nhóm.
3. Thái độ: 	
Tích cực vận dụng những kiến thức về kim loại nhôm để giải thích một số hiện tượng và giải quyết một số vấn đề về thực tiễn sản xuất.
II. Kiến thức trọng tâm:
Tính chất hoá học và phương pháp điều chế kim loại nhôm.
III. Phương pháp, phương tiện: 
Phương pháp:
Học theo hợp đồng.
Hoạt động nhóm.
Phương tiện:
Sách giáo khoa.
Thí nghiệm mô phỏng.
Bút, giấy A0.
IV. Tiến trình bài dạy:
Nhiệm vụ 1 (µ): Giới thiệu về phương pháp học theo hợp đồng và cho học sinh kí hợp đồng (5’).
Nhiệm vụ 2 (µ):Vị trí của nhôm trong bảng tuần hoàn. Cấu tạo của nhôm (8’).
GV: Yêu cầu học sinh làm việc theo nhóm 2 người, nghiên cứu SGK và điền vào phiếu học tập.
GV: Yêu cầu 3 nhóm lên bảng trình bày nội dung vừa nghiên cứu.
 Gọi 2 nhóm khác nhận xét.
 Chỉnh sửa và kết luận.
Đáp án: 
Vị trí của nhôm trong bảng tuần hoàn:
Nhôm ở ô 13, nhóm IIIA, chu kỳ 3 của bảng tuần hoàn.
Trong nhóm, nhôm đứng dưới nguyên tố phi kim bo (B).
Trong chu kì, nhôm đứng sau nguyên tố kim loại magie (Mg) và trước nguyên tố phi kim silic (Si).
Cấu tạo của nhôm.
Cấu hình electron nguyên tử: 1s22s22p63s23p1.
Cấu hình electron ion Al3+ là cấu hình nguyên tử khí hiếm Ne: 1s22s22p6.
Bán kính nguyên tử: 0,125nm.
Năng lượng ion hoá: I1≈I2≈I3 nên khi cung cấp năng lượng cho nguyên tử nhôm sẽ có 3e tách ra khỏi nguyên tử.
Độ âm điện: 1,61.
Số oxi hoá: trong hợp chất, nhôm có số oxi hoá bền là +3.
Mạng tinh thể: cấu tạo mạng lập phương tâm diện.
Nhiệm vụ 3 (µ): Tính chất vật lý (2’).
HS: làm việc độc lập, nghiên cứu SGK và phát biểu ý kiến.
GV: gọi 1 HS trả lời, 1HS nhận xét rồi rút ra kết luận.
Đáp án: 
Tính chất vật lý của nhôm:
Nhôm là kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ kéo sợi và dát mỏng. Có thể dát được lá nhôm mỏng 0,01mm để gói thực phẩm.
Nhôm là kim loại nhẹ (2,7g/cm3), nóng chảy ở nhiệt độ 6000C.
Nhôm dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, độ dẫn điện bằng 2/3 đồng nhưng nhẹ hơn đồng. Độ dẫn điện của nhôm hơn sắt 3 lần.
Nhiệm vụ 4 (µ): Tính chất hoá học (20’).
GV: chia lớp thành 5 nhóm HS, mỗi nhóm 6HS.
Các nhóm có thể đăng kí nhận hỗ trợ từ giáo viên. Có 2 loại phiếu hỗ trợ: phiếu đỏ – hỗ trợ nhiều, phiếu vàng – hỗ trợ ít. HS kết hợp phiếu hỗ trợ với nghiên cứu SGK, viết vào giấy A0.
Sau 15’, các nhóm đưa kết quả của mình lên bảng. GV yêu cầu 1 nhóm trình bày. Các nhóm khác nhận xét bổ sung.
GV nhận xét nhóm trình bày và nhận xét kết quả của các nhóm khác, rút ra kết luận.
Đáp án:
Tính chất hoá học đặc trưng của nhôm là tính khử, vì: 
Nhôm có bán kính lớn, năng lượng ion hoá thấp. Nhôm có 3e lớp ngoài cùng vì thế xu hướng nhường đi 3e để đạt cấu hình bền khí hiếm sẽ dễ hơn nhận 5e: Al → Al3+ + 3e.
Nhôm có thể điện cực chuẩn nhỏ so với nhiều kim loại khác 
().
Nhôm có tính khử mạnh.
