Phản ứng nhiệt nhôm

Chuyên đề Hóa học 12 Phản ứng nhiệt nhôm. Nội dung tài liệu sẽ giúp các bạn học sinh giải bài tập Hóa học lớp 12 hiệu quả hơn. Mời các bạn tham khảo.

1. Lý thuyết và phương pháp phản ứng nhiệt nhôm

Dựa vào phản ứng:

2yAl + 3M_xO_y → yAl₂O₃ + 3xM

M là các kim loại có tính khử trung bình và yếu.

2yAl + 3Fe_xO_y → yAl₂O₃ + 3xFe

- Các trường hợp có thể xảy ra:

+ Hiệu suất phản ứng H = 100% (phản ứng xảy ra hoàn toàn). Nếu cho sản phẩm tác dụng với dung dịch kiềm có H₂ thoát ra, thì sản phẩm có Al dư, Fe và Al₂O₃.

+ Hiệu suất H < 100% ( phản ứng xảy ra không hoàn toàn). Khi đó sản phẩm có Al dư, Al₂O₃, Fe_xO_y dư, Fe.

Ví dụ minh họa

Bài 1: Sau khi thực hiện phản ứng nhiệt nhôm với Fe₃O₄ thu được chất rắn A và nhận thấy khối lượng nhiệt nhôm tăng 0,96(g). Cho A tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 0,672 lít khí (đktc), (giả sử các phản ứng đều xảy ra với hiệu suất 100%). Khối lượng của A là:

A. 1,08g

B. 1,62g

C. 2,1g

D. 5,1g

Hướng dẫn:

8Al + 3Fe₃O₄ −^tº→ 9Fe + 4Al₂O₃

Khối lượng nhôm tăng chính là khối lượng của nguyên tố oxi.

n_{O (trong Al2O3)} = 0,96/16 = 0,06 mol

n_Al2O3 = 1/3 n _O= 0,06/3 = 0,02 mol

Theo phản ứng: n_Fe = 9/4 .n_Al2O3 = 9/4.0,02 = 0,045 mol

Hỗn hợp A sau phản ứng tác dụng với NaOH dư tạo ra khí H₂. Chứng tỏ sau phản ứng nhiệt nhôm, nhôm còn dư:

Ta có: n_H2 = 0,672/22,4 = 0,03 mol

Vậy: m_A = m_{Al dư} + m_Al2O3 = 0,02.27 + 0,045.56 + 0,02.102 = 5,1 (g)

Bài 2: Trộn 0,81 gam bột Al với bột Fe₂O₃ và CuO rồi nung nóng để tiến hành phản ứng nhiệt nhôm, thu được hỗn hợp X. Hòa tan X trong dung dịch HNO₃ loãng, nóng, thu được V lit khí NO (đktc). Giá trị của V là:

A. 0,224 lit

B. 2,24 lit.

C. 6,72 lit

D. 0,672 lit

Hướng dẫn:

Ta có: n_A1 = 0,03 (mol)

Các phương trình phản ứng:

2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe (1)

2Al + 3CuO → Al₂O₃ + 3Cu (2)

Gọi số mol Al tham gia phản ứng (1) là x, tham gia phản ứng (2) là y.

Theo (1): n_Fe = n_Al = x (mol)

Theo (2): n_Cu = 3/2 n_Al = 3/2.y (mol)

Fe + 4HNO_{3 loãng} → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O (3)

3Cu + 8HNO_{3 loãng} → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O (4)

Theo (3): n_NO/( 3) = n_Fe = x (mol).

Theo (4): n_NO/(4) = 2/3 .n_Cu = 2/3 .x. 3/2 .x .y = y(mol)

⇒ n_NO = x + y = 0,03 (mol) ⇒ V_NO = 0,03 x 22,4 = 0,672 (lit).

Bài 3: Trộn 5,4g bột Al với 17,4g bột Fe₃O₄ rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm (giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử Fe₂O₃ thành Fe). Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn sau phản ứng bằng dung dịch H₂SO₄ loãng, dư thì thu được 5,376 lít H₂ (dktc). Hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm là:

A. 62,5%

B. 60%

C. 20%

D. 80%

Hướng dẫn:

Ta có:

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 rắn sau phản ứng gồm Al dư, Fe₃O₄ dư, Al₂O₃ và Fe.

Theo phản ứng: n_{Al phản ứng} = 8/3 x mol ⇒ n_{Al dư} = (0,2 - 8/3 x) mol

Vậy H = 0,06/0,075.100% = 80%

2. Bài tập trắc nghiệm phản ứng nhiệt nhôm

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:

A. 0,3

B. 0,4

C. 0,25

D. 0,6

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:

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

A. Al₂O₃ và Fe

B. Al, Fe và Al₂O₃

C. Al, Fe, Fe₃O₄ và Al₂O₃

D. Al₂O₃, Fe và Fe₃O₄

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:

A. 5,6 gam

B. 22,4 gam

C. 11,2 gam

D. 16,6 gam

Đáp án: D

⇒ Khối lượng kim loại trong 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 nhiệt nhôm là

A. 80%

B. 90%

C. 70%

D. 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:

A. 61,5 g

B. 56,1 g

C. 65,1g

D. 51,6 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:

A. 75 % và 0,54 mol

B. 80 % và 0,52 mol

C. 75 % và 0,52 mol

D. 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:

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

A. 60% và 20,40

B. 60% và 30,75

C. 50% và 20,75

D. 50% và 40,80

Đáp án: A

n_{Al dư} = 2n_H2/ 3 = 0,1 mol

⇒ H = (0,25 – 0,1)/0,25 .100% = 60%

⇒ m_Z = 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:

A. 45,6 gam

B. 57,0 gam

C. 48,3 gam

D. 36,7 gam