Các kim loại nhóm IIIA

trường cđsp nghệ an
Giáo án
Môn hóa vô cơ II
Lớp 30 SH
Chương IV. Các nguyên tố kim loại nhóm IIIA
Al
Ga
In
Tl
Tính chất chung của các nguyên tố nhóm IIIA
1.Cấu hình e và số oxi hóa
Kim loại nhóm IIIA có gì
đặc biệt?
Cấu hình electron lớp ngoàI cùng của các nguyên tố KL nhóm IIIA
? Số oxi hóa đặc trưng của các nguyên tố là bao nhiêu?
Lớp e hóa trị đều có cấu hình e là ns2 np1nên chúng đều thể hiện số oxi hóa là +3.
Đối với Al thì số oxi hóa +3 là bền, và giảm dần cho đến Tl
Ngược lại số oxi hóa +1 là kém bền với Al và tăng dần độ bền cho đến Tl
? Tại sao số oxi hóa +3 giảm dần độ bền, số oxi hóa +1 lại tăng dần độ bền?
? Al: lớp e ngoài cùng ngay sau vỏ khí hiếm, khoảng cách s và p gần ? dễ tách 3 e, nên số oxi hóa +3 bền
? Ga và In: sau lớp vỏ khí hiếm còn có 10 e của (n-1)d, lại bị ảnh hưởng của sự co d ? khó tách hơn
? Tl: sau lớp vỏ khí hiếm còn có 14e của (n-2)f và 10e của (n-1)d, lại bị ảnh hưởng của sự co f ? rất khó tách cả 3 e, nên số oxi hóa +1 là bền
Tính kim loại các nguyên tố nhóm IIIA có giống với các kim loại kiềm thổ đã học bài trước không?
? Tính chất của nguyên tử các nguyên tố, tính chất của các đơn chất, hợp chất của các Kl nhóm IIIA không giống nhau nhiều như đối với các KL kiềm thổ
? Tính kim loại của các nguyên tố nhóm IIIA biến thiên tuyến tính chứ không tăng dần từ trên xuống dưới như KL kiềm thổ
2. Tính kim loại
Dựa vào đặc điểm nguyên tử của các nguyên tố, hãy cho biết tính kim loại trong nhóm IIIA tăng giảm như thế nào?
Giải thích?
?Từ Al đến Ga: tính kim loại hơi giảm xuống do tổng I hơi tăng (vì Ga đứng sau các KL chuyển tiếp nên chịu ảnh hưởng của sự co d)
??Từ Ga đến In, tính kim loại tăng lên do I giảm xuống, nhưng từ In đến Tl tính kim loại lại giảm xuống do tổng I hơi tăng lên (vì Tl đứng sau các nguyên tố lantanoit nên đã chịu ảnh hưởng của sự co f)
? Các ion hiđrat hóa của các ion Al3+, Ga3+ và In3+ dễ hình thành trong dung dịch (Thế điện cực chuẩn của quá trình M3+ + 3e ? M khá âm). Riêng Tl không dễ mất 3e hóa trị trong dd nước (Thế điện cực chuẩn dương + 0,71).
?Các ion hiđrat hóa của các ion In1+ và Tl1+ dễ hình thành trong dung dịch (Thế điện cực chuẩn của quá trình M1+ + 1e ? M khá âm).
?? Nguyên tử Tl giữ chặt các e hóa trị nên điện tích hiệu dụng của nó cao hơn hẳn (13Al, 31 Ga, 49In, 81Tl ). Vì vậy số oxi hóa +1 là bền với Tl.
Trong tự nhiên các nguyên tố nhóm IIIA tồn tại như thế nào? Chúng ta hãy cùng giải đáp
II. Trạng tháI thiên nhiên và đồng vị
Nhôm rất phổ biến chiếm thứ 4 trên trái đất. Chỉ có 1 đồng vị bền duy nhất 27Al
Gali, Inđi, Tali có rất ít, được phát hiện bằng phương pháp phân tích phổ
Khoáng vật crorindon
Khai thác quặng Nhôm
Quặng boxit
Quặng criolit
Vậy pp điều chế kim loại nhóm IIIA như thế nào?
III.Phương pháp điều chế các kim loại nhóm IIIA
1. Điều Chế Nhôm
Khử muối Nhôm clorua,
muối Natritetraclosoaluminat:


