Phản ứng nhiệt nhôm và cách giải bài tập

Phản ứng nhiệt nhôm và cách giải bài tập

Phản ứng nhiệt nhôm là phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao, trong đó vai trò của nhôm là chất khử. Phản ứng nhiệt nhôm là gì? Ý nghĩa thực tiễn của phản ứng này trong cuộc sống cũng như những bài tập áp dụng trong chương trình hóa học lớp 12. Tất cả các vấn đề trên sẽ được giải đáp từ website books. Hãy cùng tham khảo nhé!

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 < 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.

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) [Sưu tầm]

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

Vừa rồi chúng ta vừa tìm hiểu xong 2 bài tập nhiệt nhôm tổng quát nhất. Để học tốt chuyên đề này chúng ta cần nhớ rõ lý thuyết nhiệt nhôm cũng như một số ý tưởng trong 2 bài tập trên cũng như một số phản ứng phụ giữa kiềm với nhôm và các hợp chất của nhôm. Phản ứng nhiệt nhôm không chỉ là những bài tập hay mà còn cung cấp hàng loạt câu hỏi lý thuyết liên quan đến ứng dụng của phương trình này. Chúc các em học tốt.

Giáo dục