Cách giải nhanh bài toán nhiệt nhôm

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM

I. CƠ SỞ LÍ THUYẾT

1. Khái niệm

Phản ứng nhiệt nhôm là phản ứng của nhôm tác dụng với các oxit kim loại ở nhiệt độ cao

Bạn đang xem: Cách giải nhanh bài toán nhiệt nhôm

   Al + oxit kim loại → oxit nhôm + kim loại 

      (Hỗn hợp X)                      (Hỗn hợp Y) 

2. Dạng thường gặp

         2Al + Fe₂O₃ →  Al₂O₃ + 2Fe

         8Al + 3Fe₃O₄ →4Al₂O₃ + 9Fe

         2yAl + 3Fe_xO_y  →  Al₂O₃ + 3xFe 

         2Al + Cr₂O₃ →  Al₂O₃ + 2Cr 

         2Al + 3CuO → Al₂O₃ + 3Cu 

– Trường hợp 1: Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn.

  + Hết Al và hết oxit kim loại → Chất rắn Y thu được chỉ có kim loại sinh ra và Al₂O₃.

  + Al hết, dư oxit kim loại dư → Chất rắn Y thu được Kim loại sinh ra, oxit kim loại và Al₂O₃.

  + Al dư, oxit kim loại hết → Chất rắn Y thu được Al dư, kim loại sinh ra và Al₂O₃.

 – Trường hợp 2: Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn, hỗn hợp Y gồm Al₂O₃, kim loại sinh ra, Al dư và oxit kim loại dư.

3. Phương pháp giải

 –  Hỗn hợp Y khi tác dụng với dung dịch bazơ kiềm (OH^–) giải phóng H₂ 

   Al + OH^– + H₂O   → AlO₂^– + 3/2H₂

      → có Al dư số mol Al = 2/3 số mol của H₂ 
 –  Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch axit có khí bay ra thì   lượng H₂ thoát ra là của Al và kim loại sinh ra phản ứng (đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học).

Al + 3H⁺ → Al³⁺ + 3/2H₂ 

   M + nH⁺ →Mⁿ⁺ + n/2H₂

– Ngoài ra, thường sử dụng thêm: 

   +  Định luật bảo toàn khối lượng: m_hhX = m_hhY 
   +  Định luật bảo toàn nguyên tố (mol nguyên tử):

n_{Al (X)} = n_{Al (Y)}  

    n_{kl (X)} = n_{kl (Y)}  

    n_{O (X)} = n_{O (Y)}

II. BÀI TẬP VẬN DỤNG

Câu 1: Để khử hoàn toàn mg hỗn hợp CuO và PbO cần 8,1g kim loại nhôm, sau phản ứng thu được 50,2g hỗn hợp 2 kim loại. Giá trị của m là

  A. 53,4g                     

  B. 57,4g                     

  C.  54,4g                    

  D. 56,4g

Câu 2: Đun nóng hỗn hợp gồm 10,8g bột Al với 16 bột Fe₂O₃ (không có không khí), nếu hiệu suất phản ứng là 80% thì khối lượng Al₂O₃ thu được là:

  A. 7,8g                       

  B. 10,2g                     

  C. 8,16g                     

  D. 16,32g

Câu 3: Dùng m (g) Al để khử hoàn toàn một lượng Fe₂O₃ sau phản ứng thấy khối lượng oxit giảm 0,58 g. Hỏi lượng nhôm đã dùng m =?

  A. m = 0,27 g                 

  B. m = 2,7g                

  C. m = 0,54 g             

  D. m = 1,12 g.

Câu 4: Trộn 6,48g Al với 16g Fe₂O₃. Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm thu được chất rắn A. Khi A tác dụng với dung dịch NaOH dư có 1,344 lit khí thoát ra (đkc). Hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm là:

  A. 85%                       

  B. 80%                       

  C. 75%                       

  D. 100%

Câu 5: Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al và Fe₃O₄ trong điều kiện không có không khí. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu được dung dịch Y, chất rắn Z và 3,36 lít khí H₂ (ở đktc). Sục khí CO₂ (dư) vào dung dịch Y, thu được 39 gam kết tủa. Giá trị của m là:

