Phản ứng nhiệt nhôm là gì? Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm

phản ứng nhiệt nhôm

Chắc hẳn bạn đã từng nghe qua đến phản ứng nhiệt nhôm rồi đúng không nào! Vậy bạn có biết phản ứng nhiệt nhôm là gì không? Hay hiệu suất phản ứng của nhiệt nhôm và phản ứng nhiệt nhôm sinh ra kim loại nào? Tất cả những vấn đề này sẽ được chúng tôi giải đáp chi tiết trong bài viết dưới đây của thietbiruaxegiare.net! Hãy cùng theo dõi nhé!

Phản ứng nhiệt nhôm là gì?

Phản ứng nhiệt nhôm là phản ứng hóa học tỏa nhiệt trong đó nhôm là chất khử ở trong môi trường có nhiệt độ cao.

Phương trình tổng quát:

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

(Hỗn hợp X)   (Hỗn hợp Y)

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

Ví dụ nhôm phản ứng với oxit sắt:

2yAl + 3FexOy → yAl2O3 + 3xFe

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

phản ứng nhiệt nhôm là gì
Khái niệm phản ứng nhiệt nhôm là gì

Giải đáp: “Phản ứng phản ứng nhiệt nhôm sinh ra kim loại nào?”

Với dãy hoạt động hóa học của kim loại thì chúng ta sẽ nắm được các quy luật về độ phản ứng mạnh hoặc yếu của kim loại. Cụ thể trong phản ứng nhiệt nhôm, nhôm đẩy được những kim loại khác ra khỏi oxit phải thỏa mãn điều kiện sau: Đó phải là các kim loại trung bình hoặc yếu (từ Zn trở đi). Bạn hoàn toàn có thể nhìn dãy hoạt động hóa học ở hình ảnh minh họa dưới đây để dễ hình dung hơn!

Phản ứng phản ứng nhiệt nhôm sinh ra kim loại nào
Đây là dãy hoạt động hóa học của kim loại

Phản ứng nhiệt nhôm Cr2O3

Phương trình phản ứng nhiệt nhôm với Cr2O3:

PTHH: Cr2O3+2Al Al2O3 + 2Cl

Phản ứng nhiệt nhôm với Cr203 lần đầu tiên được sử dụng để khử oxit kim loại mà không cần sử dụng cacbon. Phản ứng này tỏa nhiệt rất cao: 2200 °C, nhưng nó có một năng lượng hoạt hóa cao bởi vì các liên kết giữa các nguyên tử trong chất rắn phải được phá vỡ trước.

phản ứng nhiệt nhôm với cr2o3
Phương trình phản ứng nhiệt nhôm với Cr2O3

Các trường hợp xảy ra phản ứng nhiệt nhôm

Phản ứng nhiệt nhôm thường xảy ra 2 loại phản ứng đó là phản ứng hoàn toàn và phản ứng không hoàn toàn, cụ thể:

1: Phản ứng xảy ra hoàn toàn

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

  • Nếu hỗn hợp Y có chứa 2 kim loại →  Al dư, oxit kim loại hết.
  • Nếu hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch bazơ kiềm (NaOH,…) giải phóng H2→ có Al dư.
  • Nếu hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch axit có khí bay ra thì có khả năng hỗn hợp Y sẽ chứa (Al2O3+Fe) hoặc (Al2O3+Fe+Al) hoặc (Al2O3+Fe) + oxit kim loại dư.

2: Phản ứng xảy ra không hoàn toàn

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

phân loại phản ứng nhiệt nhôm
Các trường hợp xảy ra phản ứng nhiệt nhôm

Một số bài tập về phần phản ứng nhiệt nhôm

Trước khi giải bài tập, chúng ta hãy cùng điểm qua những lưu ý cần nắm nhé!

Lưu ý khi giải bài tập phản ứng nhiệt nhôm

  • Nếu hỗn hợp sau khi phản ứng rồi cho tác dụng với dung dịch kiềm sinh ra khí H2 thì Al  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 nên các bạn cần phải nắm vững.
  • Khi phản ứng kết thúc mà không thấy khí bay lên thì nghĩa là Al không dư và phản ứng thì xảy ra hoàn toàn
  • Tổng khối lượng hỗn hợp trước khi phản ứng = tổng khối lượng hỗn hợp sau phản ứng. (Theo định luật bảo toàn khối lượng)
  • Nhớ áp dụng định luật bảo toàn electron để giải.
  • Giả thiết cho phản ứng xảy ra hoàn toàn → Thì chất rắn chắc chắn có những chất sau: Al2O3 , Fe và có thể Al hoặc FexOy dư. Còn nếu như giả thiết không nói đến hoàn toàn, hoặc bắt tính hiệu suất thì các bạn nên nhớ đến trường hợp chất rắn sau phản ứng có cả 4 chất Al, FexOy, Al2O3 và Fe.
bài tập phản ứng nhiệt nhôm có lời giải
Lưu ý khi giải bài tập phần phản ứng nhiệt nhôm

Bài tập vận dụng phản ứng nhiệt nhôm có lời giải chi tiết

Dưới đây là một số bài tập để giúp các bạn củng cố thêm kiến thức. Các bạn hãy cùng giải và kiểm tra xem có đúng với kết quả chưa nhé!

