Giáo dụcLớp 12

Bài tập về Phản ứng Nhiệt Nhôm và Cách giải – Hóa 12 chuyên đề

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

Phản ứng nhiệt nhôm thường được dùng để điều chế các kim loại trung bình và yếu (yếu hơn Al trong dãy điện hóa kim loại). Chúng ta cùng tìm hiểu cách giải các bài tập về phản ứng nhiệt nhôm qua bài viết dưới đây.

I. Cách giải bài tập phản ứng nhiệt nhôm

• Phản ứng nhiệt nhôm:

Al  + Oxit kim loại  Oxit nhôm + Kim loại

(hỗn hợp X)                  (hỗn hợp Y)

• Tổng quát:

2yAl + 3MxOy  yAl2O3 + 3xM

M là các kim loại có tính khử trung bình và yếu (đứng sau nhôm trong dãy điện hóa kim loại).

• Phản ứng nhiệt nhôm thường gặp

2yAl + 3FexOy  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, FexOy dư, Fe.

 Thường sử dụng: 

– Định luật bảo toàn khối lượng: Tổng khối lượng hỗn hợp trước phản ứng = tổng khối lượng hỗn hợp sau phản ứng

– Định luật bảo toàn nguyên tố (mol nguyên tử).

II. Bài tập phản ứng nhiệt nhôm

* Bài tập 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%). Tính khối lượng của A?

* Lời giải:

– Phản ứng nhiệt nhôm:

8Al + 3Fe3O4  4Al2O3  +  9Fe

– Khối lượng nhôm tăng chính là khối lượng của nguyên tố oxi, nên theo bài ra, ta có:

nO (trong Al2O3) = 0,96/16 = 0,06(mol).

– Vì 1 mol Al2O3 có 3 mol nguyên tử O nên:

nAl2O3 = (1/3).nO= (1/3).0,06= 0,02(mol).

– Theo pt phản ứng: nFe = (9/4).nAl2O3 = (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:

Và theo bài ra, ta có: nH2 = V/22,4 = 0,672/22,4 = 0,03(mol).

Al + NaOH + H2O →  NaAlO2 + (3/2)H2

0,02                                  ← 0,03(mol)

Theo PTPƯ số mol Al dư là: nAl (dư) = (2/3).nH2 = (2/3).0,03 = 0,02(mol)

Vậy khối lượng của A là: mA = mAl dư + mFe + mAl2O3

= 0,02.27 + 0,045.56 + 0,02.102 = 5,1 (g).

* Bài tập 2: 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. Tính m?

* Lời giải:

– Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

∑mtrước pư = ∑msau pư

⇔ mAl + mFe2O3 = msau pư

⇔ 8,1 + 48 = 56,1 = msau pư

Vậy khối lượng chất rắn sau phản ứng là: m = 56,1(g).

* Bài tập 3: 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 là bao nhiêu?

* Lời giải:

– Phương trình phản ứng nhiệt nhôm:

2Al  +  Fe2O3 → Al2O3  +  2Fe

2x        x           x(mol)

-Theo bài ra, lượng oxit giảm 0,58 g nên ta có:

mFe2O3 – mAl2O3 = 0,58g

⇔ 160x – 102x = 0,58g

⇔ 58x = 0,58

⇔ x = 0,01 mol.

⇒ Số mol nhôm tham gia phản ứng là: nAl = 2x = 2.0,01 = 0,02(mol).

Vậy khối lượng của nhôm đã dùng là: mAl = 0,02.27 = 0,54g.

* Bài tập 4: 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).

* Lời giải:

– Khi cho hỗn hợp X tác dụng với NaOH (chỉ có Cr2O3 và Al2O3 phản ứng) ta thu được các phương trình hóa học sau:

Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O

Cr2O3 + 2NaOH → 2NaCrO2+ H2O

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

Theo bài ra, ta có: mFe2O3 = 16 gam ⇒ nFe2O3 = 16/160 = 0,1(mol).

– Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm X:

Cr2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr   (1)

Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe   (2)

– Theo bài ra, thì số mol Al phản ứng là: nAl = 10,8/27 = 0,4(mol).

– Theo phương trình pư (2) khi cân bằng số mol thì nAl = 2.nFe2O3 = 0,2(mol).

⇒ Số mol còn lại của Al tham gia trong phương trình (1) là:

nAl (1) = 0,4 – 0,2 = 0,2(mol).

Suy ra: nCr2O3 = (1/2)nAl pư(1) = 0,1(mol) → m = 15,2 gam

Vậy phần trăm oxit crom trong hỗn hợp là: %mCr2O3 = 15,2/41,4 = 36,71%.

* Bài tập 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. Tính m?

* Lời giải:

– Theo bài ra, ta có:

nH2 = 0,15 (mol); nAl(OH)3 = 0,5 (mol) ⇒ nAl = 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 hóa học xảy ra:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑  (1)

Al2O+ 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]    (2)

CO+ Na[Al(OH)4] → Al(OH)3↓ + NaHCO3    (3)

– Ta có: nH2 = 0,15(mol) theo PTPƯ (1) ⇒ nAl dư = y = 0,1(mol ).

