Từ Al2O3 có thể điều chế Al bằng cách

Chi tiết Chuyên mục: Chuyên đề 8. Kim loại nhóm A Được viết ngày Thứ bảy, 20 Tháng 12 2014 08:44 Viết bởi Nguyễn Văn Đàm

     Để điều chế nhôm thường chỉ dùng phương pháp điện phân nóng chảy. Do trong tự nhiên nhôm tồn tại chủ yếu ở dạng nhôm oxit nên điện phân nóng chảy nhôm oxit là cách hiệu quả nhất:

- Nguyên liệu: Quặng boxit Al2O3 [thường bị lẫn SiO2 và Fe2O3].

- Các giai đoạn điều chế:

1. Tinh chế quặng boxit [làm sạch nguyên liệu]

- Đây là giai đoạn quan trọng vì nếu không làm sạch nguyên liệu nhôm điều chế ra có lẫn tạp chất sẽ dễ bị ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.

- Nguyên liệu được cho tác dụng với dung dịch xút nóng:

2NaOH + Al2O3 → 2NaAlO2 + H­2O

2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O

- Sau đó sục khí CO2 dư vào dung dịch:

NaAlO2 + CO2 + 2H2O → NaHCO3 + Al[OH]3

               NaOH + CO2 → NaHCO3

- Lọc lấy kết tủa nung ở 9000C sẽ thu được oxit nhôm tinh khiết

2Al[OH]3 → Al2O3 + 3H2O

2. Điện phân Al2O3 nóng chảy

- Điện phân nóng chảy Al2O3 có mặt criolit Na3AlF6 [giúp hạ nhiệt độ nóng chảy của Al2O3từ 20500C xuống 9000C; tăng độ dẫn điện do tạo thành nhiều ion hơn; tạo lớp bảo vệ không cho O2 phản ứng với Al nóng chảy]:                       

2Al2O3 → 4Al + 3O­2

- Quá trình điện phân thường dùng điện cực bằng than chì nên có phản ứng phụ giữa điện cực và oxi ở cực dương [tạo khí CO và CO2] vì vậy trong quá trình điện phân phải thường xuyên hạ thấp điện cực.

    Dưới đây là bài tập và câu hỏi mời các bạn tham khảo:

bài tập định luật bảo toàn khối lượng lớp 8

Nếu chưa thấy hết, hãy kéo sang phải để thấy hết phương trình ==>

Hãy kéo xuống dưới để xem điều kiện phản ứng
và Download Đề Cương Luyện Thi Miễn Phí

Xin hãy kéo xuống dưới để xem và thực hành các câu hỏi trắc nghiệm liên quan

☟☟☟

Phương Trình Hoá Học Lớp 12

Trong thực tế, sẽ có thể nhiều hơn 1 phương pháp điều chế từ Al2O3 [Nhôm oxit] ra Al [Nhôm]

Trong thực tế, sẽ có thể nhiều hơn 1 phương pháp điều chế từ Al2O3 [Nhôm oxit] ra O2 [oxi]

Nhôm oxit là chất bột kết tinh không mùi màu trắng, không tan trong nước, có công thức hóa học là Al2O3. Nó là chất lưỡng tính trong tự nhiên, và được sử dụng trong các ứng dụng hóa học, công nghiệp và thương mại khác nhau. Nó được coi là một chất phụ gia gián tiếp được sử dụng trong các chất tiếp xúc với thực phẩm bởi FDA.

Hầu hết nhôm oxit được tạo ra được sử dụng để tạo thành kim loại nhôm . Oxy thường xúc tác sự ăn mòn trong phản ứng với kim loại nhôm. Tuy nhiên, khi liên kết với oxy để tạo thành nhôm oxit, một lớp phủ bảo vệ sẽ hình thành và ngăn chặn quá trình oxy hóa tiếp tục. Điều này giúp tăng cường độ bền và làm cho vật liệu ít bị hư hỏng hơn.

Các ngành công nghiệp sử dụng nhôm oxit bao gồm:

1. Ngành y tế

Do độ cứng, tính trơ sinh học và tính chất hóa học của oxit nhôm, nó là vật liệu được ưa thích cho vòng bi trong các thiết bị thay thế hông, làm bộ phận giả, cấy ghép bionic, thay thế mắt giả, chất gia cố mô, mão răng, trụ cầu, cầu và các loại cấy ghép nha khoa khác. Nó cũng được sử dụng trong các thiết bị và dụng cụ phòng thí nghiệm như chén nung, lò nung và các dụng cụ thí nghiệm khác.

