Nhôm sunfat là gì? Tính chất hoá học, ứng dụng Al2(SO4)3? Các kiến thức căn bản liên quan đến nhôm sunfat - kiến thức hóa học các em học sinh cần nắm vững để đảm bảo chất lượng kiến thức môn hóa học phục vụ thi cử và lên lớp. Đặc biệt, nó có tầm quan trọng cần thiết phải biết với nhiều ứng dụng trong đời sống thường nhật.
Mục lục bài viết
1. Nhôm sunfat (Al2(SO4)3) là gì?
1.1. Khái niệm nhôm sunfat:
Nhôm sunfat có công thức hóa học là (Al2(SO4)3) còn được gọi là Lọc Alum hoặc Dialuminum trisulphate, hay còn có cái tên gọi thông dụng khác là phèn nhôm. Nó là chất rắn kết tinh màu trắng ở dạng khan và ở dạng dung dịch, nó xuất hiện dưới dạng chất lỏng không màu. Cả hai dạng đều không độc hại và không cháy.
Nhôm sunfat hòa tan trong nước nhưng không hòa tan trong ethanol. Nó không mùi và có vị hơi se, vị ngọt. Khi phân hủy, nó thải ra khói oxit lưu huỳnh độc hại. Dung dịch nhôm sunfat có tính ăn mòn nhôm. Hợp chất này được tạo ra trong phòng thí nghiệm bằng cách thêm nhôm hydroxit vào axit sulfuric.
Nhôm sunfat là một hợp chất ion, sự kết hợp của cả ion dương và âm. Các ion là nguyên tử tích điện, có thể là ion đơn nguyên tử (đơn nguyên tử) hoặc đa nguyên tử (nhiều nguyên tử kết hợp để tạo thành phần tích điện). Nhôm tạo thành ion +3, Al+3, và sunfat là ion đa nguyên tử -2, (SO4)-2.
1.2. Điều chế nhôm sunfat:
Nhôm sunfat được hình thành bằng cách phản ứng với lượng axit sunfuric chính xác với nhôm hydroxit mới kết tủa. Dung dịch thu được sau đó được làm bay hơi và để kết tinh. Có thể sử dụng ở dạng tinh thể, hạt hoặc bột tinh khiết, sáng bóng.
2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6 H2O
Nhôm sunfat cũng được sản xuất bằng cách nung kim loại nhôm trong dung dịch axit sunfuric.
2 Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2 ↑
Điều chế nhôm sunfat trong công nghiệp:
Để điều chế nhôm sunfat, người ta thực hiện theo 3 giai đoạn chính như sau:
Giai đoạn 1: Người ta chuẩn bị chế tạo nên dung dịch Al2(SO4)3 với thành phần thích hợp.
– Nhôm hydroxide (Al(OH)3), nước cùng với axit sunfuric (H2SO4) được đưa vào phối trộn theo một tỷ lệ thích hợp. Từ đó tạo lên phản ứng chuyển hóa theo phương trình hóa học:
2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 + 12 H2O → Al2(SO4)3.18 H2O (với phèn 15% Al2O3) (*)
Hoặc theo phương trình:
2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 + 8 H2O → Al2(SO4)3 .14 H2O (đối với phèn 17% Al2O3) (**)
– Điều kiện để thực hiện phản ứng: Nhiệt độ đảm bảo trong khoảng 135 – 140 độ C. Trong quá trình phản ứng, lượng nước được dùng dư từ 15 – 20% so với tính toán theo lý thuyết.
– Nhôm sunfat được tạo ra từ phản ứng (*) và (**) được tồn tại dưới dạng dung dịch. Nếu muốn thu được phèn rắn, chúng ta cần tiến hành cô đặc dung dịch đã thu được đến một nồng độ thích hợp trước khi chuyển tới giai đoạn kết tinh.
– Phèn đơn sunfat sẽ được nấu theo từng phần trong chảo nấu phèn. Tùy thuộc vào loại phèn và khối lượng hidroxit sử dụng, người thực hiện sẽ tính tóan và tra bảng phối liệu để xác định lượng axit và nước lý thuyết dùng cho nấu phèn (chế tạo nhôm sunfat).
