PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM1. Cơ sởNhiệt nhôm là phương pháp điều chế kim loại bằng cách dùng Al để khử oxit kim loại thành kimloại ở nhiệt độ cao trong điều kiện không có không khí2xAl + 3MxOy y Al2O3 + 3xM2. Phạm vi áp dụng- Phản ứng nhiệt nhôm chỉ sử dụng khi khử các oxit kim loại trung bình và yếu như: oxit sắt[FeO, Fe2O3, Fe3O4] oxit đồng, oxit chì ….- Không sử dụng phương pháp này để khử các oxit kim loại mạnh như MgO, Al2O33. Mối quan hệ giữa khối lượng chất rắn trước phản ứng và khối lượng chất rắn sau phảnứngTrong quá trình nhiệt nhôm các chất trước phản ứng và sau phản ứng đều là các chất rắn [cáckim loại và oxit kim loại]Như vậy: Khối lượng chất rắn trước phản ứng = khối lượng chất rắn sau phản ứng4. Hiệu suất trong phản ứng nhiệt nhômGiả sử tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp bột gồm Al = x [mol] và Fe 2O3 = y [mol] theophương trình2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe[*]Trường hợp 1: Phản ứng diễn ra hoàn toàn [H= 100%] Khi đó có 2 khả năng- Nếu Al dư chất rắn sau phản ứng gồm Al = x- 2y [mol] ; Al 2O3 = y [mol] và Fe = 2y [mol].Hỗn hợp chất rắn này khi cho tác dụng với dung dịch bazo kiềm sẽ có khí H2 bay ra- Nếu Al hết chất rắn sau phản ứng gồm Fe 2O3 = y- 0,5x [mol]; Al2O3 = 0,5x [mol] và Fe = 2x[mol]. Hỗn hợp rắn này khi cho tác dụng với dung dịch bazo kiềm sẽ không cho khí hidro bayraTrường hợp 2: Phản ứng diễn ra không hoàn toàn [H< 100%] khi đó đặt số mol phản ứng theomột biến mới . Chất rắn sau phản ứng gồm 4 chất rắn Al, Fe2O3, Al2O3 và Fe5. Bài toán chia chất rắn sau phản ứng nhiệt nhôm thành hai phần khác nhauXét quá trình nhiệt nhôm diễn ra theo phản ứng [*]: giả sử phản ứng diễn ra hoàn toàn Al dư,chất rắn sau phản ứng chia thành 2 phần có khối lượng khác nhau- Gọi số mol các chất trong phần 1 là Al = a mol; Al2O3= b mol và Fe = 2b mol- Gọi số mol các chất trong phần 2 là Al =ka [mol]; Al2O3 = kb mol và Fe = 2kb molChú ý:- Không nên đặt số mol các chất trước khi tham gia phản ứng nhiệt nhôm- Tỉ lệ số mol của các chất sản phẩm = tỉ lệ các hệ số trong phương trình phản ứng nhiệt nhôm6. Bài tập vận dụngCâu 1 [TN- 14]: Sản phẩm của phản ứng nhiệt nhôm luôn cóA. Al2O3B. O2C. Al[OH]3D. AlHướng dẫnPhản ứng nhiệt nhôm2xAl + 3MxOy y Al2O3 + 3xMSản phẩm luôn có Al2O3Câu 2: Dùng m gam Al để khử hết 1,6g Fe 2O3 [phản ứng nhiệt nhôm]. Sản phẩm sau phản ứng tácdụng với lượng dư dung dịch NaOH tạo 0,672 lít khí [đktc]. Tính mA. 0,54gB. 0,81gC. 1,08gD. 1,755gHướng dẫnCó các phản ứng2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe0,020,01Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2OAl dư + NaOH + H2O NaAlO2 + 3/2 H20,020,03=> mAl = 0,04. 