Tính khử của nhôm yếu hơn các kim loại kiềm và kiềm thổ, vì:
Bán kính nguyên tử nhỏ hơn bán kính nguyên tử kim loại kiềm và kiềm thổ. Độ âm điện lớn hơn, thế khử chuẩn lớn hơn các kim loại kiềm và kiềm thổ.
Tính khử của nhôm yếu hơn kim loại kiềm, kiềm thổ.
Các phản ứng hoá học minh hoạ tính khử mạnh của nhôm:
Tác dụng với phi kim.
Nhôm tác dụng trực tiếp và mạnh vơi nhiều phi kim như O2, Cl2, S 
Vd: khi đốt nóng, bột nhôm cháy sáng trong không khí, phản ứng toả nhiều nhiệt.
4Al + 3O2 2Al2O3
Nhôm bền trong không khí ở nhiệt độ thường do có màng oxit Al2O3 rất mỏng, mịn và bền chắc bảo vệ.
Bột nhôm tự bốc cháy khi tiếp xúc với khí clo: 2Al + 3Cl22AlCl3.
Tác dụng với axit.
Nhôm khử dễ dàng ion H+ của dd axit, như HCl và H2SO4 loãng, giải phóng H2:
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑
2Al3+ + 6H+ → 2Al3+ + 3H2↑
Nhôm khử trong HNO3 loãng hoặc đặc,nóng và trong H2SO4 đặc, nóng xuống số oxi hoá thấp hơn:
Al + 4HNO3 loãng Al(NO3)3 + NO + 2H2O
Al + 6H2SO4 đặc Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Nhôm không tác dụng với H2SO4 và HNO3 đặc, nguội. Những axit này đã oxi hoá bề mặt nhôm thành một màng oxit có tính trơ, làm cho nhôm thụ động. Nhôm bị thụ động sẽ không tác dụng với các dung dịch HCl, H2SO4 loãng.
Tác dụng với oxit kim loại.
Ở nhiệt độ cao, Al khử được nhiều oxit kim loại như Fe2O3, Cr2O3 thành kim loại tự do. Phản ứng của nhôm với oxit kim loại gọi là phản ứng nhiệt nhôm. Nhiệt lượng do phản ứng toả ra làm nóng chảy các kim loại.
2Al + Fe2O3 Al2O3 +2Fe.
Tác dụng với nước.
Thế điện cực của hiđro ở pH=7 () cao hơn thế điện cực chuẩn của nhôm nên nhôm có thể khử được nước, giải phóng khí hiđro:
2Al + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2↑
Phản ứng trên nhanh chóng dừng lại vì lớp Al(OH)3 không tan trong nước đã ngăn cản không cho nhôm tiếp xúc với nước.
Những vật bằng nhôm hàng ngày tiếp xúc với nước nhưng không phản ứng vì bề mặt của vật đã được phủ kín bằng màng Al2O3 rất mỏng (không dày hơn 10-5mm), rất mịn và bền chắc đã không cho nước và khí thấm qua.
Tác dụng với dung dịch kiềm.
Đồ vật bằng nhôm bị hoà tan trong dung dịch kiềm do:
Trước hết, màng bảo vệ Al2O3 bị phá huỷ:
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)
Phản ứng (2) và (3) luân phiên nhau cho đến khi nhôm bị hoà tan hết. Có thể viết gộp (2) và (3) như sau:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4](dd) + 3H2↑
Nhiệm vụ 5 (µ): Ứng dụng của nhôm (2’).
HS làm việc cá nhân, phát biểu những hiểu biết của mình về các ứng dụng của nhôm trong cuộc sống.
GV gọi 2 học sinh phát biểu,GV nhận xét và kết luận.
Đáp án: Nhôm dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ôtô, tên lửa, ; làm khung cửa, trang trí nội thất, dây cáp dẫn điện, chế tạo các thiết bị trao đổi nhiệt, các dụng cụ đun nấu ; Bột nhôm để chế tạo hỗn hợp tecmit dùng để hàn gắn đường ray.
Nhiệm vụ 6 (µ): Sản xuất nhôm (5’).
GV gợi ý học sinh nhớ lại kiến thức đã học trong phần đại cương kim loại, về các phương pháp điều chế kim loại.
Các nhóm HS trình bày vào giấy A0 phương pháp sản xuất nhôm trong công nghiệp.
