Bài giảng Hóa vô cơ A - Chương 4: Các nguyên tố phân nhóm IIIA - Nguyễn Văn Hòa

Chương IV nvhoa102@gmail.com 1
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
Chương IV nvhoa102@gmail.com 2
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
NỘI DUNG
NHẬN XÉT CHUNG
I. CÁC ĐƠN CHẤT
II. CÁC HỢP CHẤT 
CÓ SỐ OXH +3
III. HỢP KIM Al
IV. VẬT LIỆU GỐM 
HIỆN ĐẠI
TÀI LIỆU
[1] – Tập 2, Chương 4: 
trang 70 – 98
[2] – Chương 7: trang
168 – 184
[3] – Phần II, Chương
1: trang 97 – 128
[4] – Chapter 13: page: 
371 – 425
Chương IV nvhoa102@gmail.com 3
NHẬN XÉT CHUNG
- Cấu hình electron hóa trị: ns2np1 Nhường 3e tạo
hợp chất có số OXH +3, thể hiện tính khử.
- B là phi kim, các nguyên tố còn lại là kim loại.
- B Tl(+1)  và (+3) 
IIIA I1 (eV) I2 (eV) I3 (eV) E
0 
X+3/X, V
B 8,30 25,15 37,92 –
Al 5,95 18,82 28,44 - 1,66
Ga 6,0 20,43 30,6 - 0,53
In 5,8 18,79 27,9 - 0,342
Tl 6,1 20,32 29,7 + 0,72
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
Chương IV nvhoa102@gmail.com 4
I ĐƠN CHẤT
1 Bo
1.1 Tính chất vật lý
- B có 2 dạng thù hình:
Tinh thể, vô định hình.
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
mặt thoi (B12)
B12 B22 B60 B12B60B12
Mặt thoi  - B12B60B12
Chương IV nvhoa102@gmail.com 5
- Chất bán dẫn ( E = 1,55 eV), độ dẫn điện tăng lên
khi tăng nhiệt độ.
- Khó nóng chảy (tonc = 2300 
oC).
1.2 Tính chất hóa học
- B rất bền nên ở điều kiện thường chỉ tác dụng với
flo: 2B + 3F2 2BF3
- Ở nhiệt độ cao B khử được nhiều đơn chất, hợp
chất:
• B + H2 B2H6 + B4H10 + 
(boran)
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
B
2
H
6
Chương IV nvhoa102@gmail.com 6
• 4B + 3O2 2B2O3
• 2B + 3H2O B2O3 + 3H2
• 2B + 2NaOH + 2H2O 2NaBO2+ 3H2
• B + axit có tính oxi hóa mạnh (H2SO4 đặc nóng, 
HNO3 đặc nóng, nước cường toan) H3BO3
B + 3HNO3 H3BO3 + 3NO2
• 2B + Mg MgB2 (borua)
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
Chương IV nvhoa102@gmail.com 7
1.3 Trạng thái tự nhiên, điều chê ́, ứng dụng
• Khoáng vật chính của bo: borac (Na2B4O7.10H2O);
kecnit (Na2B4O7.4H2O) và xaxolin (H3BO3).
• Điều chế:
B2O3 + 3Mg 3MgO + B
KBF4 + 3Na 3NaF + KF + B
B2H6 2B + 3H2
• Ứng dụng: Hợp kim với thép.
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
 10 1 4 7
5 0 2 3
B + n He + Li
Chương IV nvhoa102@gmail.com 8
2 Nhôm
2.1 Tính chất vật lý
Màu trắng bạc, bền, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi, dẫn
nhiệt và dẫn điện tốt.
2.2 Tính chất hóa học
Nhôm là kim loại khá hoạt động
• 4Al + 3O2 2Al2O3
• 2Al + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
Chương IV nvhoa102@gmail.com 9
• 2Al + N2 2AlN
• 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe
• 2Al + 6HCl + 12H2O 2[Al(H2O)6]Cl3 + 3H2
• 2Al + 2NaOH + 6H2O 2Na[Al(OH)4] + 3H2
• Al thụ động trong HNO3 đặc nguội, H2SO4 đặc nguội.
2.3 Trạng thái tự nhiên, điều chế và ứng dụng
• Khoáng vật chứa nhôm: Boxit (Al2O3.nH2O);
criolit (Na3[AlF6]); cao lanh (Al2O3.2SiO2.2H2O);
nephelin ((Na,K)2O.Al2O3.2SiO2) 
t0
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
Chương IV nvhoa102@gmail.com 10
• Điều chế theo phương pháp Baye:
 Dùng NaOH đặc (40%) phân hủy quặng boxit:
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O 2Na[Al(OH)4]
 Thủy phân: Na[Al(OH)4] ⇌Al(OH)3 + NaOH
 Nung: 2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O
 Điện phân nóng chảy hỗn hợp Al2O3 + Na3[AlF6] (criolit)
ở 950 oC với điện cực grafit.