27 = 1,08gCâu 3: Cần bao nhiêu gam bột nhôm để có thể điều chế được 78g Crom từ Cr 2O3 bằng phương phpánhiệt nhômA. 27,0gB. 54,0gC. 67,5gD. 40,5gHướng dẫn2Al + Cr2O3 2Cr + Al2O35410478.54/ 104= 40,5Câu 3: Cho 26,8g hỗn hợp bột X gồm: Al và Fe 2O3 tiến hành phản ứng nhiệt nhôm cho tới khi hoàntoàn [giả sử chỉ xảy ra phản ưgns khử Fe 2O3 thành Fe] hỗn hợp sau phản ứng cho tác dụng với lượngdư dung dịch HCl được 11,2 lít H2 [đktc]. Khối lượng Al trong X là:A. 5,4gB. 7,02gC. 9,72gD. 10,8gHướng dẫn2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fex0,5x0,5xxAl dư + 3HCl AlCl3 + 3/2 H2a1,5aFe + 2HCl FeCl2 + H2xxTheo phương trình và đề bài ta có1,5a + x = 0,5 a = 0, 2=> 27[a + x] + 160.0,5x = 26,8 x = 0, 2nAl = 0,4 mol => mAl = 10,8gCâu 4: Phản ứng hóa học xảy ra trong trường hợp nào dưới đây không thuộc loại phản ứng nhiệtnhômA. Al tác dụng với Fe3O4 nung nóngB. Al tác dụng với CuO nung nóngC.Al tác dụng với Fe2O3 nung nóngD. Al tác dụng với H2SO4 đặc nóngHướng dẫnPhản ứng nhiệt nhôm là phản ứng giữa bột nhôm với oxit kim loại . Do đó, Al tác dụng vớiH2SO4 đặc, nóng không thuộc phản ứng nhiệt nhômCâu 5: Dãy gồm các oxit đều bị Al khử ở nhiệt độ cao là:A. FeO, Mgo, CuOB. FeO, CuO, Cr2O3C. Fe3O4, SnO, BaOD. PbO, K2O, SnOHướng dẫnCác oxit bị Al khử ở nhiệt độ cao là các kim loại có tính khử trung bình yếu, như FeO, CuO, Cr 2O33FeO + 2Al 3Fe + Al2O33CuO + 2Al 3Cu + Al2O3Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3Chú ý : Các oxit MgO, BaO, K2O không bị khử bởi AlCâu 6: Nung 21,4g hỗn hợp A gồm bột Al và Fe2O3 [trong bình kín không có không khí], thu đượchỗn hợp B gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 và Al dư. Cho B tác dụng với dung dịch HCl dư được dungdịch C. Cho C tác dụng với dung dịch NaOH dư được kết tủa D. Nung D trong không khí đến khốilượng không đổi thu được 16g chất rắn. Khối lượng Al trong hỗn hợp A là:A. 4,4gB. 5,4gC. 10,8gD. 2,7gHướng dẫnTa có sơ đồ biến hóa của nguyên tố sắt trong các thí nghiệm trênFe2O3FexOy, Fe↑↓Fe[OH]2, Fe[OH]3Theo định luật bảo toàn nguyên tố, suy ramFe O = 16g => mAl = 21,4- 16= 5,4gFe 3+, Fe2+2 3Câu 7: Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe 2O3 [trong môi trường không có không khí] đến khi phảnứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Chia Y thành 2 phần bằng nhau- Phần 1: Tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư, sinh ra 3,08 lít khí H2 [ở đktc]- Phần 2: tác dụng với dung dịch NaOH dư sinh ra 0,84 lít khí H2 [ở đktc]. Giá trị của m là:A. 29,40B. 22,75C. 29,43D. 