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

Để giúp các bạn học sinh hiểu rõ phản ứng nhiệt nhôm là gì? Bài viết ngày hôm nay, chuthapdoquangninh.org.vn sẽ tổng hợp đầy đủ những thông tin về phản ứng nhiệt nhôm để gửi đến các bạn! Hãy cùng theo dõi nào!

Phản ứng nhiệt nhôm là gì? 

Phản ứng nhiệt nhôm là một loại phản ứng ở nhiệt độ cao giữa kim loại nhôm với oxit hoặc với các chất khác. Có vai trò là chất khử, phản ứng này sinh nhiều nhiệt và tạo ra nhiều đơn chất kim loại khác. 

Ta cùng tìm hiểu phản ứng nhiệt nhôm qua phương trình giữa nhôm với các axit như sau:

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

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

Phản ứng nhiệt nhôm sinh ra kim loại nào?

Khi phản ứng nhiệt nhôm xảy ra, nhôm sẽ đẩy các kim loại khác ra khỏi oxit phải thõa mãn điều kiện: Đó phải là những kim loại trung bình hoặc yếu (từ Zn trở đi). Bạn hoàn toàn có thể dùng dãy hoạt động hóa học để tìm hiểu thêm các kim loại này nếu vẫn chưa nhớ.

Lưu ý khi giải bài tập hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm

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

• Nếu hỗn hợp sau khi phản ứng cho tác dụng với dung dịch kiềm có sinh ra khí H2 thì Al còn dư sau phản ứng nhiệt nhôm hoặc hiệu suất H của phản ứng bé hơn 100%. Phản ứng này liên quan đến tính chất của kim loại Al nên các bạn học sinh cần phải nắm vững.
• Khi kết thúc phản ứng mà không thấy khí bay lên thì nghĩa là Al không dư và phản ứng thì xảy ra hoàn toàn
• Theo định luật bảo toàn khối lượng, tổng khối lượng hỗn hợp trước phản ứng = tổng khối lượng hỗn hợp sau khi phản ứng. 

• Nhớ áp dụng định luật bảo toàn electron khi giải bài tập.
• Giả thiết cho phản ứng xảy ra hoàn toàn → Thì chất rắn chắc chắn có Al2O3, Fe hoặc có thể có Al, FexOy dư. Còn nếu giả 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 gồm: Al, Fe_xO_y, Al₂O₃, Fe. 

Bài tập về hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm có lời giải

Một số bài tập về phản ứng hiệu suất nhiệt nhôm

Bài số 1:

Đề bài

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

1. 50,67%.
2. 20,33%.
3. 66,67%.
4. 36,71%.

Lời giải

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

PTHH: Cr₂O₃ + 2NaOH → 2NaCrO₂+ H₂O

PTHH: Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O

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

mFe₂O₃ = 16 gam.

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

Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm của X:

PTHH: Cr₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Cr (1)

PTHH: Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe (2)

  0,1 mol

Theo bài ra ta có số mol Al cần phản ứng sẽ bằng: nAl = 10.8/27 = 0.4 (mol)

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

Do đó, số mol còn lại của Al có trong phương trình (1) là: 

nAl (1) = 0.4 – 0.2 = 0.2 (mol)

Dễ dàng suy ra:

nCr₂O₃ = 0.1 mol ——> m = 15.2 gam

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

Bài số 2: 

Đề bài

Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe₂O₃ (ở trong môi trường không có không khí) tới khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn Y. Rồi chia Y thành hai phần bằng nhau:

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

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

Giá trị của m là

1. 22,75
2. 21,40.
3. 29,40.
4. 29,43.

Lời giải

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

PTHH: 2Al + Fe₂O₃ —-> Al₂O₃ + 2Fe (1)

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

Al + NaOH + H₂O  NaAlO₂ + 3/2H₂

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

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

         =>nAl= 0.025(mol)

           Fe + H₂SO₄ l ——————-> FeSO₄ + H₂

           y = 0.1 mol

          2Al + Fe₂O₃ —————->  Al₂O₃ + 2Fe (1)

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

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

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

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

Bài tập trắc nghiệm về phản ứng nhiệt nhôm ( có lời giải)

Bài 1: Đốt nóng hỗn hợp X gồm Fe₂O₃ và bột Al trong môi trường không có không khí. Nếu cho những chất còn lại sau phản ứng tác dụng với dung dịch NaOH dư sẽ thu được 0,3 mol H₂; còn nếu cho tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 0,4 mol H₂. Vậy số mol Al trong hỗn hợp X là:

1. 0,3        
2. 0,4        
3. 0,25        
4. 0,6

Lời giải:

Đáp án: A

    Khi cho Al phản ứng với NaOH hoặc HCl thì số mol H₂ thu được là như nhau:

    n_H2 = 0,3 mol ⇒ n_Al = 0,2 mol

    Từ đó suy ra n_H2 do Fe tạo ra = 0,4 – 0,3 = 0,1 mol

    n_Fe = 0,1 mol ⇒ n_Al đã phản ứng tạo Fe là 0,1 mol vì:

    Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe

∑nAl = 0,1 +0,2 = 0,3 mol

Bài 2: Hỗn hợp X gồm Fe₂O₃ và Al có tỉ lệ mol tương ứng là 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

1. Al₂O₃và Fe
2. Al, Fe và Al₂O₃
3. Al, Fe, Fe₃O₄và Al₂O₃
4. Al₂O₃, Fe và Fe₃O₄

Đáp án: B

    8Al + Fe₃O₄ −^tº→ 4Al₂O₃↓ + 9Fe

    ⇒ n_Fe3O₄/n_Al = 3/8 < 1/3 ⇒ Al còn Fe₃O₄ hết

    ⇒ Hỗn hợp sản phẩm gồm Al₂O₃, Fe và Al (dư)