2. Quân trang và thiết bị bảo vệ

Sức mạnh và chất lượng nhẹ của oxit nhôm góp phần nâng cao đường viền cơ thể, như tấm lót ngực, cũng như áo giáp xe và máy bay, là thị trường lớn nhất của nó. Ôxít nhôm cũng được sử dụng trong các cửa sổ chống đạn tổng hợp-sapphire và đạn đạo.

3. Công nghiệp điện và điện tử

Điểm nóng chảy và điểm sôi cao của nó, cùng với các đặc tính điện trở nhiệt tuyệt vời, làm cho nhôm oxit được ưa chuộng trong sản xuất chất cách điện lò nhiệt độ cao và chất cách điện điện. Màng nhôm cũng là thành phần quan trọng trong ngành công nghiệp vi mạch. Một số công dụng khác của nó bao gồm chất cách điện bugi, đế vi điện và tản nhiệt cách điện.

4. Ngành đá quý

Ôxít nhôm là một nguyên tố có giá trị trong việc hình thành hồng ngọc và ngọc bích. Dạng tinh thể của nó, corundum, là nguyên tố cơ bản cho những viên ngọc quý này. Hồng ngọc có màu đỏ đậm do tạp chất crom trong khi ngọc bích có màu sắc biến thể từ dấu vết của sắt và titan. 

Ôxít nhôm là một nguyên tố có giá trị trong việc hình thành hồng ngọc và ngọc bích. 

5. Ứng dụng công nghiệp

Vì alumin trơ về mặt hóa học, nó được sử dụng làm chất độn trong nhựa, gạch và các đồ dùng bằng đất sét nặng khác, như lò nung. Do độ bền và độ cứng cực cao, nó thường được sử dụng làm chất mài mòn cho giấy nhám. Nó cũng là một chất thay thế kinh tế cho kim cương công nghiệp. 

Ôxít nhôm cũng được sử dụng để sản xuất các thành phần đường ống như cút, te, ống thẳng, xyclon thủy lực, bộ giảm tốc, vòi phun và van. Các ứng dụng khác bao gồm sản xuất các công cụ gia công khác nhau, dụng cụ cắt, vỏ bọc cặp nhiệt điện, cánh bơm chống mài mòn và tấm vách ngăn.

Al [Nhôm ]

Nhôm có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Kim loại này được dùng để tạo thành vỏ máy bay do độ bền chắc và mỏng nhẹ của nó. Nhôm cũng được dùng để sản xuất các thiết bị và dụng cụ sinh hoạt như nồi, chảo, các đường dây tải điện, các loại cửa,… Chúng ta dễ dàng có thể thấy rằng nhôm được phổ biến và ứng dụng rất nhiều trong đời sống chẳng hạn như: Các hợp kim nhôm tạo thành một thành phần quan trọng trong các máy bay và tên lửa do tỷ lệ sức bền cao trên cùng khối lượng. Khi nhôm được bay hơi trong chân không, nó tạo ra lớp bao phủ phản xạ cả ánh sáng và bức xạ nhiệt. Các lớp bao phủ này tạo thành một lớp mỏng của ôxít nhôm bảo vệ, nó không bị hư hỏng như các lớp bạc bao phủ vẫn hay bị.

Trên thực tế, gần như toàn bộ các loại gương hiện đại được sản xuất sử dụng lớp phản xạ bằng nhôm trên mặt sau của thủy tinh. Các gương của kính thiên văn cũng được phủ một lớp mỏng nhôm, nhưng là ở mặt trước để tránh các phản xạ bên trong mặc dù điều này làm cho bề mặt nhạy cảm hơn với các tổn thương. Các loại vỏ phủ nhôm đôi khi được dùng thay vỏ phủ vàng để phủ vệ tinh nhân tạo hay khí cầu để tăng nhiệt độ cho chúng, nhờ vào đặc tính hấp thụ bức xạ điện từ của Mặt Trời tốt, mà bức xạ hồng ngoại vào ban đêm thấp. Hợp kim nhôm, nhẹ và bền, được dùng để chế tạo các chi tiết của phương tiện vận tải [ô tô, máy bay, xe tải, toa xe tàu hỏa, tàu biển, v.v.]

