Bài học

Phản ứng hóa học của nhôm

Em sẽ làm được gì?

Viết và cân bằng đúng phương trình hóa học của nhôm với phi kim, acid, dung dịch muối; tính được khối lượng/thể tích khí theo phương trình có nhôm (nhớ hóa trị III).

Cần nhớ trước

Ôn lại tính chất vật lí của nhôm và vai trò lớp Al₂O₃ (bài trước), dãy hoạt động hóa học, cùng công thức tính số mol $n=\dfrac{m}{M}$ và thể tích khí ở điều kiện chuẩn (đkc: 25°C, 1 bar) $V = n \times 24{,}79$ (lít).

Khởi động

Nếu nhôm hoạt động mạnh hơn sắt và kẽm, thì nhôm có phản ứng được với acid, với dung dịch muối như các kim loại đó không? Và vì nhôm có hóa trị III (khác Fe, Zn hóa trị II), phương trình có gì cần chú ý đặc biệt khi cân bằng?

Nhôm tác dụng với phi kim

Ở nhiệt độ thường, nhôm phản ứng ngay với oxygen tạo lớp Al₂O₃ mỏng (đã học ở bài trước). Khi đốt cháy, bột nhôm cháy sáng chói trong khí oxygen:

$4Al + 3O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2Al_2O_3$

Nhôm cũng phản ứng với chlorine tạo nhôm chloride:

$2Al + 3Cl_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2AlCl_3$

Ở nhiệt độ thường, nhôm phản ứng ngay với oxygen tạo lớp Al₂O₃ mỏng (đã học ở bài trước). Khi đốt cháy, bột nhôm cháy sáng chói trong khí oxygen: $$4Al + 3O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2Al_2O_3$$ Nhôm cũng phản ứng với chlorine tạo nhôm chloride: $$2Al + 3Cl_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2AlCl_3$$

Nhôm tác dụng với acid

Vì đứng trước hydrogen (H) trong dãy hoạt động, nhôm phản ứng với dung dịch acid (HCl, H₂SO₄ loãng) giải phóng khí hydrogen:

$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$

Chú ý khi cân bằng: vì Al hóa trị III còn Cl hóa trị I, hệ số của HCl phải gấp 3 lần hệ số của Al để đủ số nguyên tử Cl tạo AlCl₃ — đây chính là lỗi cân bằng phổ biến nhất khi học sinh viết phương trình có nhôm.

Vì đứng trước hydrogen (H) trong dãy hoạt động, nhôm phản ứng với dung dịch acid (HCl, H₂SO₄ loãng) giải phóng khí hydrogen: $$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$$ **Chú ý khi cân bằng:** vì Al hóa trị III còn Cl hóa trị I, hệ số của HCl phải gấp 3 lần hệ số của Al để đủ số nguyên tử Cl tạo AlCl₃ — đây chính là lỗi cân bằng phổ biến nhất khi học sinh viết phương trình có nhôm.

Nhôm tác dụng với dung dịch muối

Theo dãy hoạt động hóa học, nhôm đẩy được kim loại yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của kim loại đó, ví dụ với đồng(II) sulfate:

$2Al + 3CuSO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3Cu$

Hiện tượng quan sát được: dung dịch màu xanh lam nhạt dần, có kim loại màu đỏ (đồng) bám vào thanh nhôm.

Theo dãy hoạt động hóa học, nhôm đẩy được kim loại yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của kim loại đó, ví dụ với đồng(II) sulfate: $$2Al + 3CuSO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3Cu$$ Hiện tượng quan sát được: dung dịch màu xanh lam nhạt dần, có kim loại màu đỏ (đồng) bám vào thanh nhôm.