  A. 45,6.                                  

  B. 48,3.                                  

  C. 36,7.                                  

  D. 57,0.

Bài toán phản ứng nhiệt nhôm

I.Các dạng bài toán trong phản ứng nhiệt nhôm

1.1. 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 = %Al_{phản ứng}  hoặc = % Fe₂O_{3phản 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⁺ à Fe²⁺ + H₂              (1)

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

             => n_H2 = n_Fe + n_Aldư

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

         2Al _dư + 2NaOH + 3H₂O à 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

         Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O à 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, H₂SO₄ loãng) tạo khí H₂

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

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

                Fe₃O₄, Al₂O₃ + H+ à Muối + H₂O

       => n_H2 = n_Fe + n_Aldư

Hướng dẫn giải:

    Theo bài ra ta có n_Al = 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 n_H2 = n_Fe + n_Aldư

        ó 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⁺ + O^2- (trong  oxit) à 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⁺  +  O^2- (trong  oxit) à H₂O

                               2H⁺ ——–>  H₂

ð n_H⁺ = 2n _O^2- + 2n _H2 = 2. 0,16 + 2. 0,15 = 0,62 mol

ð n_Cl– = n_H⁺ =  0,38 mol

ð Áp dụng BTKL: m _Muối = m_Kl + m_Cl^–

=>  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 1: 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:  

n_{H2 (p1)} = 0,1375 mol ; n_{H2 (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 n_Fe = x mol ; n_{Al 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: n_Al2O3 = n_Fe2O3 =  0,05 mol 

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

Ví dụ 2: Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al và Fe₃O₄ trong điều kiện không có không khí. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu được dung dịch Y, chất rắn Z và 3,36 lít khí H₂ (ở đktc). Sục khí CO₂ (dư) vào dung dịch Y, thu được 39 gam kết tủa. Tính giá trị của m?

Hướng dẫn giải:

– Từ đề suy ra thành phần hỗn hợp rắn X gồm: Fe, Al₂O₃ (x mol) và Al dư (y mol)   

– Các phản ứng xảy ra là: 

 8Al + 3Fe₃O₄ —–> 4Al₂O₃ + 9 Fe

             2Al + 2NaOH + 6H₂O ——> 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂ 

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

             CO₂ + Na[Al(OH)₄] ——> Al(OH)₃ + NaHCO₃ 

– n_H2 = 0,15 mol, n_Al(OH)3 = 0,5 mol

Theo bảo toàn nguyên tố Al ta có n_{Al bđ} = n _ÔAl(OH)3 = 0,5 mol

           n_{Al dư} = n_H2 = 0,1 mol

           => n_{Al pư (1)} = 0,5 – 0,1 = 0,4mol 

Theo Pt (1) n_Fe3O4 =  n_Al = 0,15 mol

Vậy khối lượng m = 27. 0,5 + 232 . 0,15 = 48,3 gam

Ví dụ 3: Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al và Fe₃O₄ trong điều kiện không có không khí. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu được dung dịch Y, chất rắn Z và 3,36 lít khí H₂ (ở đktc). Sục khí CO₂ (dư) vào dung dịch Y, thu được 39 gam kết tủa. Tính giá trị của m?

Hướng dẫn giải:

– Từ đề suy ra thành phần hỗn hợp rắn X gồm: Fe, Al₂O₃ (x mol) và Al dư (y mol)   

– Các phản ứng xảy ra là: 

             8Al + 3Fe₃O₄ —–> 4Al₂O₃ + 9 Fe

             2Al + 2NaOH + 6H₂O ——> 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂ 

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

             CO₂ + Na[Al(OH)₄] ——> Al(OH)₃ + NaHCO₃

– n_H2 = 0,15 mol, n_Al(OH)3 = 0,5 mol

Theo bảo toàn nguyên tố Al ta có n_{Al bđ} = n _ÔAl(OH)3 = 0,5 mol

           n_{Al dư} = n_H2 = 0,1 mol

           => n_{Al pư (1)} = 0,5 – 0,1 = 0,4mol 

Theo Pt (1) n_Fe3O4 =  n_Al = 0,15 mol

Vậy khối lượng m = 27. 0,5 + 232 . 0,15 = 48,3 gam

Ví dụ 4: Nung hỗn hợp gồm 15,2 gam Cr₂O₃ (Cr = 52) và m gam Al. Sau phản ứng hoàn toàn, được 23,3 gam hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ X phản ứng với axit HCl dư thoát ra V lít H₂ (đktc). Tính giá trị của V? 

Hướng dẫn giải:

Ta có    n_Cr2O3 = 0,1 mol

       Pư:    2Al + Cr₂O₃ ——> Al₂O₃ + 2Cr          (1)

Bảo toàn khối lượng ta có m _hh = m_X = 23,3 gam

ð m_Al = 23,3 – 15,2 = 8,1 gam => n_Al = 0,3 mol

ð Theo PTPư Al dư => n_Cr = 2n_Cr2O3 = 0,2 mol

ð n_{Al dư} = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol

    pư:       Cr + 2HCl ——> CrCl₂ + H₂             (2)

                 2Al_dư + 6HCl ——> 2AlCl₃ + 3H₂    (3)

Theo các Pư (2,3) n_H2 = n_Cr + n_Al = 0,35 mol

Thể tích H₂ V_H2 = 7,84 lít

Ví dụ 5: Cho hỗn hợp A gồm Al và một oxit sắt. Chia hỗn hợp  A thành 2 phần bằng nhau.

Phần 1: cho tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng thu được 6,72 (l) khí (đktc).

Phần 2: Phản ứng nhiệt nhôm hoàn toàn, thu được hỗn hợp B, cho B tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 1,344 lít khí (đktc) sau đó cho tiếp dung dịch H₂SO₄  loãng, dư được 4,032 lít H₂ (đktc). Xác định công thức của oxit sắt?

Hướng dẫn giải:

-Phần 1:    2Al + 3H₂SO₄ ——> Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

      n_{Al ban đầu} = n_H2 = 0,2 mol

– Phần 2:    2yAl + 3Fe_xO_y ——>  yAl₂O₃ + 3xFe

Hỗn hợp B gồm: Al₂O₃, Fe và Al dư

                   2Al _dư + 2NaOH + 6H₂O ——> 2NaAl(OH)₄ + 3 H₂    

      n_{Al dư} =  n_H2 = 0,04 mol

      n_{Al pư} = 0,2 – 0,04 = 0,16 mol

Theo bảo toàn nguyên tố Al: n_Al2O3 = n_{Al pư} = 0,08 mol

Bảo toàn nguyên tố oxi ta có: n_O(FexOy) = n_{O (Al2O3)} = 0,08 . 3 = 0,24 mol

-Phần rắn còn lại là Fe tác dụng với H₂SO₄

      => n_Fe = n_H2 = 0,18 mol

=> Fe_xO_y: tỉ lệ: x : y = 0,18 : 0,24 = 3 : 4

Vậy công thức oxit sắt là Fe₃O₄

II.Bài tập vận dụng

Bài 1. Trộn 8,1 gam Al và 48 gam Fe₂O₃ rồi cho tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí, kết thúc thí nghiệm thu được m gam hỗn hợp rắn. Giá trị của m là:

A. 56,1 gam.        B. 61,5 gam                   C. 65,1 gam                   D. 51,6 gam

Bài 2. Dùng m gam Al để khử hoàn toàn một lượng Fe₂O₃ sau phản ứng thấy khối lượng oxit giảm 0,58 g. Hỏi lượng nhôm đã dùng m là:

          A. m = 0,27 g       B. m = 2,7g          C. m = 0,54 g       D. m = 1,12 g. Bài 3. (ĐH A-2012) Hỗn hợp X gồm Fe₃O₄  và Al có tỉ lệ mol tương ứng 1 : 3. Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm X (không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp gồm

A. Al, Fe, Fe₃O₄  và Al₂O₃.                    B. Al₂O₃, Fe và Fe₃O₄.

C. Al₂O₃  và Fe.                                     D. Al, Fe và Al₂O₃.

Bài 4:Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X gồm Fe₂O₃ và Al trong điều kiện không có không khí thu được hỗn hợp chất rắn Y. Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH dư sẽ thu được 0,3 mol H₂ Mặt khác nếu cho Y tác dụng với dung dịch HCl dư sẽ thu được 0,4 mol H₂. Số mol Al trong X là:

