Phản ứng giữa nhôm (Al) và axit sulfuric loãng (H2SO4) là một phản ứng hóa học quan trọng, thuộc loại phản ứng oxi hóa khử. Phản ứng này tạo ra muối nhôm sunfat (Al2(SO4)3) và khí hidro (H2). Dưới đây là phương trình hóa học chi tiết, cùng với các điều kiện phản ứng, ứng dụng và bài tập liên quan.
Phương Trình Phản Ứng Al Tác Dụng Với H2SO4 Loãng
Phương trình hóa học cân bằng cho phản ứng giữa Al và H2SO4 loãng như sau:
2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2
Alt text: Phản ứng Al tác dụng H2SO4 loãng tạo khí hidro và dung dịch muối nhôm sunfat trong ống nghiệm.
Điều Kiện Phản Ứng
- Nhiệt độ: Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường.
- Nồng độ axit: H2SO4 phải ở dạng loãng. Axit H2SO4 đặc, nóng có thể phản ứng khác.
Tính Chất Hóa Học Của Nhôm (Al)
Nhôm là một kim loại có tính khử mạnh, chỉ sau kim loại kiềm và kiềm thổ. Nó dễ dàng nhường electron để trở thành ion dương Al3+.
Al → Al3+ + 3e
Tác Dụng Với Phi Kim
- Oxi (O2): Ở điều kiện thường, nhôm bền trong không khí do lớp oxit Al2O3 mỏng bảo vệ. Khi đốt nóng, nhôm cháy sáng trong không khí:
4Al + 3O2 →to 2Al2O3
Alt text: Phản ứng cháy của bột nhôm trong không khí tạo ra oxit nhôm, minh họa tính khử của nhôm.
- Clo (Cl2): Bột nhôm tự bốc cháy khi tiếp xúc với clo:
2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
Tác Dụng Với Axit
- Axit Clohidric (HCl) và H2SO4 loãng: Nhôm dễ dàng khử ion H+ thành khí hidro:
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
- Axit Nitric (HNO3) và H2SO4 đặc, nóng: Phản ứng xảy ra phức tạp hơn, tạo ra các sản phẩm khử khác nhau của nitơ và lưu huỳnh:
Al + 4HNO3 loãng → Al(NO3)3 + NO + 2H2O
2Al + 6H2SO4 đặc →to Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Lưu ý: Nhôm không tác dụng với H2SO4 đặc, nguội hoặc HNO3 đặc, nguội.
Phản Ứng Nhiệt Nhôm
Ở nhiệt độ cao, nhôm khử được nhiều ion kim loại trong oxit thành kim loại tự do:
2Al + Fe2O3 →to Al2O3 + 2Fe
Alt text: Phản ứng nhiệt nhôm, nhôm khử oxit sắt từ thành sắt kim loại và nhôm oxit, ứng dụng trong luyện kim.
Tác Dụng Với Nước
Nhôm có lớp oxit bảo vệ nên không tác dụng với nước ở mọi nhiệt độ. Nếu phá bỏ lớp oxit này, nhôm sẽ khử nước tạo thành Al(OH)3 và hidro, nhưng phản ứng nhanh chóng dừng lại.
Tác Dụng Với Dung Dịch Kiềm
Nhôm tan trong dung dịch kiềm, giải phóng khí hidro:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑
Bài Tập Vận Dụng
Câu 1: Cho 5,4 gam Al tác dụng hoàn toàn với dung dịch H2SO4 loãng dư. Thể tích khí H2 (ở đktc) thu được là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
- Số mol Al: nAl = 5,4 / 27 = 0,2 mol
- Theo phương trình: 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2
- Số mol H2: nH2 = (3/2) nAl = (3/2) 0,2 = 0,3 mol
- Thể tích H2 (đktc): VH2 = 0,3 * 22,4 = 6,72 lít
Câu 2: Ngâm một lá nhôm trong dung dịch CuSO4. Sau một thời gian, khối lượng lá nhôm thay đổi như thế nào?
Hướng dẫn giải:
- Phản ứng: 2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu
- Khối lượng mol của Al là 27 g/mol, của Cu là 64 g/mol.
- Cứ 2 mol Al phản ứng tạo ra 3 mol Cu.
- Độ tăng khối lượng: 3 64 – 2 27 = 138
- Vì vậy, khối lượng lá nhôm tăng lên.
Câu 3: Cho m gam Al tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 6,72 lít khí H2 (đktc). Tính giá trị của m.
Hướng dẫn giải:
- Số mol H2: nH2 = 6,72 / 22,4 = 0,3 mol
- Theo phương trình: 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
- Số mol Al: nAl = (2/3) nH2 = (2/3) 0,3 = 0,2 mol
- Khối lượng Al: m = 0,2 * 27 = 5,4 gam