Cả ba phản ứng đều thể hiện nhôm là kim loại hoạt động mạnh — luôn nhường electron để trở thành ion Al³⁺.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Cân bằng và tính theo phương trình (dạng chuẩn)

1
Hoàn thành và cân bằng phương trình: Al + H₂SO₄ (loãng) → ? + ?
2
Al đứng trước H nên phản ứng với H₂SO₄ loãng tạo muối nhôm sulfate và khí hydrogen: $Al + H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + H_2$ .
Al đứng trước H nên phản ứng với H₂SO₄ loãng tạo muối nhôm sulfate và khí hydrogen: $Al + H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + H_2$.
3
Al hóa trị III, nhóm SO₄ hóa trị II, nên $Al_2(SO_4)_3$ cần 2 nguyên tử Al và 3 nhóm SO₄. Cân bằng số nguyên tử hai vế: $2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2$ .
Al hóa trị III, nhóm SO₄ hóa trị II, nên $Al_2(SO_4)_3$ cần 2 nguyên tử Al và 3 nhóm SO₄. Cân bằng số nguyên tử hai vế: $2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2$.
4
Al: 2 = 2 ✓; S: 3 = 3 ✓; O: 12 = 12 ✓; H: 6 = 6 ✓. Phương trình đã cân bằng đúng.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Bài toán tính thể tích khí (dạng đề thi)

1
Cho 5,4 gam nhôm tác dụng vừa đủ với dung dịch HCl. Tính thể tích khí H₂ thu được ở đkc (25°C, 1 bar, $V_m = 24{,}79$ lít/mol).
Cho 5,4 gam nhôm tác dụng vừa đủ với dung dịch HCl. Tính thể tích khí H₂ thu được ở đkc (25°C, 1 bar, $V_m = 24{,}79$ lít/mol).
2
$M_{Al} = 27$ g/mol nên $n_{Al} = \dfrac{5{,}4}{27} = 0{,}2$ mol.
$M_{Al} = 27$ g/mol nên $n_{Al} = \dfrac{5{,}4}{27} = 0{,}2$ mol.
3
$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$ . Theo phương trình: $n_{H_2} = \dfrac{3}{2} \times n_{Al} = 1{,}5 \times 0{,}2 = 0{,}3$ mol.
$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$. Theo phương trình: $n_{H_2} = \dfrac{3}{2} \times n_{Al} = 1{,}5 \times 0{,}2 = 0{,}3$ mol.
4
$V_{H_2} = 0{,}3 \times 24{,}79 = 7{,}437$ lít.
$V_{H_2} = 0{,}3 \times 24{,}79 = 7{,}437$ lít.
5
Vậy thể tích khí H₂ thu được ở đkc là 7,437 lít. Lưu ý tỉ lệ mol Al : H₂ = 2 : 3 khác với Fe, Zn (tỉ lệ 1 : 1) vì Al hóa trị III.

Nhôm phản ứng với dung dịch kiềm — tính chất khác biệt so với sắt

Khác hẳn với sắt, nhôm còn phản ứng được với dung dịch kiềm mạnh (NaOH, KOH), giải phóng khí hydrogen:

$2Al + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow 2NaAlO_2 + 3H_2\uparrow$

Sở dĩ có phản ứng này là vì lớp Al₂O₃ vốn bảo vệ nhôm trước không khí lại bị kiềm mạnh hòa tan ( $Al_2O_3 + 2NaOH \rightarrow 2NaAlO_2 + H_2O$ ), làm lộ nhôm kim loại bên dưới, và nhôm kim loại tiếp tục phản ứng với nước trong môi trường kiềm để sinh khí H₂. Đây cũng là lí do thực tế vì sao không nên dùng vật dụng bằng nhôm để đựng vôi tôi, xà phòng đặc hay dung dịch tẩy rửa có tính kiềm mạnh trong thời gian dài — nhôm sẽ bị ăn mòn dần, trong khi sắt hoàn toàn không phản ứng với NaOH ở điều kiện thường.

Khác hẳn với sắt, nhôm còn phản ứng được với **dung dịch kiềm mạnh** (NaOH, KOH), giải phóng khí hydrogen: $$2Al + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow 2NaAlO_2 + 3H_2\uparrow$$ Sở dĩ có phản ứng này là vì lớp Al₂O₃ vốn bảo vệ nhôm trước không khí lại bị **kiềm mạnh hòa tan** ($Al_2O_3 + 2NaOH \rightarrow 2NaAlO_2 + H_2O$), làm lộ nhôm kim loại bên dưới, và nhôm kim loại tiếp tục phản ứng với nước trong môi trường kiềm để sinh khí H₂. Đây cũng là lí do thực tế vì sao **không nên dùng vật dụng bằng nhôm để đựng vôi tôi, xà phòng đặc hay dung dịch tẩy rửa có tính kiềm mạnh trong thời gian dài** — nhôm sẽ bị ăn mòn dần, trong khi sắt hoàn toàn không phản ứng với NaOH ở điều kiện thường.