A. 0,3 mol          B. 0,6 mol              C. 0,4 mol                 D. 0,25 mol

Bài 5: Nung m gam hỗn hợp Al, Fe₂O₃ đến phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Chia Y làm 2 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. Giá trị của m là

A. 21,40               B. 29,40               C. 29,43               D. 22,75

Bài 6: Hỗn hợp X gồm Al, Fe₂O₃ có khối lượng 21,67 gam. Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí (giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử  Fe₂O₃ thanh Fe) Hòa tan hỗn hợp chất rắn sau phản ứng bằng dung dịch NaOH dư thu được 2,016 lít khí H₂ (đktc) và 12,4 gam chất rắn không tan. Hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm là

A. 45%                 B. 50%                 C. 71,43%                     D . 75%

Bài 7: Có 9,66 gam hỗn hợp bột nhôm và Fe₃O₄. Tiến hành nhiệt nhôm hoàn toàn rồi hòa tan hết hỗn hợp sau phản ứng bằng dung dịch HCl được 2,688 lít H₂ (đktc). Khối lượng nhôm trong hỗn hợp ban đầu là?

A. 2,16                 B. 2,7                             C. 2,88                 D. 0,54

Câu 8: Dùng m gam Al để khử hết 1,6 gam Fe₂O₃ đến phản ứng hòa toàn, sản phẩm sau phản ứng tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH tạo 0,672 lít khí (đktc). Tính m.

Câu 9: khi nung hoàn toàn hỗn hợp A gồm x gam Al và y gam Fe₂O₃ thu được hỗn hợp B. Chia B thành hai phần bằng nhau: Phần 1 tan trong dung dịch NaOH dư, không có khí thoát ra và còn lại 4,4 gam chất rắn không tan. Phần 2 trong dung dịch H₂SO₄ loãng dư thu được 1,12 lít khí(đktc). Giá trị của y là

A. 5,6 gam                        B. 11,2 gam                C. 16 gam                D. 8 gam

Bài 10: Nung Al và Fe₃O₄ (không có không khí, phản ứng xảy ra hoàn toàn) thu được hỗn hợp  A. Nếu cho A tác dụng với dung dịch KOH dư thì thu được 0,672 lít khí (đktc). Nếu cho A tác dụng với H₂SO₄ đặc, nóng dư được 1,428 lít SO₂ duy nhất (đktc). % khối lượng Al trong hỗn hợp ban đầu là:

A. 33,69%            B. 26,33%                      C. 38,30%             D. 19,88%  

III.Đáp án

Câu	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Đáp án	A	C	B	A	D	D	B	A	B	C

Một số chú ý khi giải bài tập:

– Phản ứng nhiệt nhôm: Al + oxit kim loại  oxit nhôm + kim loại 
                                          (Hỗn hợp X)                      (Hỗn hợp Y) 
– Thường gặp:

– Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, tùy theo tính chất của 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 dư) hoặc (Al₂O₃ + Fe + oxit kim loại dư) 
– Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn, hỗn hợp Y gồm Al₂O₃, Fe, Al dư và Fe₂O₃ dư 

– Thường sử dụng: 
         + Định luật bảo toàn khối lượng: m_hhX = m_hhY 
         + Định luật bảo toàn nguyên tố (mol nguyên tử):

n_{Al (X)} = n_{Al (Y)} ; n_{Fe (X)} = n_{Fe (Y)} ; n_{O (X)} = n_{O (Y)}

Một số ví dụ minh họa

Ví dụ 1: 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) Giá trị của m là: 
A. 22,75 gam                B. 21,40 gam                            C. 29,40 gam                  D. 29,43 gam

Lời giải

nH₂₍₁₎ = 0,1375 mol ; nH₂₍₂₎ = 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: 
– 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 → đáp án A

Ví dụ 2: Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al và Fe₃O₄ trong điều kiện không có không khí. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu được dung dịch Y, chất rắn Z và 3,36 lít khí H₂ (ở đktc). Sục khí CO₂ (dư) vào dung dịch Y, thu được 39 gam kết tủa. Giá trị của m là: 
A. 45,6 gam                   B. 57,0 gam                      C. 48,3 gam                                     D. 36,7 gam

Lời giải

nH₂ = 0,15 mol ; nAl(OH)₃ = 0,5 mol 
– Từ đề suy ra thành phần hỗn hợp rắn X gồm: Fe, Al₂O₃ (x mol) và Al dư (y mol) 
– Các phản ứng xảy ra là: 
2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂ 
Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na[Al(OH)₄] 
CO₂ + Na[Al(OH)₄] → Al(OH)₃ + NaHCO₃ 
– nH₂ = 0,15 mol → y = 0,1 mol 

– Theo đlbt nguyên tố đối với Al: 2x + y = 0,5 → x = 0,2 mol 
– Theo đlbt nguyên tố đối với O: nO_(FeO) = nO_(AlO) → nFe₃O₄ = mol 
– Theo đlbt nguyên tố đối với Fe: nFe = 3nF₃O₄ = 3.0,15 = 0,45 mol 
– Theo đlbt khối lượng: m = 0,45.56 + 0,2.102 + 0,1.27 = 48,3 gam →đáp án C

Ví dụ 3: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X gồm Al và một oxit sắt Fe_xO_y (trong điều kiện không có không khí) thu được 92,35 gam chất rắn Y. Hòa tan Y trong dung dịch NaOH (dư) thấy có 8,4 lít khí H₂ (ở đktc) thoát ra và còn lại phần không tan Z. Hòa tan 1/2 lượng Z bằng dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng (dư) thấy có 13,44 lít khí SO₂ (ở đktc) thoát ra. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Khối lượng Al₂O₃ trong Y và công thức oxit sắt lần lượt là: 
A. 40,8 gam và Fe₃O₄                                        B. 45,9 gam và Fe₂O₃ 
C. 40,8 gam và Fe₂O₃                                        D. 45,9 gam và Fe₃O₄

Lời giải

nH₂ = 0,375 mol ; nSO_{2(cả Z)} = 2.0,6 = 1,2 mol 
– Từ đề suy ra thành phần chất rắn Y gồm: Fe, Al₂O₃, Al dư và phần không tan Z là Fe 
– nH₂ = 0,375 mol → nAl dư = 0,25 mol 
– nSO₂ = 1,2 mol → nFe = mol 
– mAl₂O₃ = 92,35 – 0,8.56 – 0,25.27 = 40,8 gam (1) → nAl₂O₃ = 0,4 mol 
– Theo đlbt nguyên tố đối với O → nO_(FeO) = 0,4.3 = 1,2 mol 
– Ta có:  → công thức oxit sắt là Fe₂O₃ (2) 
– Từ (1) ; (2) → đáp án C

Ví dụ 4: Trộn 5,4 gam bột Al với 17,4 gam bột Fe₃O₄ rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm (trong điều kiện không có không khí). Giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử Fe₃O₄ thành Fe. Hòa tan hoàn toàn chất rắn sau phản ứng bằng dung dịch H₂SO₄ loãng (dư) thu được 5,376 lít khí H₂ (ở đktc). Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm và số mol H₂SO₄ đã phản ứng là: 
A. 75 % và 0,54 mol                                              B. 80 % và 0,52 mol 
C. 75 % và 0,52 mol                                              D. 80 % và 0,54 mol

Lời giải

nAl = 0,2 mol ; nFe₃O₄ = 0,075 mol ; nH₂ = 0,24 mol 
– Phản ứng xảy ra không hoàn toàn: 8Al + 3Fe₃O₄  4Al₂O₃ + 9Fe 
                                                      x→                         0,5x       (mol) 
– Hỗn hợp chất rắn gồm: 
– Ta có phương trình: .2 + (0,2 – x).3 = 0,24.2 → x = 0,16 mol → H_{phản ứng} =% (1) 
– nH⁺_{phản ứng} = 2.nFe + 3.nAl + 6.nAl₂O₃ + 8.nFe₃O₄ = 0,36 + 0,12 + 0,48 + 0,12 = 1,08 mol 
→ nH₂SO_{4phản ứng} = mol (2) 
– Từ (1) ; (2) → đáp án D

BÀI TẬP ÁP DỤNG

Câu 1: Trộn 10,8 gam bột nhôm với 34,8g bột Fe₃O₄ rồi tiến hành phản ứng nhiẹt nhôm thu được hỗn hợp A. hòa tan hết A bằng HCl thu được 10,752 lít H₂(đktc). Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm và thể tích dung dịch HCl 2M cần dùng là

A. 80% và 1,08lít                     B. 20% và 10,8lít      C. 60% và 10,8lít                      D. 40% và 1,08lít

Câu 2: nung hỗn hợp A gồm Al, Fe₂O₃ được hỗn hợp B (hiệu suất 100%). Hòa tan hết B bằng HCl dư được 2,24 lít khí (đktc), cũng lượng B này nếu cho phản ứng với dung dịch NaOH dư thấy còn 8,8g rắn C. Khối lượng các chất trong A là?

A. m_Al=2,7g, mFe₂O₃=1,12g                          B. m_Al=5,4g, mFe₂O₃=1,12g

C. m_Al=2,7g, mFe₂O₃=11,2g                           D. m_Al=5,4g, mFe₂O₃=11,2g

Câu 3: Hỗn hợp A gồm 0,56g Fe và 16g Fe₂O₃ m (mol) Al rồi nung ở nhiệt độ cao không  có không khí được hỗn hợp D. Nếu cho D tan trong H₂SO₄ loãng được v(lít) khí nhưng nếu cho D tác dụng với NaOH dư thì thu được 0,25V lít khí. Gía trị của m là?

A. 0,1233                    B. 0,2466                     C. 0,12                        D. 0,3699

Câu 4: Có 26,8g hỗn hợp bột nhôm và Fe₂O₃. Tiến hành nhiệt nhôm cho tới hoàn toàn rồi hòa tan hết hỗn hợp sau phản ứng bằng dung dịch HCl được 11,2 lít H₂(đktc). Khối lượng các chất trong hỗn hợp ban đầu là?

A. m_Al=10,8g;m=1,6g                          B. m_Al=1,08g;m=16g

C. m_Al=1,08g;m=16g                           D. m_Al=10,8g;m=16g

ĐÁP ÁN

1. A                 2. A                             3.B                  4.D

Phản ứng nhiệt nhôm tổng quát:

Al + oxit kim loại → oxit nhôm + kim loại                

        (hỗn hợp X)                            (hỗn hợp Y)

Pt (1) hỗn hợp sau phản ứng có 3

• Al và Fe₂O₃ phản ứng vừa đủ → sản phẩm gồm Al₂O₃, Fe
• Al dư → sản phẩm gồm: Al₂O₃, Fe, Al dư
• Fe₂O₃ dư → sản phẩm gồm Al₂O₃, Fe, Fe₂O₃ dư

Tùy theo tính chất của 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 → Al dư 

+ Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch axit luôn có khí bay ra

Phương pháp giải:

– Bảo toàn khối lượng: m_hhX = m_hhY 
– Bảo toàn nguyên tố:  n_{Al (X)} = n_{Al (Y)} ; n_{Fe (X)} = n_{Fe (Y)} ; n_{O (X)} = n_{O (Y)}

– Bảo toàn electron:

+ Cho Al dư tác dụng với dd NaOH sinh ra H₂:  3.n_{Al dư} = 2.n_H2

+ Hỗn hợp sau phản ứng (Al dư, Fe, oxit) tác dụng với H⁺ :  3.n_{Al dư} + 2.n_Fe = 2.n_H2

+ Hh sau phản ứng gồm kim loại và oxit kim loại

2H⁺  +  O^2-   →→   H₂O

2H⁺  +  2e   →→  H₂

=>  n_{H+ pứ}  = 2.n_{O (trong oxit)} + 2.n_H2

Phản ứng nhiệt nhôm và cách giải bài tập

Phản ứng nhiệt nhôm là gì?

Như đã định nghĩa ở đầu bài, phản ứng nhiệt nhôm là một loại phản ứng ở nhiệt độ cao giữa nhôm với oxit hoặc với các chất khác. Với vai trò là chất khử, phản ứng này sinh nhiều nhiệt và tạo ra các đơn chất kim loại. Ta cùng tìm hiểu phản ứng nhiệt nhôm qua một số phương trình giữa nhôm với các axit;

Nhôm phản ứng oxit sắt: 2yAl + 3Fe_xO_y → yAl₂O₃ + 3xFe

Đây là phản ứng đặc trưng và có nhiều ứng dụng nhất. Cụ thể là hỗn hợp tạo thành gồm (Fe và Al2O3 dùng để hàn vá đường ray tàu lửa)

Phản ứng nhiệt nhôm điều chế kim loại nào?

