Al(OH)3 ra Al2O3: phương trình nhiệt phân, hiện tượng

Trả lời nhanh

Nung nóng aluminium hydroxide thu được aluminium oxide và hơi nước: 2Al(OH)₃ →^t° Al₂O₃ + 3H₂O. Đây là phản ứng nhiệt phân (phân huỷ), không phải phản ứng oxi hoá – khử. Hiện tượng: chất rắn màu trắng vẫn giữ màu trắng nhưng khối lượng giảm, có hơi nước thoát ra và đọng thành giọt ở thành ống nghiệm.

Phương trình nhiệt phân Al(OH)₃ ra Al₂O₃

2Al(OH)₃ →^t° Al₂O₃ + 3H₂O

Chất tham gia: aluminium hydroxide Al(OH)₃ (tên cũ: nhôm hiđroxit), chất rắn màu trắng, khi mới tạo thành trong dung dịch ở dạng kết tủa keo trắng.
Sản phẩm: aluminium oxide Al₂O₃ (nhôm oxit, alumina), chất rắn màu trắng, rất bền nhiệt, nhiệt độ nóng chảy trên 2 000 °C; và nước H₂O ở dạng hơi.
Loại phản ứng: phản ứng phân huỷ. Số oxi hoá của Al giữ nguyên +3, của O giữ nguyên −2, của H giữ nguyên +1.

Cách cân bằng phương trình

Vì không có nguyên tố nào thay đổi số oxi hoá, em cân bằng theo số nguyên tử, bắt đầu từ nguyên tố “khó” nhất là Al:

Vế phải có 2 nguyên tử Al trong Al₂O₃ → đặt hệ số 2 trước Al(OH)₃.
Vế trái lúc này có 2 × 3 = 6 nguyên tử H → cần 3 phân tử H₂O ở vế phải.
Kiểm tra O: vế trái 2 × 3 = 6; vế phải 3 (trong Al₂O₃) + 3 (trong 3H₂O) = 6 ✔.

Kiểm tra bằng khối lượng: 2 × 78 = 156 g Al(OH)₃ tạo ra 102 g Al₂O₃ và 3 × 18 = 54 g H₂O; 102 + 54 = 156 ✔ (bảo toàn khối lượng).

Điều kiện phản ứng và hiện tượng

Điều kiện: đun nóng ở nhiệt độ cao (nung). Trong công nghiệp, Al(OH)₃ được nung trong lò quay ở nhiệt độ rất cao để thu Al₂O₃ khan.
Hiện tượng khi làm thí nghiệm: cho một ít Al(OH)₃ vào ống nghiệm khô, đun nóng. Thành ống nghiệm phía trên xuất hiện các giọt nước nhỏ; chất rắn còn lại vẫn màu trắng, dạng bột.
Nung đến khối lượng không đổi: nghĩa là nung tới khi Al(OH)₃ chuyển hết thành Al₂O₃, chất rắn không còn giảm khối lượng nữa. Cụm từ này xuất hiện rất nhiều trong bài tập.

Vì sao Al(OH)₃ bị nhiệt phân?

Al(OH)₃ là hydroxide không tan của kim loại có tính kim loại không mạnh. Liên kết giữa Al³⁺ và nhóm OH⁻ kém bền với nhiệt: khi nung, hai nhóm OH kết hợp tách ra một phân tử nước, để lại “cầu” oxygen giữa các nguyên tử Al. Lặp lại quá trình này trong toàn mạng tinh thể sẽ thu được Al₂O₃.

Quy luật chung em cần nhớ:

Hydroxide	Khi nung	Ví dụ
Kiềm tan (NaOH, KOH)	Không bị nhiệt phân ở nhiệt độ nung thông thường	NaOH chỉ nóng chảy
Hydroxide không tan	Phân huỷ thành oxide + nước	Cu(OH)₂ →^t° CuO + H₂O 2Fe(OH)₃ →^t° Fe₂O₃ + 3H₂O Mg(OH)₂ →^t° MgO + H₂O
Fe(OH)₂ nung trong không khí	Vừa phân huỷ vừa bị oxi hoá	4Fe(OH)₂ + O₂ →^t° 2Fe₂O₃ + 4H₂O

Điểm khác của Al(OH)₃ so với Fe(OH)₂: Al chỉ có một mức số oxi hoá +3, nên dù nung trong không khí hay trong khí trơ, sản phẩm luôn là Al₂O₃.