21,40Hướng dẫnnTheo bài ra H [1]= 3,08/22,4= 0,1375 molnH [2] = 0,84/ 22,4= 0,0375 [mol]Phản ứng nhiệt nhôm: 2Al dư + Fe2O3 2Fe + Al2O3Trường hợp sau phản ứng có: Fe, Al2O3, Al dư [vì hỗn hợp này sau phản ứng tác dụng với NaOH ttạora khí H2 ] [ Fe2O3 phản ứng hết vì phản ứng xảy ra hoàn toàn]Phần 1: Fe + H2SO4 [l] FeSO4 + H2xx2Al + 3 H2SO4 [l] Al2[SO4]3 + 3H2y1,5yTa có : x+ 1,5y = 0,1375 [1]Phần 2:2Al + 2NaOH + 6H2O 2Na[Al[OH]4] + 3H2y1,5yTa có 1,5y = 0,0375 [2]Theo [1,2] ta có x= 0,1; y= 0,25Theo phương trình phản ứng nhiệt nhômnFe O = ½ nFe= ½ x= ½.0.1= 0,05 [mol]=> mFe O = 0,05. 160= 8gnAl [phản ứng] = nFe = 0,1mol => mAl [bđ]= mAl dư + mAl phản ứng= [0,025+ 0,1] . 27 = 3,375 [g]Vậy m= 2[ mFe O + mAl]= 2[8+ 3,375]= 22,75 g222 32 32 3Câu 8: Nung hỗn hợp bột gồm Al và Fe2O3 [ trong điều kiện không có oxi] thu được hỗn hợp chấtrắn X. Chia X thành 2 phần bằng nhau:- Cho phần 1 vào dung dịch HCl dư thu được 7,84 lít khí H2 [đktc]- Cho phần 2: vào dung dịch NaOH dư thu được 3,36 lít khí H2 [đktc].Biết rằng các phản ưgns đều xảy ra hoàn toàn, phần trăm khối lượng của Fe trong X là:A. 66,39%B. 42,32%C. 46,47%D. 33,61%Hướng dẫnnnTheo bài ra : H [phần 1] = 0,35 mol; H [phần 2]= 0,15molVì X + NaOH [dd] tạo ra khí H2 => Al còn dư [Fe2O3 hết; X gồm Fe, Al2O3 và Al dư]2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe2x2xSố mol Al dư [trong X ] là y => số mol Al ban đầu là [2x+y] mol22Phần 1: Fe + 2HCl FeCl2 + H22x2xAl + 3HCl AlCl3 + 1,5H2y1,5y=> 2x+ 1,5y = 0,35.2 => 2x + 1,5y = 0,7 [1]Phần 2: Al + NaOH + 3H2O NaAlO2 + 1,5H2y1,5y=> 1,5y = 0,15.2 = 0,3 [2]Từ [1, 2] => x= 0,2; y= 0,2Khối lượng hỗn hợp X: mX = 2. 0,2. 56 + 0,2. 27 + 0,2. 102= 48,2gVậy % của Fe trong hỗn hợp X = [2. 0,2. 56. 100]/ 48,2= 46,47%Câu 9: Trộn 10,8g bột Al với 34,8g bột Fe3O4 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiệnkhông có không khí . Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn sau phản ứng bằng dung dịch H 2SO4 loãng dư,thu được 10,52 lít khí H2 [đktc]. Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm là:A. 80%B. 70%C. 60%D. 90%Hướng dẫnCoi phản ứng xảy ra:8Al + 3Fe3O4 9Fe + 4Al2O3Ban đầu0,40,15Phản ứngx3x/89x/ 8Còn[0,4-x]09x/82Al + 3H2SO4 Al2[SO4]3 +3H2[0,4-x]1,5 [0,4-x]Fe + H2SO4 FeSO4 + H29x/89x/8Ta có: 1,5 [0,4-x] + 9x/8= 0,48 => 12[0,4-x] + 9x= 3,84 3x= 0,96 => x= 0,32Vậy hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm: H= x. 100/0,4= 80%Câu 10: Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al và Fe 3O4 trong điều kiện không có không khí. Sau khiphản ứng xảy ra hoàn toàn , thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng với dung dịch NaOH dư thuđược dung dịch Y . Chất rắn Z và 3,36 lít khí H 2 [ở đktc]. Sục khí CO2 [dư ] vào dung dịch Y, thuđược 39g kết tủa. Giá trị của m là:A. 36,7B. 48,3C. 45,6D. 57,0Hướng dẫnTheo bài ra : nH = 3,36/ 22,4= 0,15 [mol]nAl [OH ] = 39/78 = 0,5molSơ đồ phản ứng xảy ra230+ CO2t+ ddNaOHduAl , Fe3O 4 → Al , Fe, Al2O3 →NaAl [OH ] 4 , Fe, H 2 → Al [OH ]3Al + NaOH + 3H2O NaAl[OH]4 + 3/2 H20,10,15Vì nguyên tố Al được bảo toàn nên:nAl [bđ] = nAl [OH ] = n Al [dư] + nAl [phản ứng nhiệt nhôm]=> 0,5= 0,1 + nAl [phản ứng nhiệt nhôm] nAl [phản ứng nhiệt nhôm] = 0,5- 0,1= 0,4 mol8Al dư + 3Fe3O4 9Fe + 4Al2O30,40,15nSuy ra Fe O [bđ] = 0,15mol33 4Vậy m= mAl [bđ] + mFe O = 0,5. 27 + 0,15 . 232= 48,3g3 4Câu 11: Đốt nóng hỗn hợp gồm Al và 16g Fe 2O3 [ trong điều kiện không có không khí ] đến khi phảnứng xảy ra hoàn toàn , thu được hỗn hợp rắn X . Cho X tác dụng vừa đủ với Vml dung dịch NaOH1M sinh ra 3,36 lít H2 [ở đktc]. Giá trị của V là:A. 300B. 100C. 200D. 150Hướng dẫnTheo bài ra : nH = 3,36/ 22,4 = 0,15molTrong X [gồm Al2O3 , Fe và Al dư] chỉ có Al tác dụng với dung dịch NaOHAl + NaOH + 3H2O NaAl[OH]4+ 1,5 H20,10,15Suy ra V= 0,1. 1000/ 1= 100ml2Câu 12: Hỗn hợp X gồm Fe3O4 và Al có tỉ lệ mol tương ứng 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. Al, Fe, Fe3O4 và Al2O3B. Al2O3 và FeC. Al, Fe, và Al2O3D. Al2O3, Fe, và Fe3O4Hướng dẫnPhương trình hóa học: 3Fe3O4 + 8Al Fe + 4Al2O338Giả sử có 3 mol Fe3O4 => nAl [bđ] = 9mol, mà Al[phản ứng] = 8 mol => Al dưVậy sau phản ứng có: Fe, Al2O3 và Al dưCâu 13: Nung hỗn hợp gồm 10,8g Al và 16,0g Fe 2O3 [trong điều kiện không có không khí] sau khiphản ứng xảy ra hàon toàn thu được chất rắn Y. Khối lượng kim loại trong Y là:A. 16,6gB. 11,2gC. 22,4gD. 5,6gHướng dẫnTheo bài ra : nAl = 0,4mol; nFe O = 0,1mol2Al + Fe2O3 2Fe + Al2O3Phản ứng0,20,10,2Sau phản ứng0,20,2Vậy mkim loại = mAl + mFe = 0,2. 27+ 0,2.56 = 16,6g2 3Câu 14: Trộn 0,25mol bột Al với 0,15mol bột Fe 2O3 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điềukiện không có không khí [giả sử có phản ứng khử Fe 2O3 về Fe ] thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tácdụng với dung dịch NaOH dư thu được dung dịch Y, m gam chất rắn khan Z và 0,15mol H 2. Hiệusuất phản ứng nhiệt nhôm và giá trị của m lần lượt là:A. 60% và 20,4B. 60% và 30,75C. 50% và 30,75D. 50% và 40,80Hướng dẫnPhương trình hóa học xảy ra2Al + Fe2O3 2Fe + Al2O3Ban đầu0,250,1500Phản ứng2xx2xxCòn0,25- 2x 0,15-x 2xx2Al + 2NaOH + 6H2O 2Na[Al[OH]4] + 3H20,25 -2x1,5 [0,25-2x]Al2O3 + 2NaOH + 3H2O 2Na[Al[OH]4]Chất rắn Z gồm: Fe2O3 và FeTheo bài ra ta có: 1,5[0,25-2x]= 0,15 => x= 