– Cho nước từ bồn tuần hoàn của tháp xử lý bụi cùng bồn định lượng nước vào chảo nấu phèn theo định lượng đã tính trước đó. Sau đó cho bột nhôm vào thực hiện khuấy đều. Từ từ cho axit H2SO4 (nhớ là cho từ từ để tránh trường hợp bắn axit lên rất nguy hiểm) vào chảo nấu và bật hệ thống xử lý khói. Tại đây sẽ xảy ra phản ứng của axit sunfuric, bột nhôm cùng nước trong khoảng 2 đến 2,5 giờ với nhiệt độ phản ứng là từ 110 đến 120 độ C để tạo thành dung dịch phèn (Al2(SO4)3).
– Đến khi lượng axit (H2SO4) chỉ còn khoảng 10 đến 15% theo lượng lý thuyết thì dùng hơi cung cấp từ phân xưởng giúp duy trì nhiệt độ. Thêm axit từ từ cho tới khi dung dịch phèn trong thì ngừng cung cấp axit. Thời gian gia nhiệt khoảng 1 đến 1,5 giờ. Nếu tỷ trọng nhỏ hơn quy định, cần tiếp tục gia nhiệt để làm bay hơi cho tới lúc đạt tỷ trọng yêu cầu. Nếu tỷ trọng lớn hơn so với quy định, hãy thêm khoảng 30kg đến 40kg nước cho đến khi đạt yêu cầu về tỷ trọng.
Giai đoạn 2: Thực hiện tiến hành làm nguội kết tinh từ dung dịch nhôm sunfat:
– Mang dung dịch nhôm sunfat đã thu được từ giai đoạn 1, làm nguội xuống nhiệt độ thước ở áp suất khí quyển để thực hiện việc kết tinh nhôm sunfat. Sau 6 tiếng phèn đã kết tinh thành từng mảng lớn bằng cách sử dụng quạt thổi nguội.
Giai đoạn 3: Nghiền thành phẩm, hoàn thành quá trình sản xuất, đóng gói cung cấp ra thị trường.
– Nhôm sunfat kết tinh sẽ được gỡ ra và đưa lên băng tải nạp liệu vào máy nghiền búa nhằm nghiền thành bột nhôm sunfat.
– Tại đây, nó sẽ được nghiền thành những hạt có kích thước khoảng 5mm, qua phễu chứa và cân, đóng bao thành phẩm nhôm sunfat thô và phân phối ra thị trường.
2. Tính chất hóa học và tính chất vật lý của nhôm sunfat (Al2(SO4)3):
2.1. Tính chất vật lý của (Al2(SO4)3):
Nhôm sunfat là hợp chất hút ẩm kết tinh màu trắng, không mùi, tan trong nước vừa phải và không tan trong dung môi hữu cơ. Loại này có vị chua.
Nhôm sunfat là một hợp chất hóa học được tạo ra với Al2(SO4)3. Nó hòa tan trong nước và chủ yếu được sử dụng trong lọc nước uống và nhà máy xử lý nước thải như một chất đông tụ (thúc đẩy sự va chạm của các hạt bằng cách trung hòa điện tích) cũng như trong xử lý giấy.
Nhôm sunfat là chất gây kích ứng da và mắt, vì vậy bạn nên đeo găng tay và kính bảo vệ mắt khi tiếp xúc với nó. Sẽ rất nguy hiểm nếu nuốt phải nhôm sunfat dưới bất kỳ hình thức nào vì khi nuốt phải muối, nó có thể tạo thành axit sulfuric cực kỳ ăn mòn.
Trọng lượng phân tử/Khối lượng mol là 342,15 g/mol
Tỉ trọng đạt 2,672 g/ cm3
Điểm sôi ở khoảng 101 độ C
Độ nóng chảy là 770 độ C
2.2. Tính chất hóa học của (Al2(SO4)3):
Nhôm sunfat (Al2(SO4)3) thuộc loại muối nên có đầy đủ tính chất của muối bao gồm:
Thứ nhất, tác dụng được với dung dịch bazơ để tạo ra muối mới và bazơ mới.
Ví dụ:
Al2(SO4)3 + 6 KOH(vừa đủ) → 3 K2SO4 + 2 Al(OH)3
Thứ hai, tác dụng với dung dịch muối khác tạo thành hai muối mới.
