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 hóa học lớp 12. Vậy phản ứng nhiệt nhôm là gì? Sau đây sẽ là khái niệm chi tiết và bài tập phản ứng nhiệt nhôm mang lời giải để giúp những bạn học trò củng cố lại tri thức này.

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 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 ko cần sử dụng tới cacbon. Phản ứng này thường sẽ tỏa nhiệt rất cao, nhưng trong đó mang năng lượng hoạt hóa cao do liên kết giữa những nguyên tử trong chất rắn phải bị phá vỡ trước. Lúc này thì oxit kim loại được làm nóng với nhôm trong một lò đun. Phản ứng này chỉ mang thể sử dụng để sản xuất ra một lượng nhỏ vật liệu.

Nhà hóa học người Đức Hans Goldschmidt đã cải tiến trật tự nhiệt nhôm bằng cách đốt cháy hỗn hợp bột oxit kim loại mịn và bột nhôm bằng một phản ứng phát động trong đó ko làm nóng hỗn hợp từ bên ngoài. Phương pháp này đã được cấp bằng sáng chế năm 1898 và được sử dụng rộng rãi trong nhiều năm sau để hàn đường sắt. Những phản ứng này còn được ứng dụng trong việc hàn đường sắt tại chỗ vì nó hữu ích cho việc cài đặt phức tạp hoặc sửa chữa tại chỗ lúc ko cần phải sử dụng cách hàn đường sắt liên.

Ngoài ra thì phản ứng này cũng được sử dụng để sản xuất phần to những hợp kim sắt, ví dụ như ferro niobium từ niobium pentoxide. Một số kim loại khác cũng được sản xuất theo phương pháp này.

Phản ứng nhiệt nhôm trong hàn đường ray tàu

Phản ứng nhiệt nhôm sinh ra kim loại nào?

Sau lúc tìm hiểu về dãy hoạt động hóa học của kim loại thì chúng ta cũng đã dần nắm được quy luật về độ phản ứng mạnh hay yếu của kim loại. Cụ thể trong trường hợp này thì nhôm đẩy được những kim loại khác ra khỏi oxit nếu thỏa mãn điều kiện: Đó là những kim loại trung bình hoặc kim loại yếu (từ Zn trở đi). Bạn mang thể sử dụng dãy hoạt động hóa học tìm hiểu những kim loại này nếu vẫn chưa nhớ.

Ví dụ là phản ứng giữa oxit sắt III (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

Phản ứng nhiệt nhôm xảy ra thế nào?

Phản ứng xảy ra hoàn toàn

Nếu phản ứng nhiệt nhôm xảy ra hoàn toàn thì tùy theo tính chất hỗn hợp Y tạo thành để kết luận. Ví dụ:

  • Hỗn hợp Y chứa Hai kim loại → Al dư, oxit kim loại hết.
  • Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch bazơ kiềm (NaOH,…) phóng thích H2→ mang Al dư.
  • Hỗn hợp Y lúc tác dụng với dung dịch axit mang khí bay ra thì mang khả năng hỗn hợp Y chứa (Al2O3 + Fe) hoặc (Al2O3 + Fe + Al) hoặc (Al2O3 + Fe) + oxit kim loại dư.
Phản ứng nhiệt nhôm là gì?

Phản ứng ko hoàn toàn

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

Định luật liên quan tới phản ứng nhiệt nhôm

  • Định luật bảo toàn khối lượng: mhh X = mhh Y
  • ĐỊnh luật bảo toàn yếu tố (mol nguyên tử): n Fe X = n Fe Y; n Al X = n Al Y.

Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm

Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp Al và Cr2O3 trong điều kiện ko mang ko khí. Sau đó thu được 21,15 gam hỗn hợp X. Chia X thành hai phần giống nhau. Cho phần Một vào dung dịch HCL nóng loãng, thu được 3,36 lít khí H2 (điều kiện tiêu chuẩn). Hòa tan phần Hai vào dung dịch NaOH đặc nóng, thu được 1,68 lít H2 (điều kiện tiêu chuẩn). Biết những phản ứng của phần Một và Hai đều xảy ra hoàn toàn. Hiệu suất của phản ứng này là gì?

Lời giải:

Tính số mol của từng phần, lúc đó m X = 21,952

Phần Hai phản ứng với NaOH đặc nóng, chỉ mang Al sinh ra khí H2, còn Cr ko phản ứng.

nAl dư = 2n H23 = 0,05

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

2nCr + 3nAl = 2nH2 → nCr = 0,075

2Al + Cr2O3 → Al2O3 + 2Cr

2Al + Cr2O3 → Al2O3 + 2Cr

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

và nCr2O3 ban sơ = mX − mAl152 = 0.05

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

Phản ứng nhiệt nhôm với Cr203

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

Phản ứng nhiệt nhôm Cr203 lần trước nhất được sử dụng để khử oxit kim loại mà ko sử dụng cacbon. Phản ứng này tỏa nhiệt rất cao: 2200 °C, nhưng nó mang một năng lượng hoạt hóa cao do những liên kết giữa những nguyên tử trong chất rắn phải bị phá vỡ trước.

Phản ứng nhiệt nhôm trong thực tế

Bài tập về phản ứng nhiệt nhôm mang lời giải

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

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

Lời giải:

Lúc cho hỗn hợp X tác dụng NaOH ta mang những phương trình hóa học sau:

Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O

Cr2O3 + 2NaOH → 2NaCrO2 + H2O

Vì Fe2O3 ko phản ứng với dung dịch kiềm cho nên khối lượng chất rắn còn lại chính là Fe2O3.

m Fe2O3 = 16 g, từ đó tính được số mol của oxit sắt III: n Fe2O3 = 16/160 = 0,Một mol

Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm cho X:

Cr2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr (1)

Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe (2)

0,Một mol

Theo đầu bài cho thì số mol Al cần phản ứng sẽ bằng: nAl = 10.8/27 = 0.4 mol

Theo phương trình Hai lúc thăng bằng số mol thì nAl = 2*n Fe3O4 = 0,Hai mol

Do đó, Số mol còn lại của Al trong phương trình (1) là: nAl (1) = 0.4 – 0.2 = 0.Hai mol

Tiện lợi suy ra:

Câu 2: Nung nóng m g hỗn hợp Al và Fe2O3 (môi trường ko mang ko khí) tới lúc phản ứng nhiệt nhôm xảy ra hoàn toàn, thu được hh rắn Y. Chia Y thành hai phần giống nhau:

– Phần Một cho tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng (dư), sinh ra 3, 08 lít khí H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn);

– Phần Hai cho tác dụng với dung dịch NaOH (dư), sinh ra 0,84 lít khí H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn).

Trị giá của m là bao nhiêu:

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

Lời giải:

Trước hết ta cần xác định được đây là dạng toán phản ứng nhiệt nhôm giữa Al và oxit sắt II. Phương trình phản ứng như sau:

Phần Hai cho tác dụng với dung dịch NaOH (dư), sinh ra 0,84 lít khí H2 (ở điều kiện tiêu chuẩn):

x = 0.025 mol

Phần (1) cho tác dụng với H2SO4  ta được những phương trình như sau:

y = 0.Một mol

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

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

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

Vậy đáp án đúng là C. 22,75 gam

Trên đây là khái niệm phản ứng nhiệt nhôm là gì và những bài tập ứng dụng của nó. Chúc những em học trò ứng dụng thành công và đạt kết quả tốt trong học tập.

Leave a Comment

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