Hóa HọcLớp 12

Câu hỏi phản ứng nhiệt nhôm là gì

Câu hỏi: Phản ứng nhiệt nhôm là gì?

Lời giải:

      – Phản ứng nhiệt nhôm là phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao, trong đó vai trò của nhôm là chất khử.

Bạn đang xem: Câu hỏi phản ứng nhiệt nhôm là gì

– Phương trình tổng quát:

Al + oxit kim loại →t∘ oxit nhôm + kim loại

                                                     (Hỗn hợp X)   (Hỗn hợp Y)

Phản ứng nhiệt nhôm điều chế kim loại nào?

      – Phản ứng này đã được sử dụng để khử oxit kim loại mà không dùng đến cacbon. Phản ứng này thường tỏa nhiệt rất cao, nhưng trong đó có một năng lượng hoạt hóa cao do các liên kết giữa các nguyên tử trong chất rắn phải được phá vỡ trước. Lúc này thì oxit kim loại được đun nóng với nhôm trong một lò đun. Phản ứng này chỉ có thể sử dụng để sản xuất ra số lượng nhỏ vật liệu.

      – Bên cạnh đó thì phản ứng này cũng được dùng để sản xuất phần lớn các hợp kim sắt, ví dụ như ferroniobium từ niobium pentoxide. Một số kim loại khác cũng đã được sản xuất theo phương pháp này.

Các trường hợp phản ứng nhiệt nhôm xảy ra

Phản ứng xảy ra hoàn toàn

Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, tùy theo tính chất hỗn hợp Y tạo thành để biện luận. Ví dụ:

      – Hỗn hợp Y chứa 2 kim loại →  Al dư, oxit kim loại hết.

      – Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch bazơ kiềm (NaOH,…) giải phóng H2→ có Al dư.

      – Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch axit có khí bay ra thì có khả năng hỗn hợp Y chứa (Al2O3+Fe) hoặc  (Al2O3+Fe+Al) hoặc (Al2O3+Fe) + oxit kim loại dư.

Phản ứng xảy ra không hoàn toàn

Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn, hỗn hợp Y gồm Al2O3,Fe,Aldư và Fe2O3 dư.

Ví dụ về phản ứng nhiệt nhôm nổi bật nhất là phản ứng giữa oxit sắt III (Fe2O3) và nhôm (Al):

2Al+Fe2O3→t∘2Fe+Al2O3

Một số phản ứng khác như:

8Al+3Mn304→t∘4Al203+9Mn

Cr203+2Al→t∘Al203+2Cr

[CHUẨN NHẤT] Câu hỏi phản ứng nhiệt nhôm là gì

Lưu ý khi giải bài tập nhiệt nhôm

Khi tiến hành giải bài tập này, các em học sinh cần phải lưu ý một số điểm quan trọng dưới đây:

      + Nếu hỗn hợp sau khi phản ứng ta cho tác dụng với dung dịch kiềm sinh ra khí H2 thì Al còn dư sau phản ứng nhiệt nhôm hoặc hiệu suất H của phản ứng < 100%. Phản ứng này liên quan đến tính chất của kim loại Al, các em cần phải nắm vững.

      + Khi phản ứng kết thúc mà không thấy khí bay lên thì tức là Al không dư và phản ứng thì xảy ra hoàn toàn

      + Tổng khối lượng hỗn hợp trước phản ứng = tổng khối lượng hỗn hợp sau phản ứng. (Định luật bảo toàn khối lượng)

      + Áp dụng định luật bảo toàn electron.

      + Gỉa thiết cho phản ứng xảy ra hoàn toàn → Thì chất rắn chắc chắn có Al2O3, Fe và có thể Al hoặc FexOy dư. Gỉa thiết không nói đến hoàn toàn, hoặc bắt tính hiệu xuất thì các bạn nên nhớ đến trường hợp chất rắn sau phản ứng có cả 4 chất Al, FexOy, Al2O3, Fe.

Các dạng bài toán trong phản ứng nhiệt nhôm

Dạng 1: Bài toán có hiệu suất phản ứng không hoàn toàn trong phản ứng nhiệt nhôm

* Phương pháp giải chung

       Phản ứng:          2Al + Fe2O3 →  Al2O3 + 2Fe 

      – Hiệu suất phản ứng H = %Alphản ứng  hoặc = % Fe2O3 phản ứng

      – Hỗn hợp X sau phản ứng gồm: Al2O3, Fe, Al dư, Fe2O3 thường được cho vào

      + Tác dụng với dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng) tạo khí H2

                Fe + 2H+ → Fe2+ + H2              (1)

                2Al + 6H+ → 2Al3+ + 3H2       (2)

             => nH2 = nFe + nAldư

      + Nếu hỗn hợp X tác dụng với dung dịch NaOH thì Al và Al2O3 bị phản ứng

         2Al dư + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2

         Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]

Ví Dụ 1: Trộn 10,8 gam bột nhôm với 34,8g bột Fe3O4 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí. Hòa tan hỗn hợp rắn sau phản ứng bằng dung dịch H2SO4 loãng dư thu được 10,752 lít H2(đktc). Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm? (giả sử Fe3O4 chỉ bị khử thành Fe)