AlCl3 + 3 Na ? Al + 3 NaCl
NaAlCl4 + 3Na ? Al + 4 NaCl
Tốn kém?
Qúa trình tinh chế Nhôm theo Bayer








Vì sao trong quá trình đpnc Nhôm oxit lại phải hạ thấp anôt xuống? Điều này có tác hại gì đến môi trường?
Catot: Al3+ + 3e ? Al(l)
Anot: 2O2- ? O2 + 4e-
Cực dương C bị oxi hóa bởi oxy:
O2 + Cđiện cực ? CO2 (điện cực ăn mòn)
Vì sao trong công nghiệp để sản xuất Nhôm người ta dùng phương pháp điện phân nóng chảy mà không dùng phương pháp khác?
Nhà máy sản xuất Nhôm
2.Điều chế Gali, Inđi và Tali
Khử hợp chất oxit bằng H2
Điện phân hợp chất muối
III. tính chất vật lý
Quan sát hình trên và cho biết tính chất vật lý của Nhôm?
Nhôm có màu trắng bạc
Nhẹ, mềm, dễ kéo sợi, D=2,7 g/cm3
Al ? Al nóng chảy ? Al lỏng
Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt
Tạo được rất nhiều hợp kim
6500C
24670C


Cấu hình nguyên tử nhôm
Al kết tinh trong hệ lập phương tâm diện
? Cấu trúc điển hình của nguyên tử Nhôm:
8 nguyên tử nhôm phân bố ở 8 đỉnh của hình lập phương
6 nguyên tử nhôm phân bố ở 6 mặt của hình lập phương
Gali có cấu trúc tinh thể kiểu trực thoi
t0nc thấp (29,80C ? 24030C), được dùng làm nhiệt kế ở nhiệt độ cao
Kim loại Gali
Inđi có cấu trúc tứ phương
? Inđi mềm, lóng lánh, ứng dụng trong kỹ thuật điện tử
Một sợi dây Indi mềm
Tali: có cấu trúc lục phương (?-Tl, ?-Tl)
Tali: mềm, nặng gần Pb, độc (gây bệnh ung thư) nên ít ứng dụng
? Tính chất hóa học đặc trưng của các kim loại là gì?
IV. tính chất hóa học
Tính chất hóa học đặc trưng của
kim loại là tính khử
Al có tính khử mạnh:
Al - 3e ? Al3+
Al, Ga, In, Tl là những kim loại
hoạt động hóa học mạnh
A. Phản ứng vớI H2O
Vì sao các vật dụng làm bằng Nhôm lại rất bền vững trong không khí hoặc nước ở nhiệt độ thường?
ở điều kiện thường nhôm có lớp bề mặt oxit rất bền vững nên bền với nước và không khí. Nếu mất lớp oxit đó thì Nhôm thể hiện tính chất đúng với vị trí của nó trong bảng HTTH
Ví dụ: Nhúng một mẩu nhôm vào dd muối của thủy ngân (tạo hỗn hống Al-Hg)rồi để ra ngoài không khí , thì lớp bảo vệ bị phá vỡ, Al tác dụng ngay với oxi không khí tạo sợi tinh thể Nhôm oxit rất đẹp
b. Phản ứng với phi kim
? Vậy Al còn tác dụng với phi kim nào nữa?
Al tác dụng mãnh liệt với các halogen, pứ tự bốc cháy:
2Al + 3X2 ? 2AlX3
(X= F, Cl, Br, I)
Nhôm không tác dụng với H2
Nhôm tác dụng với C, S, N ở nhiệt
độ cao (700 - 8000C)
Al + C ? Al4C3
Nhôm Cacbua
Al + S ? Al2S3
Nhôm sunfua
Vậy các kim loại khác phản ứng với các phi kim như thê nào?
Ga, In, Tl tác dụng mãnh liệt với Oxi và lưu huỳnh
Ga, In, Tl phản ứng ngay với Clo, Brom ở nhiệt độ thường, với Iốt khi đun nóng
Hỗn hợp bột Al và Fe2O3 có dải Mg làm mồi
Al khử Fe2O3 tạo ra nhiệt độ trên 20000C
Sản phẩm là Al2O3 và Fe nóng chảy
C. Phản ứng với oxit kim loại
Phương pháp dùng bột Nhôm khử oxit kim loại để điều chế kim loại gọi là gì?
Phương pháp này dùng chủ yếu để điều chế kim loại dạng như thế nào?
Phương pháp nhiệt nhôm
Dùng điều chế kim loại khó bị khử, khó nóng chảy như Cr, Fe, Mn, Ni.
Ví dụ: 2Al + Cr2O3 ? Al2O3 + 2Cr
2Al + Fe2O3 ? Al2O3 + 2Fe
d. Phản ứng với axit
Khi nào thì Nhôm phản ứng với axit sinh ra khí H2 ?
Nhôm phản ứng với axit HCl và axit H2SO4 loãng sinh ra khí H2 và phức chất cation:
2Al (r)+ 6H3O++ 6H2O (l)?2[Al(H2O)6]3++ 3H2
Hay viết phổ thông là:
2Al + 6HCl ? 2AlCl3 + 3H2
2Al + 3H2SO4 loãng ? Al2(SO4)3 + 3H2
Dd HCl
Dd AlCl3
Al có phản ứng với axit H2SO4 đặc và HNO3 đặc nóng không? Sản phẩm khử là gì?
. Tương tự các kim loại khác, Al phản ứng với axit H2SO4 và HNO3 đặc nóng cho sản phẩm khử đa dạng
Ví dụ:
2Al+6H2SO4?2Al2(SO4)3 +6SO2 +6 H2O
Al + 4 HNO3 ? Al(NO3)3 + NO + 2H2O
? Ngoài các sản phẩm khử trên, khi Al phản ứng với axit HNO3 đặc nóng còn sinh ra sản phẩm khử là: NH3, NH4NO3, NO2, N2O, N2
? Còn khi phản ứng với axit H2SO4 đặc nóng sinh ra S kết tủa hoặc H2S
Al có phản ứng với axit H2SO4 đặc và HNO3 đặc nguội không?
Al không phản ứng với axit H2SO4 và HNO3 đặc nguội vì các axit này đã tạo cho nó một lớp màng oxit bảo vệ
Có thể dùng Nhôm làm xitec chuyên chở axit đặc nguội.
Các kim loại khác có phản ứng với axit không?
Gali và In tan dễ dàng trong dd axit HCl và H2SO4, Tl tác dụng chậm hơn do bề mặt tạo thành lớp muối khó tan TlCl.
2Tl + 2HCl ? 2TlCl + H2
Nhôm còn có tính chất gì đặc biệt nữa không?
e. Phản ứng với bazơ
Dd NaOH
Dd Al(OH)3


Nhôm có một tính chất rất đặc biệt đó là phản ứng với dd kiềm.
Ga cũng td với dd kiềm giống như Nhôm
In và Tl không phản ứng với kiềm nếu không có chất oxi hóa
2Al(r)+2OH-+6H2O(l)?2[Al(OH)4]-+3H2(k)
2Ga(r)+2OH-+6H2O(l)?2[Ga(OH)4]-+3H2(k)
Tại sao Nhôm còn được gọi là nguyên tố lưỡng tính?
Tại sao không dùng đồ nhôm dựng dd có tính bazơ?
VI. ứng dụng của các Kl nhóm iiia
Al
Dây dẫn điện cao thế
1
2
Tàu vũ trụ
Máy bay
Chi tiết máy
Hợp kim đuyara (94% Al)
Hợp kim Silumin (85% al)



Chi tiết máy móc
Ga, In sử dụng làm kính thiên văn
Hợp kim almelec
Vệ tinh nhân tạo
Tàu vũ trụ
Vệ tinh nhân tạo
Vệ tinh nhân tạo
Hợp kim electron