Bài 3: Nung hỗn hợp gồm 10,8 gam gam Al và 16,0 gam Fe₂O₃ (trong điều kiện không có không khí), sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chất rắn Y. Khối lượng kim loại M trong Y là:

1. 5,6 gam
2. 22,4 gam
3. 11,2 gam
4. 16,6 gam

Đáp án: D Vì:

PTPU:  Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe

             0,1 mol   0,2mol              0,2 mol

    ⇒ Khối lượng Y = m_Fe + m_{Al dư}

    = 56.0,2 + (10,8 – 27.0,2) = 16,6 g

Bài 4: Trộn 10,8 g bột Al với 34,8g bột Fe₃O₄ rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn sau phản ứng bằng dung dịch H₂SO₄ loãng (dư) thu được 10,752 lít khí H₂ (đktc). Hiệu suất của phản ứng nhiêt nhôm là

1. 80%
2. 90%
3. 70%
4. 60%

Đáp án: A

    Ta có : nAl = 10,8 / 27 = 0,4 mol ;

    nFe₃O₄ = 34,8 / 232 = 0,15 mol

    nH₂ = 10,752 / 22,4 = 0,48 mol

    Gọi số mol Fe₃O₄ phản ứng là x mol

    Vì hiệu suất không đạt 100% nên cả Al và Fe₃O₄ đều chưa phản ứng hết.

    ⇒ hỗn hợp chất rắn Al dư, Fe₃O₄ dư , Al₂O₃ và Fe.

    Theo phản ứng :

Bài 5: Trộn 8,1 (g) bột Al với 48g bột Fe₂O₃ rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí, kết thúc thí nghiệm lượng chất rắn thu được là:

1. 61,5 g
2. 56,1 g
3. 65,1g
4. 51,6 g

Đáp án: B

    Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :

    m_c.rắn = m_Al + m_Fe2O₃ = 8,1 + 48 = 56,1 g

Bài 6: 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:

1. 75 % và 0,54 mol        
2.  80 % và 0,52 mol
3. 75 % và 0,52 mol        
4.  80 % và 0,54 mol

Đáp án: D

    n_Al = 0,2 mol ; n_Fe3O₄ = 0,075 mol ; n_H2 = 0,24 mol

    Phản ứng xảy ra không hoàn toàn:

8Al + 3Fe₃O₄ → 4Al₂O₃  +  9Fe

x                          0,5x             mol 

    BT e ta có: 2.n_Fe + 3.n_Al = 2.n_H2

    ⇒ 9/8.x.2 + (0,2 – x).3 = 0,24.2 → x = 0,16 mol → Hphản ứng = 0,16/0,2 = 80%

    BT e ⇒ n_{H+phản ứng} = 2.n_Fe + 3.n _Al + 6.n_Al2O₃ + 8.n_Fe3O₄ = 0,36 + 0,12 + 0,48 + 0,12 = 1,08 mol

    → n_H2SO₄phản ứng = 1,08/2 = 0,54mol

Bài 7: Trộn 0,25 mol bột Al với 0,15 mol bột Fe₂O₃ rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí (giả sử chỉ có phản ứng khử Fe₂O₃ về Fe) thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu được dung dịch Y, m gam chất rắn khan Z và 0,15 mol H₂. Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm và giá trị của m lần lượt là

1. 60% và 20,40
2. 60% và 30,75
3. 50% và 20,75
4. 50% và 40,80

Đáp án: A

Hỗn hợp X ( Al dư + Fe + Fe₂O₃ ) →( NaOH dư => Al hết nên Z =  Fe + Fe₂O₃ dư.

    n_{Al dư} = 2n_H2/ 3 = 0,1 mol

    ⇒ H = (0,25 – 0,1)/0,25 .100% = 60%

có ptpu: Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe

                     0,075   <=0,15

    ⇒ m_Z = m Fe₂O₃(dư) + m Fe  = 160.(0,15 – 0,075) + 56.0,15 = 20,4 g

Bài 8: 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:

1. 45,6 gam       
2.  57,0 gam
3. 48,3 gam        
4. 36,7 gam

Đáp án: C

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

    – Hỗn hợp rắn X gồm: Fe, Al₂O₃ (x mol) và Al dư (y mol)

    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

    n_H2 = 0,15 mol → y = 0,1 mol

    Áp dụng ĐLBT nguyên tố với Al: 2x + y = 0,5 → x = 0,2 mol

    Áp dụng ĐLBT nguyên tố với O: n_O(Fe3O₄) = n_O(Al2O₃) = 0,2.3 = 0,6 mol

    → n_Fe3O₄ = 0,15mol

    Áp dụng nguyên tố với Fe: n =_Fe = 3n_Fe3O₄ = 3.0,15 = 0,45 mol

    Áp dụng khối lượng: m = 0,45.56 + 0,2.102 + 0,1.27 = 48,3 gam

Vừa rồi chúng ta đã tìm hiểu phản ứng nhiệt nhôm là gì và cùng giải một số bài tập liên quan đến hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm! Hy vọng những thông tin trên sẽ giúp ích cho các bạn học tốt hơn về bộ môn hóa học! Hẹn gặp lại các bạn trong các bài viết tiếp theo của chuthapdoquangninh.org.vn!

Xem thêm:

• Phản ứng tráng gương của anđehit, glucozơ, este, axit fomic
• Tìm hiểu về điện tích hạt nhân và điện tích định luật cu lông 
• Cách tính chu vi tam giác đầy đủ và chi tiết nhất
• Thế năng đàn hồi là gì? Công thức tính thế năng đàn hồi
• Công của lực điện và kỹ năng giải bài tập CỰC NHANH