Bài tập 1

Đề bài:

Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm có Al và Cr2O3 trong điều kiện không có không khí. Sau một thời gian thu về được 21,15 gam hỗn hợp X. Chia X ra hai phần bằng nhau. Cho phần 1 vào lượng dư của dung dịch HCl nóng loãng, thu được 3,36 lít khí H2 (ở đktc). Tiếp tục hòa tan phần 2 vào lượng dư dung dịch NaOH đặc nóng, thu được 1,68 lít H2 (đktc). Biết phản ứng của phần 1 và phần 2 đều xảy ra hoàn toàn. Hiệu suất của phản ứng được nêu trên là bao nhiêu?

Lời giải:

Tính số mol chất của từng phần, khi đó mX = 21,952

Phần 2 với NaOH đặc nóng, chỉ có Al sinh ra khí H2 và Cr không phản ứng.

nAl dư = 2nH23 = 0,05

Phần 1 với HCl, cả Al dư và Cr phản ứng đều sinh ra khí H2

2nCr + 3nAl = 2nH2→nCr = 0,075

2Al + Cr203 → Al2O3 + 2Cr

2Al + Cr203 → Al2O3 + 2Cr

Vậy: nAl ban đầu = 0,075+0,05 = 0,125

và nCr203  ban đầu = mX− mAl152 = 0.05

Hiệu suất phản ứng: H = nCr203 pư/nCr203=75

bài tập phản ứng nhiệt nhôm có lời giải
Bài tập vận dụng

Bài tập 2

Đề bài:

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

  • Phần 1: Cho tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng (dư) tạo ra 3,08 lít khí H2(ở đktc)
  • Phần 2: Cho tác dụng với dung dịch NaOH (dư) tạo ra 0.84 lít khí H2(ở đktc). Giá trị của m là:
  1. 22,75 gam B. 21,40 gam C. 29,04 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 vì phản ứng xảy ra hoàn toàn nên thành phần hỗn hợp rắn Y gồm có: Al2O3, Fe và Al dư
  • Gọi nFe=x mol; nAldư=y mol có 1/2 hỗn hợp Y
  • Theo định luật bảo toàn nguyên tố đối với O và Fe: nAl2O3= nFe2O3= 0,05 mol
  • Theo định luật bảo toàn khối lượng: m=(0.05.102+0,156+0,025.27).2=22.75 gam

-> Chọn đáp án A

Bài tập 3

Đề bài:

Trộn 5,4 gam bột Al với 17,4 gam bột Fe3O4 rồi tiến hành thực hiện phản ứng nhiệt nhôm (trong điều kiện không có không khí). Giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử của Fe3O4 thành Fe. Sau đó 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 bao nhiêu?

  1. 75 % và 0,54 mol                                              B. 80 % và 0,52 mol 
  2. 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 → Hphản ứng =%(1) 
  • nH+phản ứng = 2.nFe + 3.nAl + 6.nAl2O3 + 8.nFe3O4 = 0,36 + 0,12 + 0,48 + 0,12 = 1,08 mol 

→ nH2SO4phản ứng = mol (2) 

  • Từ (1) ; (2) → đáp án D
hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm
Bài tập hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm có lời giải

Bài tập 4

Đề bài:

Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al và Fe3O4 trong điều kiện không có không khí. Sau phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X. Tiếp tục 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 sẽ thu được 39 gam kết tủa. Giá trị của m là bao nhiêu? 

  1. 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 có: Fe, Al2O3 (x mol) và Al dư (y mol) 
  • Các phản ứng xảy ra là: 

PTHH: 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 của Al: 2x + y = 0,5 → x = 0,2 mol 
  • Theo ĐLBT nguyên tố đối của O: nO(FeO) = nO(AlO) 

→ nFe3O4 = 0,15 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

Hy vọng với những thông tin mà chúng tôi vừa chia sẻ ở bài viết trên sẽ giúp các bạn hiểu được phản ứng nhiệt nhôm là gì và giải bài tập phần này được tốt hơn! Cảm ơn các bạn đã quan tâm theo dõi bài viết của thietbiruaxegiare.net!