Lĩnh vực đóng gói

Đóng gói [can, giấy gói, v.v] Xử lý nước Xây dựng [cửa sổ, cửa, ván, v.v; tuy nhiên nó đã đánh mất vai trò chính dùng làm dây dẫn phần cuối cùng của các mạng điện, trực tiếp đến người sử dụng. Các hàng tiêu dùng có độ bền cao [trang thiết bị, đồ nấu bếp, v.v] Các đường dây tải điện [mặc dù độ dẫn điện của nó chỉ bằng 60% của đồng, nó nhẹ hơn nếu tính theo khối lượng và rẻ tiền hơn.

Chế tạo máy móc.

Mặc dù tự bản thân nó là không nhiễm từ, nhôm được sử dụng trong thép MKM và các nam châm Alnico. Nhôm siêu tinh khiết [SPA] chứa 99,980%-99,999% nhôm được sử dụng trong công nghiệp điện tử và sản xuất đĩa CD. Nhôm dạng bột thông thường được sử dụng để tạo màu bạc trong sơn. Các bông nhôm có thể cho thêm vào trong sơn lót, chủ yếu là trong xử lý gỗ — khi khô đi, các bông nhôm sẽ tạo ra một lớp kháng nước rất tốt.

Nhôm dương cực hóa là ổn định hơn đối với sự ôxi hóa, và nó được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau của xây dựng. Phần lớn các bộ tản nhiệt cho CPU của các máy tính hiện đại được sản xuất từ nhôm vì nó dễ dàng trong sản xuất và độ dẫn nhiệt cao. Ôxít nhôm, alumina, được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng corunđum, emery, ruby và saphia và được sử dụng trong sản xuất thủy tinh. Ruby và saphia tổng hợp được sử dụng trong các ống tia laser để sản xuất ánh sáng có khả năng giao thoa. Sự ôxi hóa nhôm tỏa ra nhiều nhiệt, nó sử dụng để làm nguyên liệu rắn cho tên lửa, nhiệt nhôm và các thành phần của pháo hoa. Phản ứng nhiệt nhôm dùng để điều chế các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao [như crôm Cr Vonfarm W...]

O2 [oxi ]

Oxy là một chất khí không màu, không mùi và không vị là một chất khí cần thiết cho sự tồn tại của con người. Oxy có nhiều ứng dụng trong ngành sản xuất thép và các quá trình luyện, chế tạo kim loại khác, trong hóa chất, dược phẩm, chế biến dầu khí, sản xuất thủy tinh và gốm cũng như sản xuất giấy và bột giấy. Nó còn được sử dụng để bảo vệ môi trường trong các nhà máy và cơ sở xử lý nước thải đô thị và công nghiệp. Oxy có nhiều ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe, cả trong bệnh viện, trung tâm điều trị ngoại trú và sử dụng tại nhà. 

1. Vai trò sinh học của oxi

Oxi có một ý nghãi hết sức to lớn về mặt sinh học. Nếu không có oxi thì những động vật máu nóng sẽ chết sau vài phút. Những động vật máu lạnh kém nhạy hơn về mặt đó, nhưng không thể sống thiếu oxi được. Khi hô hấp, động vật hấp thụ khí oxy và thải khí cacbonic, còn cây xanh ban ngày hấp thụ khí carbonic và thải khí oxi và ban đêm lại hấp thụ oxi và thải khí cacbonic. Chỉ một số sinh vật bậc thấp gọi là sinh vật yếm khí như men, một số vi khuẩn... có thể tồn tại không cần oxi. Động vật sống ở mặt đất lấy oxi từ không khí nhờ phổi, hai lá phổi của người có một bề mặt tiếp xúc với không khí khoảng 400m2 và bề mặt đó luôn luôn đổi mới. Động vật ở dưới mước hấp thụ khí oxi đã tan trong nước nhờ các khí quản hoặc nhờ trực tiếp các màng tế bào, giống như ở động vật bậc thấp.

Nếu không có oxi thì những động vật máu nóng sẽ chết sau vài phút. Những động vật máu lạnh kém nhạy hơn về mặt đó, nhưng không thể sống thiếu oxi được.