0,075Vậy hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm[0,25/2< 0,15/1 => tính theo nhôm]H%= [0,078.2.100]/ 0,25 = 60%+ Khối lượng chất rắn Zm= mFe O + mFe = [0,15- 0,075].160 + 2.0,075.56= 20,40g2 3Câu 15: Trộn 5,4 gam bột nhôm với 14g Fe 2O3 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm không có oxi,Fe2O3 bị khử về Fe, sau khi kết túc phảnt ứng , làm nguội hỗn hợp và hòa tan hỗn hợp này bằng dungdịch NaOH dư cho đến phản ứng hoàn toàn thu được 1,68 lít khí [đktc]. Hiệu suất phản ứng nhiệtnhôm là:A. 66,67%B. 85,71%C. 92,68%D. 75%Hướng dẫnTheo bài ra nAl = 0,2 mol; nFe O = 0,0875 molnH = 1,68/ 22,4= 0,075 molPhương trình phản ứng:2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2FeAl + NaOH + 3H2O Na[Al[OH]4] + 3/2 H20,050,075=> nAl phản ứng = 0,2- 0,05= 0,15 mol=> nFe O phản ứng = 0,15/2= 0,075 [mol]Vậy hiệu suất phản ứng nhiệt nhômH%= 0,075.100/ 0,0875= 85,71%BÀI TẬP TỰ GIẢICâu 1: Nung m gam hỗn hợp X gồm Al và Fe 3O4 trong bình kín không có không khí đến phản ứnghoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Chia Y thành hai phần bằng nhau- Phần 1: Cho tác dụng với HNO3 loãng dư thu được 0,11mol NO [sản phẩm khử duy nhất]- Cho phần 2: Tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 0,03mol H2. Giá trị của m là:A. 19,59B. 19,32C. 9,93D. 9,662 322 3Câu 2: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm với Fe3O4 trong điều kiện không có không khí cho biết phảnứng xảy ra hoàn toàn và Fe 3O4 chỉ bị khử thành Fe. Chia hỗn hợp sau phản ứng thành hai phần bằngnhau-Cho phần 1: tác dụng hết với dung dịch naOH dư thu được 2,52 lít H 2 [đktc]- Hòa tan hết phần 2 bằng dung dịch HNO3 đặc nóng dư thấy có 11,76 lít khí bay ra [đktc]Khối lượng Fe sinh ra sau phản ứng nhiệt nhôm là:A. 5,6gB. 8,4gC. 11,2gD. 16,8gCâu 3: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm m gam Al và 4,56g Cr 2O3 [ trong điều kiệnkhông có oxi] sau khi phản ứng kết thúc, thu được hỗn hợp X. Cho toàn bộ X vào một lượng dư dungdịch HCl [loãng nóng], Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn , thu được 2,016 lít H 2 [đktc], còn nếu chotoàn bộ X vào lượng dư dung dịch NaOH đặc nóng. Sau khi các phản ứng kết thúc thì số mol NaOHđã phản ứng là:A. 0,16molB. 0,06molC. 0,14molD. 0,08molCâu 4: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm giữa Al và Cr 2O3 trong điều kiện không có không khí , sauphản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp X khối lượng 43,9g . Chia X làm hai phần bằng nhau. Chophần 1 tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 1,68 lít khí [đktc]. Phần 2 phản ứng vừa đủ với Vlít dung dịch HCl 1M [loãng nóng]. Giá trị của V là:A. 0,65B. 1,05C. 1,15D. 1,00Câu 5: Nung hỗn hợp bột gồm 15,2g Cr2O3 với m gam Al ở nhiệt độ cao . Sau khi phản ứng xảy rahoàn toàn , thu được 23,3g hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ hỗn hợp X phản ứng với axit HCl dư thoát raV lít khí H2 [ở đktc]. Giá trị của V là:A. 3,36B. 4,48C. 7,84D. 10,08Câu 6: Trộn Al với Fe3O4 rồi nung hỗn hợp trong chân không để tiến hành phản ứng nhiệt nhôm.Phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp A trong dung dịch HCl dư thấy có 3,36 lít khí thoát ra.Còn nếu trong dung dịch NaOH thì thu được 0,84 lit khí . Tỉ lệ số mol Al và Fe 3O4 trong hỗn hợp banđầu là:A. 10:3B. 3:10C. 9:4D. 4:9Câu 7: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm với 6,3g Al và 11,6g 2 oxit sắt là FeO, Fe 2O3 sản phẩm thuđược gồm 3 chất rắn. Hòa tan hỗn hượp đó bằng dung dịch HCl dư thấy thoát ra 6,72 lít khí [đktc]. %Fe2O3 trong hỗn hợp đầu là:A. 44,69%B. 32,61%C. 17,08%D. 30,08%Câu 8: Nung 4,05g Al và 24,4g hỗn hợp A gồm CuO và FeO trong bình kín , phản ứng xảy ra hoàntoàn thu được hỗn hợp 5 chất rắn B. Khử B bàng khí CO, khí thoát ra dẫn qua nước vôi trong thuđược 10gam kết tủa. Mặt khác nếu cho B vào dung dịch HCl thì có 3,36 lít khí thoát ra. Khối lượngCu trong B và khối lượng CuO trong A là:A. 4,8g; 10gB. 2,24g ; 6,8gC. 1,6g; 6gD. 4,16g; 9,2gCâu 9: Nung 54g hỗn hợp Al, FeO, Fe2O3, Fe trong chân không, sản phẩm thu được cho phản ứngvới dung dịch NaOH dư thấy thoát ra 3,36 lít khí [đktc]. Mặt khác, nếu cho khí CO đi qua hỗn hợp Anung nóng khí thoát ra dẫn qua Ca[OH]2 thu được 15g kết tủa. % Al trong hỗn hợp A làA. 10%B. 30,5%C. 25%D. 81%Câu 10: Cho 5,6g bột Fe tiếp xúc với không khí một thời gian thấy khối lượng bột vượt quá 7,936g.Trộn bột đó với 2,7g Al rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu được hỗn hợp A . Hòa tan A trongdung dịch NaOH dư thu được 0,0336 lít khí [đktc], còn trong HCl thì thu được 2,2624 lít khí [đktc].% Fe bị oxi hóa là:A. 99%B. 96%C. 97%D. 98%Câu 11: Trộn 4,05g Al với 13,05g FeO 4 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm. Hòa tan hoàn toàn hỗnhợp chất rắn sau phản ứng bằng dung dịch H 2SO4 loãng dư thu được 2,457 lít khí [đktc]. Hiệu suấtphản ứng nhiệt nhôm là:A. 65%B. 70%C. 80%D. 90%Câu 12: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm với sắt từ oxit. Chia sản phẩm thành 2 phần bằng nhau. Chophần 1 tác dụng với dung dịch NaOH có 2,352 lít khí bay ra. Cho phần 2 tác dụng với dung dịch HClcó 6,888 lít khí bay ra. Khối lượng sắt thu được sau phản ứng nhiệt nhôm là:A. 22,68gB. 11,24gC. 33,56gD. 18,65g