Sau khi tìm hiểu dãy hoạt động hóa học của kim loại thì chúng ta đã dần nắm được các qui luật về độ phản ứng mạnh hay yếu của kim loại. Cụ thể trong trường hợp này, nhôm đẩy được các kim loại khác ra khỏi oxit phải thõa mãn điều kiện: Đó phải là các kim loại trung bình hoặc yếu (từ Zn trở đi). Bạn hoàn toàn có thể dùng dãy hoạt động hóa học để tìm hiểu các kim loại này nếu vẫn chưa nhớ.

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

+ 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.

Bài tập phản ứng nhiệt nhôm có lời giải

Câu 1: Khi cho 41,4 gam hỗn hợp X gồm Fe2O3, Cr2O3 và Al2O3 tác dụng với dung dịch NaOH đặc (dư), sau phản ứng thu được chất rắn có khối lượng 16 gam. Để khử hoàn toàn 41,4 gam X bằng phản ứng nhiệt nhôm, phải dùng 10,8 gam Al. Thành phần phần trăm theo khối lượng của Cr2O3 trong hỗn hợp X là (Cho: hiệu suất của các phản ứng là 100%; O = 16; Al = 27; Cr = 52; Fe = 56) 

A. 50,67%.

B. 20,33%.

C. 66,67%.

D. 36,71%.

Lời giải: 

Khi cho hỗn hợp X tác dụng với NaOH ta thu được các phương trình hóa học sau:

Cr2O3 + 2NaOH → 2NaCrO2+ H2O
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O

Vì Fe2O3 không phản ứng với dung dịch kiềm, nên khối lượng chất rắn còn lại là Fe2O3

m Fe2O3 = 16 gam, từ đó tính được số mol của oxit sắt III: → n Fe2O3 = 16/160 = 0,1 mol

Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm X:

Cr2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr (1)
Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe (2)

0,1 mol

Theo đầu bài cho thì số mol Al cần phản ứng sẽ bằng: nAl = 10.8/27 = 0.4 mol

Theo phương trình số 2 khi cân bằng số mol thì nAl = 2.nFe3O4 = 0,2 mol

Do đó, Số mol còn lại của Al trong phương trình (1) là: nAl (1) = 0.4 – 0.2 = 0.2 mol

Dễ dàng suy ra:

n Cr2O3 = 0.1 mol ——> m = 15.2 gam

Phần trăm oxit crom trong hỗn hợp là: % Cr2O3 = 15.2 / 41.4 = 36.71 % —-> Chọn đáp án trắc nghiệm là D.

Câu 2: Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe2O3 (trong môi trường 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).
Giá trị của m là

A. 22,75

B. 21,40.

C. 29,40.

D. 29,43.

Lời giải: 

Đầu tiên ta xác định được đây là dạng toán liên quan đến phản ứng nhiệt nhôm giữa Al và oxit sắt II. Phương trình phản ứng:

2Al + Fe2O3 —-> Al2O3 + 2Fe (1)

Phần 2 tác dụng với dung dịch NaOH (dư), sinh ra 0,84 lít khí H2 (ở đktc):

Al + NaOH + H2O  NaAlO2 + 3/2H2

x                                                   1.5 x mol

x = 0.025 mol

Phần (1) tác dụng với H2SO4  ta được các phương trình sau:

2Al + 3H2SO4 ————->  Al2(SO4)3 + 3H2

0.025                                                        0.0375

Fe + H2SO4 l ——————-> FeSO4 + H2

y = 0.1 mol

2Al + Fe2O3 —————–>  Al2O3 + 2Fe (1)

0.1 mol   0.05 mol                              0.1 mol

Khối lượng của Al : m (Al) = (0,1 +0,025).27 = 3,375

Khối lượng của Fe2O3 : m(Fe2O3) =  0,05.160 = 8 →

Suy ra tổng khối lượng của chất rắn là: m = 11,375.2 = 22,75 (gam)

Vậy đáp án đúng của bài tập này là A. 22,75 gam

Giáo dục