Khi không khí tiếp xúc với máu ở phổi, oxi kết hợp với hemoglobin trong hồng cầu tạo nên oxihemoglobin là hợp chất kém bền dễ phân hủy. Trong quá trình vận chuyển của máu ở trong động vật, hợp chất đó chui qua mạch mao quản của các cơ quan trong cơ thể. Ở đó áp suất riêng của oxi rất thấp vì có nhu cầu liên tục về oxi. Trong điều kiện đó, oxihemoglobin phân hủy thành hemoglobin và oxi, rồi oxi qua thành mao quản khuếch tán vào các mô tế bào. Trong các mô, oxi tham gia vào những quá trình oxi hóa chậm những chất dinh dưỡng đã được chuyển đến tế bào và sinh ra năng lượng cần thiết cho sự sống. Mỗi giờ một người lớn thở vào khoảng 0,5m3 không khí, cơ thể giữ lại 1/3 lượng oxi có trong không khí. Như vậy thực tế mỗi người một ngày đêm cần khoảng 0,5m3 oxi và thải ra khoảng 0,4m3 khí cacbonic.

Qúa trình quang hợp của thực vật

2. Ứng dụng của oxy

Ứng dụng của oxi

a. Trong công nghiệp luyện kim

Oxy được sử dụng với khí nhiên liệu trong hàn khí, cắt khí, quấn khăn oxy, làm sạch ngọn lửa, làm cứng ngọn lửa và làm thắng ngọn lửa.

Trong quá trình cắt khí oxy phải có chất lượng cao để đảm bảo tốc độ cắt cao và đường cắt sạch.

Phần lớn oxy được sử dụng cho ngành công nghiệp thép. Sản xuất thép hiện đại chủ yếu dựa vào việc sử dụng oxy để làm giàu không khí và tăng nhiệt độ đốt cháy trong lò cao và lò nung hở cũng như thay thế than cốc bằng các vật liệu dễ cháy khác. Trong quá trình luyện thép, hàm lượng cacbon tạp chất kết hợp với oxy để tạo thành oxit cacbon và chúng thoát ra ở dạng khí. Oxy được đưa vào bể thép thông qua một cây thương đặc biệt. Oxy cũng được sử dụng để tạo ra các kim loại khác chẳng hạn như đồng, chì, kẽm.

Phần lớn oxy được sử dụng cho ngành công nghiệp thép. Sản xuất thép hiện đại chủ yếu dựa vào việc sử dụng oxy để làm giàu không khí và tăng nhiệt độ đốt cháy trong lò cao và lò nung hở cũng như thay thế than cốc bằng các vật liệu dễ cháy khác. 

Việc làm giàu oxy của không khí đốt, hoặc phun oxy qua ống dẫn được sử dụng ngày càng nhiều trong các lò nung nhỏ, lò nung lộ thiên, lò luyện thủy tinh và bông khoáng, lò nung vôi và xi măng, để nâng cao công suất và giảm nhu cầu năng lượng. Thời gian nấu chảy và tiêu thụ năng lượng cũng có thể được giảm bớt bằng cách đốt oxy - dầu hoặc oxy - khí đặc biệt trong các lò luyện thép điện và lò luyện nhôm cảm ứng. Hiệu suất nhiệt cao đạt được nhờ các đầu đốt "oxy - nhiên liệu", trộn nhiên liệu và oxy ở đầu đầu đốt. Kết quả là sự cháy xảy ra nhanh ở khoảng 2800oC.

b. Trong hóa chất, dược phẩm và dầu mỏ

Oxy được sử dụng làm nguyên liệu trong nhiều quá trình oxy hóa, bao gồm sản xuất ethylene oxide, propylene oxide, khí tổng hợp bằng cách sử dụng quá trình oxy hóa một phần nhiều loại hydrocarbon, ethylene dichoride, hydrogen peroxide, acid nitric, vinyl clorua và axit phthalic.

Một lượng rất lớn oxy được sử dụng trong quá trình khí hóa than - để tạo ra khí tổng hợp có thể được sử dụng làm nguyên liệu hóa học hoặc tiền chất cho các loại nhiên liệu dễ vận chuyển và dễ sử dụng hơn.

Trong các nhà máy lọc dầu, oxy được sử dụng để làm giàu không khí cấp cho các máy tái sinh cracking xúc tác, làm tăng công suất của các tổ máy. Nó được sử dụng trong các đơn vị thu hồi lưu huỳnh để đạt được nhưng lợi ích tương tự. Oxy cũng được sử dụng để tái tạo chất xúc tác.