– Theo định luật bảo toàn nguyên tố đối với Al thì:

nAl (trong Al2O3) + nAl (dư) = nAl (trong Al(OH)3)

mà nAl (trong Al2O3) = 2nAl2O3 = 2x nên có:

2x + y = 0,5 ⇒ x = 0,2 mol;

– Theo định luật bảo toàn nguyên tố đối với O:

nO(Fe3O4) = nO(Al2O3) = 3nAl2O3 = 0,2.3 = 0,6 (mol)

⇒ nFe3O4 = (1/4).nO = (1/4).0,6 =  0,15 (mol).

– Theo định luật bảo toàn nguyên tố đối với Fe:

nFe = 3nFe3O4 = 3.0,15 = 0,45(mol).

– Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m = mFe  + mAl2O3 + mAl (dư)

⇒ m = 0,45.56 + 0,2.102 + 0,1.27 = 48,3 (g).

* Bài tập 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 thành 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. Tính hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm?

* Lời giải:

– Phương trình phản ứng nhiệt nhôm:

2Al + Fe2O3  Al2O3 + 2Fe

– Sau phản ứng cho hỗn hợp rắn tác dụng với dd NaOH thấy có khí thoát ra, suy ra có Al dư.

Vậy hỗn hợp rắn: Fe, Al2O3, Al (dư) và Fe2O3 (nếu dư).

– Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

mX = m(rắn tan) – m(rắn không tan)

⇒ m(rắn tan) = mX – m(rắn không tan) = 21,67 – 12,4 = 9,27g

Mà m(rắn tan) = mAl(dư) + mAl2O3

2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2 ( 1)

– Theo bài ra: nH2 = 2,016/22,4 = 0,09(mol)

– Theo PTHH (1), ta có:

nAl (dư) = (2/3).nH2 = (2/3).0,09 = 0,06(mol).

⇒ mAl(dư) = 0,06.27 = 1,62g.

⇒ mAl2O3 pư = m(rắn tan) – mAl(dư) = 9,27 – 1,62=7,65 (g).

⇒ nAl2O3(pư) = 0,075mol.

⇒ nAl(pư) = nFe(sp) = 2.nAl2O3(pư) = 0,075.2 = 0,15 mol

Ta có:

m(rắn không tan) = mFe(sp) = mFe2O3(nếu dư)

⇒ mFe2O3(nếu dư)=12,4 – 0,15.56 = 4g

⇒ nFe2O3 dư = 4/160 = 0,025 mol;

⇒ nAl (ban đầu) = nAl (pư) + nAl (dư) = 0,15 + 0,06 = 0,21(mol)

⇒ nFe2O3 (ban đầu) = nFe2O3 (pư) + nFe2O3 (dư) = 0,075 + 0,025 = 0,1(mol)

Giả sử phản ứng hoàn toàn thì Al sẽ dư → Tính hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm theo Fe2O3.

⇒ H = (0,075/0,1).100% = 75%

Vậy hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm là 75%.

* Bài tập 7: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X gồm Al và một oxit sắt FexO(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. Tìm khối lượng Al2O3 trong Y và công thức oxit sắt?

* Lời giải:

– Theo bài ra, ta có: nH2 = 8,4/22,4 = 0,375 (mol);

nSO2(1/2 của Z) = 13,44/22,4 = 0,6(mol).

nSO2(cả Z) = 2.0,6 = 1,2 (mol);

– Theo bài ra, thành phần chất rắn Y gồm: Fe, Al2O3, Al dư và phần không tan của Z là Fe;

– PTPƯ khi hòa tan Y trong dung dịch NaOH (chỉ có Al phản ứng tạo khí hidro).

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

– Theo PTPƯ và thao bài ra, ta có: nH2 = 0,375 mol.

→ nAl dư = (2/3)nH2 = (2/3).0,375 = 0,25 mol;

2Fe + 6H2SO4 (đặc, nóng) → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

– Theo bài ra, ta có: nSO2 = 1,2 mol;

Theo PTPƯ thì: nFe = (2/3).nSO2 = (2/3).1,2 = 0,8 mol;

Vậy khối lượng oxit nhôm: mAl2O3 = mY – mFe – mAl (dư)

⇒ mAl2O3 = 92,35 – 0,8.56 – 0,25.27 = 40,8 gam.

⇒ nAl2O3 = 40,8/102 = 0,4 mol;

– Theo định luật bảo toàn nguyên tố đối với O:

⇒ nO(FexOy) = nO(Al2O3) = 3.nAl2O3 = 3.0,4 = 1,2 mol;

– Có x:y = 0,8:1,2 = 2:3

⇒ Công thức oxit sắt là Fe2O3

– Vậy khối lượng của Al2O3 là 40,8 gam và công thức oxit sắt là Fe2O3.

Hy vọng với bài viết Bài tập về Phản ứng Nhiệt Nhôm và Cách giải ở trên giúp ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em hãy để lại nhận xét dưới bài viết để THPT Sóc Trăng ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tốt.

Đăng bởi: THPT Sóc Trăng

Chuyên mục: Giáo Dục

Bản quyền bài viết thuộc trường THPT thành Phố Sóc Trăng. Mọi hành vi sao chép đều là gian lận!
Nguồn chia sẻ: Trường THPT Sóc Trăng (thptsoctrang.edu.vn)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button