Ứng dụng: từ quặng bauxite đến kim loại nhôm

Phản ứng nhiệt phân Al(OH)₃ là một khâu then chốt trong sản xuất nhôm:

Quặng bauxite (thành phần chính Al₂O₃ ngậm nước, lẫn tạp chất) được xử lí bằng dung dịch NaOH để tách tạp chất, thu được dung dịch chứa aluminium.
Từ dung dịch đó kết tủa lại Al(OH)₃ tinh khiết.
Nung Al(OH)₃ thu Al₂O₃ tinh khiết.
Điện phân nóng chảy Al₂O₃ (có cryolite để hạ nhiệt độ nóng chảy): 2Al₂O₃ →^đpnc 4Al + 3O₂.

Việt Nam có trữ lượng bauxite lớn ở Tây Nguyên, nên quy trình này gắn với thực tiễn công nghiệp trong nước.

Tính chất liên quan của Al(OH)₃ cần nắm

Tính lưỡng tính: tác dụng với acid mạnh và base mạnh.
Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O
Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄] (cách viết cũ: NaAlO₂ + 2H₂O)
Điều chế trong phòng thí nghiệm: cho dung dịch ammonia dư vào dung dịch muối aluminium, vì Al(OH)₃ không tan trong NH₃ dư:
AlCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O → Al(OH)₃↓ + 3NH₄Cl

Lỗi sai thường gặp

Viết Al(OH)₃ → Al₂O₃ + H₂O mà quên hệ số: phương trình chưa cân bằng.
Cho rằng sản phẩm là Al và O₂: nhiệt phân hydroxide chỉ cho oxide và nước, muốn có kim loại nhôm phải điện phân nóng chảy Al₂O₃.
Dùng NaOH dư để điều chế Al(OH)₃ rồi đem nung: kết tủa đã tan hết trong NaOH dư, không còn chất rắn để nung.

Bài tập vận dụng có lời giải

Bài 1. Nung 15,6 gam Al(OH)₃ đến khối lượng không đổi. Tính khối lượng chất rắn thu được.
Lời giải: n_Al(OH)3 = 15,6 : 78 = 0,2 mol. Theo phương trình, n_Al2O3 = 0,2 : 2 = 0,1 mol. Khối lượng chất rắn = 0,1 × 102 = 10,2 gam.

Bài 2. Nung m gam Al(OH)₃ đến khối lượng không đổi thấy khối lượng chất rắn giảm 2,7 gam. Tìm m.
Lời giải: Khối lượng giảm chính là khối lượng nước thoát ra: n_H2O = 2,7 : 18 = 0,15 mol. Theo phương trình, n_Al(OH)3 = 0,15 × 2 : 3 = 0,1 mol. Vậy m = 0,1 × 78 = 7,8 gam.

Bài 3. Cho dung dịch NH₃ dư vào dung dịch chứa 0,04 mol AlCl₃, lọc kết tủa rồi nung đến khối lượng không đổi. Tính khối lượng chất rắn.
Lời giải: Bảo toàn Al: 0,04 mol AlCl₃ → 0,04 mol Al(OH)₃ → 0,02 mol Al₂O₃. Khối lượng = 0,02 × 102 = 2,04 gam.

Câu hỏi thường gặp

Al(OH)3 nhiệt phân ra gì?

Al(OH)3 khi nung tạo aluminium oxide Al2O3 và hơi nước: 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O.

Phản ứng nhiệt phân Al(OH)3 có phải phản ứng oxi hoá – khử không?

Không. Số oxi hoá của Al, O, H đều giữ nguyên; đây là phản ứng phân huỷ.

Nung đến khối lượng không đổi nghĩa là gì?

Là nung đến khi toàn bộ Al(OH)3 đã chuyển thành Al2O3, chất rắn không còn giảm khối lượng.

Vì sao không dùng NaOH dư để điều chế Al(OH)3?

Vì Al(OH)3 lưỡng tính, tan trong NaOH dư tạo Na[Al(OH)4]; nên dùng dung dịch NH3 dư.