 Phân tích

      – Với bài tính hiệu suất như bài này HS thường không biết tính hiệu suất theo Al hay Fe3O4 thực tế ở bài này đã biết số mol của Al và Fe3O4 ta cần so sánh tỉ lệ mol các chất để xác định xem hiệu suất của phản ứng tính theo chất nào

      – Vì là bài tính hiệu suất nên hỗn hợp A sau phản ứng gồm: Al2O3, Fe, Al dư, Fe3O4 cho vào dung dịch axit (HCl, H2SOloãng) tạo khí H2

                Fe + 2H+ → Fe2+ + H2              (1)

                2Al + 6H+ → 2Al3+ + 3H       (2)

                Fe3O4, Al2O3 + H+ → Muối + H2O

       => nH2 = nFe + nAldư

Hướng dẫn giải:

    Theo bài ra ta có nAl = 0,4 mol, n Fe3O4 = 0,15 mol

     => hiệu suất H = %Fe3O4 phản ứng

        Phản ứng:               8Al +   3Fe3O4 → 4Al2O3 + 9Fe 

        Ban đầu (mol)        0,4          0,15

        Phản ứng                8x            3x                                 9x

        Sau phản ứng        (0,4-8x)    0,15 – 3x                      9x

Theo PT 1,2 ta có nH2 = nFe + nAldư

               0,48 = 9x +  (0,4 – 8x) => x = 0,04 mol

Vậy hiệu suất H = % Fe3O4 

Ví Dụ 2: Nung hỗn hợp gồm 0,12 mol Al và 0,04 mol Fe3O4 một thời gian, thu được hỗn hợp rắn X. Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch HCl dư thu được 0,15 mol khí H2 và m gam muối. Tính giá trị của m?

Phân tích

      – Trong bài này phản ứng chỉ xảy ra một thời gian, đề bài cũng không định hướng sản phẩm tạo ra nên hỗn hợp sản phẩm X gồm nhiều chất (Fe, Al2O3, Al dư, Fe3O4 dư, FeO) khi hỗn hợp này tác dụng với dung dịch axit ta tách hỗn hợp X thành 2 phần (Kim loại và oxit kim loại) tác dụng với dung dịch HCl         

                Phản ứng:     2H+ + O2– (trong  oxit) là H2O

                                     2H+ ——–>  H2

      Dựa vào các định luật BTNT Oxi và hidro để tính số mol HCl

                                    BTKL tính khối lượng muối gồm kim loại và Cl-

Hướng dẫn giải:

Sơ đồ phản ứng:

       Al + Fe3O4 ——> hỗn hợp X: Al2O3, Fe3O4, FeO, Fe, Al dư

      Hỗn hợp X gồm các oxit và kim loại

BTNT oxi      n O (trong X) = n O (Fe3O4) =  0,04 . 4 = 0,16 mol

          Phản ứng:     2H+  +  O2– (trong  oxit) là H2O

                               2H+ ——–>  H2

      ð nH+ = 2n O2- + 2n H2 = 2. 0,16 + 2. 0,15 = 0,62 mol

      ð nCl– = nH+ =  0,38 mol

      ð Áp dụng BTKL: m Muối = mKl + mCl-

=>  m Muối = 0,12 . 27 + 0,04 .3. 56 + 0,62 . 35.5 = 31,97 gam

Dạng 2: Bài toán nhiệt nhôm với hiệu suất H = 100%

* Phương pháp giải chung

      – Bước 1: Cần xác định được Al dư hay oxit kim loại dư, trường hợp nếu cho khối lượng hỗn hợp cần xét các trường hợp Al dư và Al hết

      – Bước 2:

      + Dựa vào các dữ kiện của bài toán thường gặp là hỗn hợp sau phản ứng tác dụng với dung dịch NaOH hoặc dung dịch axit (HCl, H2SO4) tính số mol chất dư và số mol các chất phản ứng

      + Vận dụng bảo toàn nguyên tố Al, Fe, O, bảo toàn khối lượng hoặc bảo toàn electron các các phản để tính toán

      – Bước 3: Tính toán theo yêu cầu của bài toán

      Ví dụ: Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe2O3 (trong điều kiện không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn Y. Chia Y thành hai phần bằng nhau: 

      Phần 1: tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư sinh ra 3,08 lít khí H2 (ở đktc) 

      Phần 2: tác dụng với dung dịch NaOH dư sinh ra 0,84 lít khí H2 (ở đktc). Tính giá trị của m?

Hướng dẫn giải:  

       nH2 (p1) = 0,1375 mol ; nH2 (p2) = 0,0375 mol 

      – Hỗn hợp rắn Y tác dụng với NaOH giải phóng H2 → Al dư và vì phản ứng xảy ra hoàn toàn nên thành phần hỗn hợp rắn Y gồm: Al2O3, Fe và Al dư 

      – Gọi nFe = x mol ; nAl dư = y mol có trong 1/2 hỗn hợp Y 

      – Từ đề ta có hệ phương trình:   2Al + Fe2O3 →  Al2O3 + 2Fe

      – Theo đlbt nguyên tố đối với O và Fe: nAl2O3 = nFe2O3 =  0,05 mol 

      – Theo đlbt khối lượng: m = (0,05 . 102 + 0,1 . 56 + 0,025 . 27).  2 = 22,75 gam 

Đăng bởi: THPT Văn Hiến

Chuyên mục: Lớp 12, Hóa Học 12

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button