Ví dụ

Ví dụ 3 — Bài toán hỗn hợp kim loại tác dụng dung dịch kiềm dư (dạng đề thi)

1
Cho 10 gam hỗn hợp Al và Fe tác dụng với dung dịch NaOH dư, thu được 3,7185 lít khí H₂ (đkc, $V_m=24{,}79$ lít/mol). Tính phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp.
Cho 10 gam hỗn hợp Al và Fe tác dụng với dung dịch NaOH dư, thu được 3,7185 lít khí H₂ (đkc, $V_m=24{,}79$ lít/mol). Tính phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp.
2
Fe không phản ứng với dung dịch NaOH, chỉ Al phản ứng và sinh khí — đây là cách "tách" nhanh Al ra khỏi hỗn hợp mà đề thi hay dùng.
3
$n_{H_2} = 3{,}7185/24{,}79 = 0{,}15$ mol. Theo $2Al+2NaOH+2H_2O\rightarrow 2NaAlO_2+3H_2$ , tỉ lệ Al : H₂ = 2 : 3 nên $n_{Al} = \dfrac{2}{3}\times 0{,}15 = 0{,}1$ mol.
$n_{H_2} = 3{,}7185/24{,}79 = 0{,}15$ mol. Theo $2Al+2NaOH+2H_2O\rightarrow 2NaAlO_2+3H_2$, tỉ lệ Al : H₂ = 2 : 3 nên $n_{Al} = \dfrac{2}{3}\times 0{,}15 = 0{,}1$ mol.
4
$m_{Al} = 0{,}1\times 27 = 2{,}7$ gam; $m_{Fe} = 10 - 2{,}7 = 7{,}3$ gam. $\%Al = \dfrac{2{,}7}{10}\times 100\% = 27\%$ ; $\%Fe = 73\%$ .
$m_{Al} = 0{,}1\times 27 = 2{,}7$ gam; $m_{Fe} = 10 - 2{,}7 = 7{,}3$ gam. $\%Al = \dfrac{2{,}7}{10}\times 100\% = 27\%$; $\%Fe = 73\%$.
5
Kết quả: hỗn hợp gồm 27% Al và 73% Fe. Kỹ thuật cốt lõi: dùng NaOH dư để chỉ Al phản ứng, từ đó tính riêng được lượng Al mà không cần biết trước lượng Fe.

Sai lầm thường gặp

Lỗi hay gặp nhất: cân bằng phương trình có Al như thể Al hóa trị II (giống Fe, Zn), dẫn tới hệ số HCl hoặc H₂SO₄ sai. Luôn nhớ Al hóa trị III — tỉ lệ mol Al : H₂ (với acid loãng) là 2 : 3, không phải 1 : 1. Lỗi khác khi gặp dạng bài NaOH: nhầm sản phẩm là $Al(OH)_3$ hoặc quên rằng chính Fe không phản ứng — chỉ có Al mới sinh khí trong dung dịch kiềm.

Lỗi hay gặp nhất: cân bằng phương trình có Al như thể Al hóa trị II (giống Fe, Zn), dẫn tới hệ số HCl hoặc H₂SO₄ sai. Luôn nhớ Al hóa trị **III** — tỉ lệ mol Al : H₂ (với acid loãng) là **2 : 3**, không phải 1 : 1. Lỗi khác khi gặp dạng bài NaOH: nhầm sản phẩm là $Al(OH)_3$ hoặc quên rằng chính Fe **không** phản ứng — chỉ có Al mới sinh khí trong dung dịch kiềm.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Tóm tắt

Nhôm phản ứng với phi kim (O₂, Cl₂), acid loãng (giải phóng H₂) và dung dịch muối của kim loại yếu hơn — luôn tạo hợp chất Al³⁺. Khi cân bằng phương trình, hệ số phải phản ánh đúng hóa trị III của nhôm, khác với Fe, Zn hóa trị II.

Sắt cũng là kim loại quen thuộc, nhưng khác nhôm ở một điểm quan trọng: hóa trị của sắt thay đổi (II hoặc III) tùy chất phản ứng — chương tiếp theo sẽ đi vào tính chất và phản ứng của sắt.