Phản ứng nhiệt nhôm là gì?Trường hợp nào xảy ra phản ứng nhiệt nhôm

Phản ứng nhiệt nhôm là dạng bài tập thường gặp trong chương trình học hóa học lớp 12. Vậy phản ứng nhiệt nhôm là gì? Dưới đây là khái niệm phản ứng nhiệt nhôm và bài tập có lời giải chi tiết giúp các em củng cố lại kiến ​​thức phần này.

Phản ứng nhiệt nhôm là gì?

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

Phương trình tổng quát:

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

(Kết hợp X) (Kết hợp Y)

Phản ứng này được sử dụng để khử các oxit kim loại mà không cần sử dụng carbon. Phản ứng này thông thường sẽ rất tỏa nhiệt, nhưng có năng lượng kích hoạt cao vì liên kết giữa các nguyên tử trong chất rắn phải bị phá vỡ trước. Tại thời điểm này, oxit kim loại được nung nóng bằng nhôm trong lò nung. Phản ứng này chỉ có thể được sử dụng để sản xuất một lượng nhỏ vật liệu.

Nhà hóa học người Đức Hans Goldschmidt đã cải thiện quá trình nhiệt của nhôm bằng cách đốt cháy hỗn hợp bột oxit kim loại mịn và bột nhôm với phản ứng ban đầu trong đó hỗn hợp không được nung nóng bên ngoài. Phương pháp này đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1898 và được sử dụng rộng rãi trong những năm tiếp theo để hàn đường sắt. Những phản ứng này cũng được sử dụng trong hàn đường ray tại chỗ vì chúng rất hữu ích cho việc lắp đặt phức tạp hoặc sửa chữa hiện trường khi không cần sử dụng phương pháp hàn đường ray thông thường.

Ngoài ra, phản ứng này cũng được sử dụng để sản xuất hầu hết các hợp kim sắt, chẳng hạn như ferroniobi từ niobi pentoxit. Một số kim loại khác cũng được sản xuất bằng phương pháp này.

Kim loại nào được tạo ra bởi phản ứng thu nhiệt của nhôm?

Sau khi tìm hiểu về dãy phản ứng hóa học của kim loại, chúng ta đã dần hiểu được quy luật về khả năng phản ứng mạnh hay yếu của kim loại. Cụ thể trong trường hợp này, nhôm có thể đẩy được các kim loại khác ra khỏi oxit nếu thỏa mãn các điều kiện sau: Là kim loại trung bình hoặc yếu (từ Zn trở đi). Bạn có thể sử dụng dãy hoạt động hóa học để tìm hiểu về các kim loại này nếu bạn vẫn chưa nhớ chúng.

Một ví dụ là phản ứng giữa sắt III oxit (Fe2O3) và nhôm (Al):

2Al + Fe2O3 → t∘ 2Fe + Al2O3

Một số phản ứng khác như:

8 Al + 3Mn304 → t∘ 4Al203 + 9Mn

Cr203 + 2Al→t∘ Al203 + 2Cr

Hiệu suất là gì? Công thức tính hiệu suất phản ứng

Làm thế nào để một phản ứng thu nhiệt xảy ra?

Phản ứng đã hoàn tất

Phản ứng thu nhiệt nhôm có xảy ra hoàn toàn hay không phụ thuộc vào tính chất của hỗn hợp Y tạo thành đến hoàn toàn. Ví dụ:

• Hỗn hợp Y gồm 2 kim loại → Al dư, oxit kim loại hết.
• Hỗn hợp Y phản ứng với các dung dịch kiềm (NaOH,…) giải phóng H2 → tác dụng với Al dư.
• Hỗn hợp Y khi phản ứng với dung dịch axit thu được khí có dung hỗn hợp Y chứa (Al2O3 + Fe) hoặc (Al2O3 + Fe + Al) hoặc (Al2O3 + Fe) + oxit kim loại dư.

Phản ứng không hoàn toàn

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

Định luật về phản ứng nhiệt của nhôm

• Định luật bảo toàn khối lượng: mhh X = mhh Y
• Định luật bảo toàn nguyên tố (số mol nguyên tử): n Fe X = n Fe Y; nAlX = nALY.

Hiệu suất phản ứng nhiệt của nhôm

Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp Al và Cr2O3 trong điều kiện không có không khí. Sau đó thu được 21,15 gam hỗn hợp X. Chia X thành hai phần bằng nhau. Cho phần 1 vào dung dịch HCl loãng đun nóng thu được 3,36 lít khí H2 (điều kiện tiêu chuẩn). Hòa tan phần 2 trong dung dịch NaOH đặc nóng thu được 1,68 lít H2 (điều kiện tiêu chuẩn). Biết rằng các phản ứng của phần 1 và phần 2 xảy ra hoàn toàn. Hiệu suất của phản ứng này là bao nhiêu?

Câu trả lời:

Tính số mol mỗi phần thì m X = 21,952

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

nAl còn lại = 2n H23 = 0,05

Phần 1 cho tác dụng với HCl, Al và Cr dư phản ứng tạo khí H2

2nCr + 3nAl = 2nH2 → nCr = 0,075

2Al + Cr2O3 → Al2O3 + 2Cr

2Al + Cr2O3 → Al2O3 + 2Cr

Vậy: nAl ban đầu = 0,075 + 0,05 = 0,125

và ban đầu nCr2O3 = mX − mAl152 = 0,05

Hiệu suất phản ứng: H = nCr2O3/nCr2O3 phản ứng bđ = 75

Áp suất thẩm thấu là gì? Công thức tính áp suất thẩm thấu máu

Phản ứng nhiệt của nhôm với Cr203

phương trình: Cr203 + 2Al→t∘ Al203 + 2Cr

Phản ứng thu nhiệt của nhôm Cr203 lần đầu tiên được sử dụng để khử các oxit kim loại mà không cần sử dụng carbon. Phản ứng này tỏa nhiệt cao: 2200 °C, nhưng có năng lượng kích hoạt cao vì liên kết giữa các nguyên tử trong chất rắn phải bị phá vỡ trước.

Bài tập phản ứng nhiệt nhôm với dung dịch

Câu hỏi 1: Khi cho 41,4 gam hỗn hợp X gồm Fe2O3, Cr2O3 và Al2O3 phản ứng với dung dịch NaOH đặc dư. Sau phản ứng đó thu được chất rắn có khối lượng 16 gam. Để khử hoàn toàn 41,4g X bằng phản ứng nhiệt nhôm cần tối đa 10,8g Al. Thành phần khối lượng của Cr2O3 trong hỗn hợp X là (giả sử hiệu suất phản ứng là 100%; O = 16; Cr = 52; Al = 27; Fe = 56)

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

Câu trả lời:

Khi cho hỗn hợp X tác dụng với NaOH ta có 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.

m Fe2O3 = 16 gam, từ đó tính được số mol sắt III oxit: n Fe2O3 = 16/160 = 0,1 mol

Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm đối với X:

Cr2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr (1)

Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe (2)

0,1 mol

Theo đầu bài thì số mol Al phản ứng sẽ là: nAl = 10,8/27 = 0,4 mol

Theo phương trình 2, khi cân bằng số mol thì nAl = 2*n Fe3O4 = 0,2 mol

Vậy số mol Al còn lại trong phương trình (1) là: nAl(1) = 0,4 – 0,2 = 0,2 mol

Thật dễ dàng để kết luận:

n Cr2O3 = 0,1 mol ——> m = 15,2 gam

Phần trăm khối lượng crom oxit trong hỗn hợp là: %Cr2O3 = 15,2/41,4 = 36,71% —-> Chọn đáp án trắc nghiệm là D.

Tia UV là gì? Tia cực tím có hại như thế nào?

Câu 2: Nung m gam hỗn hợp gồm Al và Fe2O3 (trong điều kiện không có không khí) đến khi phản ứng nhiệt phân nhôm xảy ra hoàn toàn, sinh ra chất rắn Y. Chia Y thành hai phần giống nhau:

– Phần 1 phản ứng với dung dịch H2SO4 loãng (dư), sinh ra 3,08 lít khí H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn);

– Phần 2 phản ứng với dung dịch NaOH (dư), sinh ra 0,84 lít khí H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn).

Giá trị của em là gì:

40. 29.40.
41. 21.40.
42. 22,75.
43. 29,43.

Câu trả lời:

Đầu tiên chúng ta cần xác định rằng đây là dạng toán học của phản ứng nhiệt nhôm giữa Al và sắt II oxit. Phương trình phản ứng như sau:

2 Al + Fe2O3 —-> Al2O3 + 2 Fe (1)

Phần 2 phản ứng với dung dịch NaOH (dư), sinh ra 0,84 lít khí H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn):

Al + H2O + NaOH ——-> NaAlO2 + 3/2H2

x = 0,025 mol

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

2Al + 3 H2SO4 ——-> Al2(SO4)3 + 3H2

Fe + H2SO4 ——-> FeSO4 + H2

y = 0,1 mol

2Al + Fe2O3 ——–> 2Fe + Al2O3

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

Khối lượng Fe2O3: m(Fe2O3) = 0,05 * 160 = 8

Suy ra khối lượng của chất rắn: m = 11,375 * 2 = 22,75 (gam)

Vậy đáp án đúng là C. 22,75 gam

Trên đây là khái niệm thế nào là phản ứng nhiệt nhôm và bài tập ứng dụng. Chúc các em học sinh vận dụng thành công và đạt kết quả tốt trong học tập.