Ví dụ:
Al2(SO4)3 + Ba(NO3)2 → 3 BaSO4 ↓ + 2 Al(NO3)3
Thứ ba, phản ứng với kim loại mạnh hơn để tạo ra muối mới và kim loại mới.
Ví dụ:
3 Mg + Al2(SO4)3 → 3 MgSO4 + 2Al
3. Ứng dụng của nhôm sunfat (Al2(SO4)3):
Nhôm sunfat được sử dụng nhiều trong nền công nghiệp hiện đại và sử dụng trong thực tế bao gồm:
– Nhôm sunfat được sử dụng trong điều chế baking soda.
– Nó được sử dụng để làm vườn để cân bằng độ PH của đất.
– Được sử dụng trong việc lọc nước.
– Nó còn được sử dụng trong nhuộm vải.
– Nhôm sunfat còn được sử dụng trong việc làm giấy.
– Nhôm sunfat còn được dùng để in trên vải.
– Nhôm sunfat được sử dụng trong bê tông như một chất tăng tốc và chất chống thấm.
– Nó được sử dụng trong bọt chữa cháy.
– Nó được sử dụng trong xử lý nước thải.
– Nó được sử dụng làm chất chống cháy.
4. Các bài tập hóa học liên quan đến nhôm sunfat (Al2(SO4)3):
Bài tập 1: Hãy viết phương trình hóa học và cân bằng chuỗi phản ứng hóa học dưới đây:
1. Al => Al2O3 => AlCl3 => Al(OH)3 => Al2(SO4)3
2. Al → Al2O3 → Al(NO3)3 → AlCl3 → Na(Al(OH)4) → Al2(SO4)3
3. Al2O3 → Al → Al2(SO4)3 → AlCl3 → Al(OH)3
Lời giải:
1. Al => Al2O3 => AlCl3 => Al(OH)3 => Al2(SO4)3
4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3
Al2O3 + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2O
3 NaOH + AlCl3 → Al(OH)3 ↓ + 3 NaCl
2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6 H2O
2. Al → Al2O3 → Al(NO3)3 → AlCl3 → Na(Al(OH)4) → Al2(SO4)3
4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3
Al2O3 + 6 HNO3 → 2 Al(NO3)3 + 3 H2O
3 MgCl2 + 2 Al(NO3)3 → 2 AlCl3 + 3 Mg(NO3)2
AlCl3 + NaOH + 3 H2O → Na(Al(OH)4) + 3 HCl
2 Na(Al(OH)4) + 4 H2SO4 → Al2(SO4)3 + Na2SO4 + 8 H2O
3. Al2O3 → Al → Al2(SO4)3 → AlCl3 → Al(OH)3
2 Al2O3 
4 Al + 3O2 ↑
2 Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2 ↑
Al2(SO4)3 + 3 BaCl2 → 3 BaSO4 ↓ + 2 AlCl3
AlCl3 + 3 NaOH → Al(OH)3↓ + 3 NaCl
Bài tập 2. Cho sơ đồ phản ứng sau: Al → Al2O3 → X → Y → Al(OH)3 → Z Vậy, X, Y, Z lần lượt có thể là:
A. Al(NO3)3, NaAlO2, AlCl3
B. O2, Al(OH)3, AlCl3
C. AlCl3, Al2(SO4)3, NaAlO2
D. Al(NO3)3, AlCl3, Al2(SO4)3
Đáp án:
Chọn D
Ta có:
4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3
Al2O3 + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2O
3 NaOH + AlCl3 → Al(OH)3 ↓ + 3 NaCl
2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6 H2O
Bài tập 3: Khi cho bột nhôm hidroxit vào dung dịch axit sunfuric loãng, ta thấy hiện tượng gì sau đây:
A. Chất rắn màu trắng tan dần trong dung dịch tạo lên dung dịch trong suốt
B. Tạo ra chất rắn có màu trắng đục, và sủi bọt khí, có khí thoát ra.
C. Bột nhôm hidroxit tan hết trong axit và sủi bọt khí, có khí thoát ra.
D. Không có hiện tượng gì xảy ra.
Đáp án: Chọn A
Nhôm hidroxit là Al(OH)3, axit sunfuric là H2SO4 tác dụng với nhau tạo phương trình hóa học:
2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6 H2O
Sản phẩm tạo ra là dung dịch Al2(SO4)3 không màu.