Oxy được sử dụng để đốt cháy và tiêu hủy hoàn toàn hơn các vật liệu độc hại và chất thải trong lò đốt.

c. Trong công nghiệp thủy tinh và gốm sứ

Việc chuyển đổi hệ thống đốt cháy từ nhiên liệu không khí sang nhiên liệu oxy [và xây dựng các lò và bể chứa mới xung quanh công nghệ này] giúp kiểm soát tốt hơn các kiểu gia nhiệt, hiệu suất lò cao hơn [Tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn] và giảm phát thải hạt và NOx.

d. Sử dụng sản xuất bột giấy và giấy

Oxy ngày càng quan trọng như một hóa chất tẩy trắng. Trong sản xuất bột giấy tẩy trắng chất lượng cao, lignin trong bột giấy phải được loại bỏ trong quá trình tẩy trắng. Clo đã được sử dụng cho mục đích này nhưng các quy trình mới sử dụng oxy làm giảm ô nhiễm nước. Oxy và xút ăn da có thể thay thế hypochlorite và chlorine dioxide trong quá trình tẩy trắng, dẫn đến chi phí thấp hơn.

Trong nhà máy sản xuất bột giấy hóa học, oxy được bổ sung vào không khí đốt làm tăng năng suất sản xuất của lò hơi thu hồi sôđa và lò nung vôi. Việc sử dụng oxy trong quá trình oxy hóa rượu đen làm giảm việc thải các chất ô nhiễm lưu huỳnh vào khí quyển.

e. Sử dụng chăm sóc sức khỏe

Trong y học, oxy được sử dụng trong quá trình phẫu thuật, điều trị chăm sóc đặc biệt, liệu pháp hít thở, vv Phải duy trì các tiêu chuẩn cao về độ tinh khiết và xử lý.

Oxy thường được cung cấp cho các bệnh viện thông qua phân phối chất lỏng số lượng lớn, sau đó được phân phối đến các điểm sử dụng. Nó hỗ trợ các vấn đề về hô hấp, cứu sống và tăng sự thoải mái cho bệnh nhân. 

Các thiết bị tách khí không gây lạnh di động nhỏ đang được sử dụng rộng rãi trong việc chăm sóc gia đình. Các đơn vị quy mô lớn hơn cũng sử dụng công nghệ tách khí không đông lạnh, đang được sử dụng trong các bệnh viện nhỏ và / hoặc vùng sâu vùng xa, nơi nhu cầu đủ cao để khiến việc phân phối xi lanh trở thành vấn đề hậu cần nhưng việc phân phối chất lỏng không có sẵn hoặc rất tốn kém. Các đơn vị này thường tạo ra ôxy tinh khiết từ 90 đến 93%, đủ cho hầu hết các mục đích sử dụng trong y tế.

Máy tạo oxy dành cho người bệnh

f. Trong môi trường

Trong xử lý sinh học nước thải, việc sử dụng oxy thay vì không khí cho phép tăng công suất trong các nhà máy xử lý hiện có. Tiêm oxy vào cống rãnh làm giảm sự hình thành hydrogen sulfide, dẫn đến giảm ăn mòn và mùi hôi.

Ozone được sử dụng để xử lý nước uống, đặc biệt khi các chất thay thế, chẳng hạn như clo, là không mong muốn.

g. Các ứng dụng khác đối với oxy:

Oxy có nhiều công dụng trong thiết bị thở, chẳng hạn như những thiết bị thở khép kín cho công việc dưới nước và nhà máy lọc dầu và nhà máy hóa chất.

Nuôi trồng thủy sản, nuôi cá trong ao, sử dụng nước có ôxy để đảm bảo luôn có đủ ôxy và cho phép nhiều cá được nuôi hoặc nuôi trong một kích thước ao hoặc bể nhất định.

Oxy lỏng được sử dụng trong tên lửa nhiên liệu lỏng làm chất oxy hóa cho các nhiên liệu như hydro và metan lỏng.

Lưu ý

Nếu cơ thể hít phải 100% oxy có thể gây buồn nôn, chóng mặt, kích thích phổi, phù phổi, viêm phổi và có thể gây chết người. Oxy lỏng thì gây tê cóng mắt và da.