GV nhận xét và kết luận.
Đáp án: Sản xuất nhôm trong công nghiệp:
Nguyên liệu: quặng boxit.
Phương pháp: điện phân.
Quy trình:
Tinh chế quặng boxit: ngoài thành phần chính là Al2O3,2H2O, trong quặng boxit còn có tạp chất là SiO2 và Fe2O3. Bằng phương pháp hoá học loại bỏ tạp chất để có Al2O3 nguyên chất.
Điện phân Al2O3 nóng chảy: Trộn Al2O3 với criolit (Na3AlF6) sau đó điện phân nóng chảy hỗn hợp này.
Cấu tạo thùng điện phân: cực âm (catot) là tấm than chì ở đáy thùng. Cực dương (anot) là những khối than chì có thể chuyển động theo phương thẳng đứng.
Vai trò của criolit: Nhiệt độ nóng chảy của nhôm là 20500C. Hỗn hợp Al2O3 và criolit nóng chảy ở 9000C=> tiết kiệm năng lượng, tạo được chất lỏng có tính dẫn điện tốt hơn Al2O3 nóng chảy, mặt khác hỗn hợp chất điện li này có khối lượng riêng nhỏ hơn nhôm, nổi lên trên và ngăn cản nhôm nóng chảy không bị oxi hoá trong không khí.
Các quá trình xảy ra: 
Cực âm: Al3+ + 3e →Al
Cực dương: 2O2- → O2 + 4e
Phương trình điện phân: 2Al2O3 4Al + 3O2↑
Khí oxi sinh ra ở cực dương đốt cháy dần than chì sinh ra CO2. Do vậy trong quá trình điện phân phải hạ thấp dần các cực dương vào thùng điện phân. Để có được 1kg nhôm cần khoảng 2kg Al2O3, 0,5kg C tiêu hao ở cực dương, 8 – 10kWh điện năng.
Nhiệm vụ 7 (‹): Xem clip thí nghiệm và vận dụng kiến thức đã học vào giải thích kết quả (5’).
Cả lớp xem clip thí nghiệm nhôm tác dụng với dung dịch brôm. Quan sát hiện tượng xảy ra và giải thích kết quả thí nghiệm.
2HS phát biểu ý kiến.
GV nhận xét và kết luận.
Nhiệm vụ 8 (‹): Luyện tập bài tập trắc nghiệm về nhôm.
Câu 1: Thêm 2,16 gam Al vào dung dịch HNO3 rất loãng, vừa đủ thì thu được dung dịch A và không thấy khí thoát ra. Thêm dung dịch NaOH dư vào dung dịch A đến khi kết tủa vừa tan hết thì số mol NaOH đã dùng là :
0,16 mol	
0,19 mol	
0,32 mol	
0,35 mol 
Câu 2: Dùng m gam Al để khử hết 1,6 gam Fe2O3 (phản ứng nhiệt nhôm). Các chất sau phản ứng nhiệt nhôm tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH tạo 0,672 lít khí (đktc). Khối lượng m bằng :
0,540 gam.	
0,810 gam. 	
1,080 gam. 	
1,755 gam.
Câu 3: Trường hợp nào dưới đây tạo ra kết tủa sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn ?
Thêm dư NaOH vào dung dịch AlCl3
Thêm dư AlCl3 vào dung dịch NaOH 
Thêm dư HCl vào dung dịch Na[Al(OH)4] (hay NaAlO2) 
Thêm dư CO2 vào dung dịch Ca(OH)2
Câu 4: Thêm NaOH vào dung dịch hỗn hợp chứa 0,01 mol HCl và 0,01 mol AlCl3. Số mol NaOH tối thiểu đã dùng để kết tủa thu được là lớn nhất và nhỏ nhất lần lượt bằng :
0,01 mol và 0,02 mol.	
0,02 mol và 0,03 mol.
0,03 mol và 0,04 mol.
0,04 mol và 0,05 mol.
Câu 5: Nhúng thanh Al trong dung dịch chứa 0,09 mol Cu(NO3)2 một thời gian (kim loại đồng sinh ra bám hết lên thanh nhôm). Khi số mol Cu(NO3)2 còn lại 0,03 mol thì thanh Al có khối lượng :
giảm đi 1,08 gam.	
tăng lên 1,38 gam.	 
tăng lên 2,76 gam. 	
tăng lên 3,84 gam.