1012
9500C
10,5% Al2O3
2072
3NaF.AlF3 Al2O3
150 oC
5-6 atm
1200 oC
1400 oC
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
Chương IV nvhoa102@gmail.com 11
• Ứng dụng:
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
Chương IV nvhoa102@gmail.com 12
II HỢP CHẤT (+3)
1 Các hợp chất B (+3)
1.1 Oxit bo – B2O3 (anhydrit boric)
• Liên kết B-O-B bền nhiệt nhưng lại dễ bị nước
thủy phân hút ẩm mạnh, dễ tan trong nước.
(B
2
O
3
)
n
(HBO
2
)
3
H
5
B
3
O
7
H
3
BO
3
a.polimetaboric a.polioctoboric a.octoboric
+ H
2
O + H
2
O + H
2
O
Thù hình thủy tinh
Khối rắn, không màu, dòn. Nhóm
cấu trúc BO3. t
0
nc = 300 - 700
0C 
Thù hình tinh thể
Nhóm cấu trúc BO4 đối xứng, 
tuần hoàn. 
khó
t
0
t
0
t
0
thủy tinh
• Ứng dụng: Thủy tinh chịu nhiệt, men, gốm.
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
Chương IV nvhoa102@gmail.com 13
1.2 Axit boric và muối borat
• H3BO3 là axit bền nhất trong các axit bo, có cấu
trúc lớp.
• Tan vừa phải trong nước tạo dung dịch axit yếu
H3BO3 + H2O⇌ [B(OH)4]
- + H+ Ka = 10
-9
• Tan trong rượu tạo este
H3BO3 + 3CH3OH B(CH3O)3 + 3H2O
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
Chương IV nvhoa102@gmail.com 14
• Điều chế H3BO3:
Na2B4O7 + 2HCl + 5H2O 4H3BO3 + 2NaCl
Muối borat
• Chỉ borat kim loại kiềm mới tan trong nước, khi
tan tạo dung dịch có môi trường kiềm yếu
Na2B4O7 + 7H2O⇌ 4H3BO3 + 2NaOH
• Borac (Na2B4O7.10H2O) được dùng làm chất
chuẩn gốc, dung dịch đệm, chế tạo thủy tinh
quang học, men, bột giặt 
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
Chương IV nvhoa102@gmail.com 15
2 Các hợp chất Al (+3)
2.1 Oxit nhôm – Al2O3
Tồn tại dưới một số dạng đa hình dạng bền -
Al2O3 và -Al2O3.
• Dạng -Al2O3 có độ bền nhiệt cao, không tan
trong nước, không tác dụng với dung dịch axit và
kiềm, chỉ phản ứng khi nấu chảy với hydroxit,
cacbonat hay hidrosunfat, disunfat.
1Al2O3 + 1Na2CO3 2NaAlO2 + 1CO2
Al2O3 + 6KHSO4 3K2SO4 + Al2(SO4)3 + 3H2O
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
Chương IV nvhoa102@gmail.com 16
• -Al2O3 được tạo thành khi nung Al(OH)3 ở nhiệt
độ thấp khoảng 550 oC
-Al2O3 hoạt động hơn, tan trong các dung dịch
axit, kiềm thể hiện tính lưỡng tính của Al2O3
Al2O3 + 6HCl + 9H2O 2[Al(H2O)6]Cl3
Al2O3 + 6NaOH + 3H2O 2Na3[Al(OH)6]
Al2O3 + Na2CO3 2NaAlO2 + CO2
• Ở khoảng 1000 oC dạng -Al2O3 chuyển sang dạng
 -Al2O3
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
Chương IV nvhoa102@gmail.com 17
2.2 Hydroxit nhôm – Al(OH)3
• Al(OH)3 được tạo thành giữa Al
3+ với kiềm yếu
hoặc sục khí CO2 vào dung dịch hydroxoaluminat
Al3+ + 3OH- Al(OH)3 kết tủa keo nhầy
2Na[Al(OH)4] +CO2 2Al(OH)3 +Na2CO3 +H2O
• Al(OH)3 là hợp chất lưỡng tính:
Al(OH)3 + 3HCl + 3H2O [Al(H2O)6]Cl3
Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 + 3H2O
Al(OH)3 + 3NaOH Na3[Al(OH)6]
Al(OH)3 + NaOH Na[Al(OH)4]
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA
Chương IV nvhoa102@gmail.com 18
2.3 Muối nhôm – Al3+
• Dễ tan, bị thủy phân mạnh:
[Al(H2O)6]
3+ ⇌ [Al(H2O)5OH]
2+ + H3O
+ pKa = 5,02
2[Al(H2O)5OH]
2+ ⇌ [Al2(H2O)8(OH)2]
4+ + 2H2O lgKC = 2,78
Al2S3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2S
• Nhôm sunfat kết hợp với sunfat kiềm hoặc amoni
tạo thành M2Al2(SO4)4.24H2O (phèn nhôm), trong
đó K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O (phèn chua). Ứng
dụng phèn nhôm: đánh trong nước, hồ giấy, gắn
màu vải, thuộc da.
CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA