PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM Cơ sở Nhiệt nhôm phương pháp điều chế kim loại cách dùng Al để khử oxit kim loại thành kim loại nhiệt độ cao điều kiện không khí 2xAl + 3MxOy  y Al2O3 + 3xM Phạm vi áp dụng - Phản ứng nhiệt nhôm sử dụng khử oxit kim loại trung bình yếu như: oxit sắt (FeO, Fe2O3, Fe3O4) oxit đồng, oxit chì … - Không sử dụng phương pháp để khử oxit kim loại mạnh MgO, Al2O3 Mối quan hệ khối lượng chất rắn trước phản ứng khối lượng chất rắn sau phản ứng Trong trình nhiệt nhôm chất trước phản ứng sau phản ứng chất rắn (các kim loại oxit kim loại) Như vậy: Khối lượng chất rắn trước phản ứng = khối lượng chất rắn sau phản ứng Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm Giả sử tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp bột gồm Al = x (mol) Fe 2O3 = y (mol) theo phương trình 2Al + Fe2O3  Al2O3 + 2Fe (*) Trường hợp 1: Phản ứng diễn hoàn toàn (H= 100%) Khi có khả - Nếu Al dư chất rắn sau phản ứng gồm Al = x- 2y (mol) ; Al 2O3 = y (mol) Fe = 2y (mol) Hỗn hợp chất rắn cho tác dụng với dung dịch bazo kiềm có khí H2 bay - Nếu Al hết chất rắn sau phản ứng gồm Fe 2O3 = y- 0,5x (mol); Al2O3 = 0,5x (mol) Fe = 2x (mol) Hỗn hợp rắn cho tác dụng với dung dịch bazo kiềm không cho khí hidro bay Trường hợp 2: Phản ứng diễn không hoàn toàn (H< 100%) đặt số mol phản ứng theo biến Chất rắn sau phản ứng gồm chất rắn Al, Fe2O3, Al2O3 Fe Bài toán chia chất rắn sau phản ứng nhiệt nhôm thành hai phần khác Xét trình nhiệt nhôm diễn theo phản ứng (*): giả sử phản ứng diễn hoàn toàn Al dư, chất rắn sau phản ứng chia thành phần có khối lượng khác - Gọi số mol chất phần Al = a mol; Al2O3= b mol Fe = 2b mol - Gọi số mol chất phần Al =ka (mol); Al2O3 = kb mol Fe = 2kb mol Chú ý: - Không nên đặt số mol chất trước tham gia phản ứng nhiệt nhôm - Tỉ lệ số mol chất sản phẩm = tỉ lệ hệ số phương trình phản ứng nhiệt nhôm Bài tập vận dụng Câu (TN- 14): Sản phẩm phản ứng nhiệt nhôm có A Al2O3 B O2 C Al(OH)3 D Al Hướng dẫn Phản ứng nhiệt nhôm 2xAl + 3MxOy  y Al2O3 + 3xM Sản phẩm có Al2O3 Câu 2: Dùng m gam Al để khử hết 1,6g Fe 2O3 (phản ứng nhiệt nhôm) Sản phẩm sau phản ứng tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH tạo 0,672 lít khí (đktc) Tính m A 0,54g B 0,81g C 1,08g D 1,755g Hướng dẫn Có phản ứng 2Al + Fe2O3  Al2O3 + 2Fe 0,02 0,01 Al2O3 + 2NaOH  2NaAlO2 + H2O Al dư + NaOH + H2O  NaAlO2 + 3/2 H2 0,02 0,03 => mAl = 0,04 27 = 1,08g Câu 3: Cần gam bột nhôm để điều chế 78g Crom từ Cr 2O3 phương phpá nhiệt nhôm A 27,0g B 54,0g C 67,5g D 40,5g Hướng dẫn 2Al + Cr2O3  2Cr + Al2O3 54 104 78.54/ 104= 40,5 Câu 3: Cho 26,8g hỗn hợp bột X gồm: Al Fe 2O3 tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hoàn toàn (giả sử xảy phản ưgns khử Fe 2O3 thành Fe) hỗn hợp sau phản ứng cho tác dụng với lượng dư dung dịch HCl 11,2 lít H2 (đktc) Khối lượng Al X là: A 5,4g B 7,02g C 9,72g D 10,8g Hướng dẫn 2Al + Fe2O3  Al2O3 + 2Fe x 0,5x 0,5x x Al dư + 3HCl  AlCl3 + 3/2 H2 a 1,5a Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 x x Theo phương trình đề ta có 1,5a + x = 0,5  a = 0, =>    27(a + x) + 160.0,5x = 26,8  x = 0, nAl = 0,4 mol => mAl = 10,8g Câu 4: Phản ứng hóa học xảy trường hợp không thuộc loại phản ứng nhiệt nhôm A Al tác dụng với Fe3O4 nung nóng B Al tác dụng với CuO nung nóng C.Al tác dụng với Fe2O3 nung nóng D Al tác dụng với H2SO4 đặc nóng Hướng dẫn Phản ứng nhiệt nhôm phản ứng bột nhôm với oxit kim loại Do đó, Al tác dụng với H2SO4 đặc, nóng không thuộc phản ứng nhiệt nhôm Câu 5: Dãy gồm oxit bị Al khử nhiệt độ cao là: A FeO, Mgo, CuO B FeO, CuO, Cr2O3 C Fe3O4, SnO, BaO D PbO, K2O, SnO Hướng dẫn Các oxit bị Al khử nhiệt độ cao kim loại có tính khử trung bình yếu, FeO, CuO, Cr 2O3 3FeO + 2Al  3Fe + Al2O3 3CuO + 2Al  3Cu + Al2O3 Cr2O3 + 2Al  2Cr + Al2O3 Chú ý : Các oxit MgO, BaO, K2O không bị khử Al Câu 6: Nung 21,4g hỗn hợp A gồm bột Al Fe2O3 (trong bình kín không khí), thu hỗn hợp B gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 Al dư Cho B tác dụng với dung dịch HCl dư dung dịch C Cho C tác dụng với dung dịch NaOH dư kết tủa D Nung D không khí đến khối lượng không đổi thu 16g chất rắn Khối lượng Al hỗn hợp A là: A 4,4g B 5,4g C 10,8g D 2,7g Hướng dẫn Ta có sơ đồ biến hóa nguyên tố sắt thí nghiệm Fe2O3 FexOy, Fe ↑ ↓ Fe(OH)2, Fe(OH)3 Theo định luật bảo toàn nguyên tố, suy mFe O = 16g => mAl = 21,4- 16= 5,4g Fe 3+, Fe2+ Câu 7: Nung nóng m gam hỗn hợp Al Fe 2O3 (trong môi trường không khí) đến phản ứng xảy hoàn toàn thu hỗn hợp rắn Y Chia Y thành phần - Phần 1: Tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư, sinh 3,08 lít khí H2 (ở đktc) - Phần 2: tác dụng với dung dịch NaOH dư sinh 0,84 lít khí H2 (ở đktc) Giá trị m là: A 29,40 B 22,75 C 29,43 D 21,40 Hướng dẫn n Theo H (1)= 3,08/22,4= 0,1375 mol nH (2) = 0,84/ 22,4= 0,0375 (mol) Phản ứng nhiệt nhôm: 2Al dư + Fe2O3  2Fe + Al2O3 Trường hợp sau phản ứng có: Fe, Al2O3, Al dư (vì hỗn hợp sau phản ứng tác dụng với NaOH ttạo khí H2 ) ( Fe2O3 phản ứng hết phản ứng xảy hoàn toàn) Phần 1: Fe + H2SO4 (l)  FeSO4 + H2 x x 2Al + H2SO4 (l)  Al2(SO4)3 + 3H2 y 1,5y Ta có : x+ 1,5y = 0,1375 (1) Phần 2: 2Al + 2NaOH + 6H2O  2Na[Al(OH)4] + 3H2 y 1,5y Ta có 1,5y = 0,0375 (2) Theo (1,2) ta có x= 0,1; y= 0,25 Theo phương trình phản ứng nhiệt nhôm nFe O = ½ nFe= ½ x= ½.0.1= 0,05 (mol) => mFe O = 0,05 160= 8g nAl (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 g 2 3 Câu 8: Nung hỗn hợp bột gồm Al Fe2O3 ( điều kiện oxi) thu hỗn hợp chất rắn X Chia X thành phần nhau: - Cho phần vào dung dịch HCl dư thu 7,84 lít khí H2 (đktc) - Cho phần 2: vào dung dịch NaOH dư thu 3,36 lít khí H2 (đktc) Biết phản ưgns xảy hoàn toàn, phần trăm khối lượng Fe X là: A 66,39% B 42,32% C 46,47% D 33,61% Hướng dẫn n n Theo : H (phần 1) = 0,35 mol; H (phần 2)= 0,15mol Vì X + NaOH (dd) tạo khí H2 => Al dư (Fe2O3 hết; X gồm Fe, Al2O3 Al dư) 2Al + Fe2O3  Al2O3 + 2Fe 2x 2x Số mol Al dư (trong X ) y => số mol Al ban đầu (2x+y) mol 2 Phần 1: Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 2x 2x Al + 3HCl  AlCl3 + 1,5H2 y 1,5y => 2x+ 1,5y = 0,35.2 => 2x + 1,5y = 0,7 (1) Phần 2: Al + NaOH + 3H2O  NaAlO2 + 1,5H2 y 1,5y => 1,5y = 0,15.2 = 0,3 (2) Từ (1, 2) => x= 0,2; y= 0,2 Khối lượng hỗn hợp X: mX = 0,2 56 + 0,2 27 + 0,2 102= 48,2g Vậy % Fe hỗn hợp X = (2 0,2 56 100)/ 48,2= 46,47% Câu 9: Trộn 10,8g bột Al với 34,8g bột Fe3O4 tiến hành phản ứng nhiệt nhôm điều kiện không khí Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn sau phản ứng dung dịch H 2SO4 loãng dư, thu 10,52 lít khí H2 (đktc) Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm là: A 80% B 70% C 60% D 90% Hướng dẫn Coi phản ứng xảy ra: 8Al + 3Fe3O4  9Fe + 4Al2O3 Ban đầu 0,4 0,15 Phản ứng x 3x/8 9x/ Còn (0,4-x) 9x/8 2Al + 3H2SO4  Al2(SO4)3 + 3H2 (0,4-x) 1,5 (0,4-x) Fe + H2SO4  FeSO4 + H2 9x/8 9x/8 Ta có: 1,5 (0,4-x) + 9x/8= 0,48 => 12(0,4-x) + 9x= 3,84  3x= 0,96 => x= 0,32 Vậy hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm: H= x 100/0,4= 80% Câu 10: Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al Fe 3O4 điều kiện không khí Sau phản ứng xảy hoàn toàn , thu hỗn hợp rắn X Cho X tác dụng với dung dịch NaOH dư thu dung dịch Y Chất rắn Z 3,36 lít khí H (ở đktc) Sục khí CO2 (dư ) vào dung dịch Y, thu 39g kết tủa Giá trị m là: A 36,7 B 48,3 C 45,6 D 57,0 Hướng dẫn Theo : nH = 3,36/ 22,4= 0,15 (mol) nAl (OH ) = 39/78 = 0,5mol Sơ đồ phản ứng xảy + CO2 t + ddNaOHdu Al , Fe3O  → Al , Fe, Al2O3 → NaAl (OH ) , Fe, H  → Al (OH )3 Al + NaOH + 3H2O  NaAl(OH)4 + 3/2 H2 0,1 0,15 Vì nguyên tố Al 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 mol 8Al dư + 3Fe3O4  9Fe + 4Al2O3 0,4 0,15 n Suy Fe O (bđ) = 0,15mol 3 Vậy m= mAl (bđ) + mFe O = 0,5 27 + 0,15 232= 48,3g Câu 11: Đốt nóng hỗn hợp gồm Al 16g Fe 2O3 ( điều kiện không khí ) đến phản ứng xảy hoàn toàn , thu hỗn hợp rắn X Cho X tác dụng vừa đủ với Vml dung dịch NaOH 1M sinh 3,36 lít H2 (ở đktc) Giá trị V là: A 300 B 100 C 200 D 150 Hướng dẫn Theo : nH = 3,36/ 22,4 = 0,15mol Trong X (gồm Al2O3 , Fe Al dư) có Al tác dụng với dung dịch NaOH Al + NaOH + 3H2O  NaAl(OH)4 + 1,5 H2 0,1 0,15 Suy V= 0,1 1000/ 1= 100ml Câu 12: Hỗn hợp X gồm Fe3O4 Al có tỉ lệ mol tương ứng 1:3 Thực phản ứng nhiệt nhôm X (không có không khí) đến phản ứng xảy hoàn toàn thu hỗn hợp gồm : A Al, Fe, Fe3O4 Al2O3 B Al2O3 Fe C Al, Fe, Al2O3 D Al2O3, Fe, Fe3O4 Hướng dẫn Phương trình hóa học: 3Fe3O4 + 8Al  Fe + 4Al2O3 Giả sử có mol Fe3O4 => nAl (bđ) = 9mol, mà Al(phản ứng) = mol => Al dư Vậy sau phản ứng có: Fe, Al2O3 Al dư Câu 13: Nung hỗn hợp gồm 10,8g Al 16,0g Fe 2O3 (trong điều kiện không khí) sau phản ứng xảy hàon toàn thu chất rắn Y Khối lượng kim loại Y là: A 16,6g B 11,2g C 22,4g D 5,6g Hướng dẫn Theo : nAl = 0,4mol; nFe O = 0,1mol 2Al + Fe2O3  2Fe + Al2O3 Phản ứng 0,2 0,1 0,2 Sau phản ứng 0,2 0,2 Vậy mkim loại = mAl + mFe = 0,2 27+ 0,2.56 = 16,6g Câu 14: Trộn 0,25mol bột Al với 0,15mol bột Fe 2O3 tiến hành phản ứng nhiệt nhôm điều kiện không khí (giả sử có phản ứng khử Fe 2O3 Fe ) thu hỗn hợp rắn X Cho X tác dụng với dung dịch NaOH dư thu dung dịch Y, m gam chất rắn khan Z 0,15mol H Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm giá trị m là: A 60% 20,4 B 60% 30,75 C 50% 30,75 D 50% 40,80 Hướng dẫn Phương trình hóa học xảy 2Al + Fe2O3  2Fe + Al2O3 Ban đầu 0,25 0,15 0 Phản ứng 2x x 2x x Còn 0,25- 2x 0,15-x 2x x 2Al + 2NaOH + 6H2O  2Na[Al(OH)4] + 3H2 0,25 -2x 1,5 (0,25-2x) Al2O3 + 2NaOH + 3H2O  2Na[Al(OH)4] Chất rắn Z gồm: Fe2O3 Fe Theo ta có: 1,5(0,25-2x)= 0,15 => x= 0,075 Vậy hiệu suất 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 Z m= mFe O + mFe = (0,15- 0,075).160 + 2.0,075.56= 20,40g Câu 15: Trộn 5,4 gam bột nhôm với 14g Fe 2O3 tiến hành phản ứng nhiệt nhôm oxi, Fe2O3 bị khử Fe, sau kết túc phảnt ứng , làm nguội hỗn hợp hòa tan hỗn hợp dung dịch NaOH dư phản ứng hoàn toàn thu 1,68 lít khí (đktc) Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm là: A 66,67% B 85,71% C 92,68% D 75% Hướng dẫn Theo nAl = 0,2 mol; nFe O = 0,0875 mol nH = 1,68/ 22,4= 0,075 mol Phương trình phản ứng: 2Al + Fe2O3  Al2O3 + 2Fe Al + NaOH + 3H2O  Na[Al(OH)4] + 3/2 H2 0,05 0,075 => 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 nhôm H%= 0,075.100/ 0,0875= 85,71% BÀI TẬP TỰ GIẢI Câu 1: Nung m gam hỗn hợp X gồm Al Fe 3O4 bình kín không khí đến phản ứng hoàn toàn thu hỗn hợp rắn Y Chia Y thành hai phần - Phần 1: Cho tác dụng với HNO3 loãng dư thu 0,11mol NO (sản phẩm khử nhất) - Cho phần 2: Tác dụng với dung dịch NaOH dư thu 0,03mol H2 Giá trị m là: A 19,59 B 19,32 C 9,93 D 9,66 2 Câu 2: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm với Fe3O4 điều kiện không khí cho biết phản ứng xảy hoàn toàn Fe 3O4 bị khử thành Fe Chia hỗn hợp sau phản ứng thành hai phần -Cho phần 1: tác dụng hết với dung dịch naOH dư thu 2,52 lít H (đktc) - Hòa tan hết phần dung dịch HNO3 đặc nóng dư thấy có 11,76 lít khí bay (đktc) Khối lượng Fe sinh sau phản ứng nhiệt nhôm là: A 5,6g B 8,4g C 11,2g D 16,8g Câu 3: Thực phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm m gam Al 4,56g Cr 2O3 ( điều kiện oxi) sau phản ứng kết thúc, thu hỗn hợp X Cho toàn X vào lượng dư dung dịch HCl (loãng nóng), Sau phản ứng xảy hoàn toàn , thu 2,016 lít H (đktc), cho toàn X vào lượng dư dung dịch NaOH đặc nóng Sau phản ứng kết thúc số mol NaOH phản ứng là: A 0,16mol B 0,06mol C 0,14mol D 0,08mol Câu 4: Thực phản ứng nhiệt nhôm Al Cr 2O3 điều kiện không khí , sau phản ứng hoàn toàn thu hỗn hợp X khối lượng 43,9g Chia X làm hai phần Cho phần tác dụng với dung dịch NaOH dư thu 1,68 lít khí (đktc) Phần phản ứng vừa đủ với V lít dung dịch HCl 1M (loãng nóng) Giá trị V là: A 0,65 B 1,05 C 1,15 D 1,00 Câu 5: Nung hỗn hợp bột gồm 15,2g Cr2O3 với m gam Al nhiệt độ cao Sau phản ứng xảy hoàn toàn , thu 23,3g hỗn hợp rắn X Cho toàn hỗn hợp X phản ứng với axit HCl dư thoát V lít khí H2 (ở đktc) Giá trị V là: A 3,36 B 4,48 C 7,84 D 10,08 Câu 6: Trộn Al với Fe3O4 nung hỗn hợp chân không để tiến hành phản ứng nhiệt nhôm Phản ứng xảy hoàn toàn thu hỗn hợp A dung dịch HCl dư thấy có 3,36 lít khí thoát Còn dung dịch NaOH thu 0,84 lit khí Tỉ lệ số mol Al Fe 3O4 hỗn hợp ban đầu là: A 10:3 B 3:10 C 9:4 D 4:9 Câu 7: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm với 6,3g Al 11,6g oxit sắt FeO, Fe 2O3 sản phẩm thu gồm chất rắn Hòa tan hỗn hượp dung dịch HCl dư thấy thoát 6,72 lít khí (đktc) % Fe2O3 hỗn hợp đầu là: A 44,69% B 32,61% C 17,08% D 30,08% Câu 8: Nung 4,05g Al 24,4g hỗn hợp A gồm CuO FeO bình kín , phản ứng xảy hoàn toàn thu hỗn hợp chất rắn B Khử B bàng khí CO, khí thoát dẫn qua nước vôi thu 10gam kết tủa Mặt khác cho B vào dung dịch HCl có 3,36 lít khí thoát Khối lượng Cu B khối lượng CuO A là: A 4,8g; 10g B 2,24g ; 6,8g C 1,6g; 6g D 4,16g; 9,2g Câu 9: Nung 54g hỗn hợp Al, FeO, Fe2O3, Fe chân không, sản phẩm thu cho phản ứng với dung dịch NaOH dư thấy thoát 3,36 lít khí (đktc) Mặt khác, cho khí CO qua hỗn hợp A nung nóng khí thoát dẫn qua Ca(OH)2 thu 15g kết tủa % Al hỗn hợp A A 10% B 30,5% C 25% D 81% Câu 10: Cho 5,6g bột Fe tiếp xúc với không khí thời gian thấy khối lượng bột vượt 7,936g Trộn bột với 2,7g Al tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu hỗn hợp A Hòa tan A dung dịch NaOH dư thu 0,0336 lít khí (đktc), HCl thu 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 tiến hành phản ứng nhiệt nhôm Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp chất rắn sau phản ứng dung dịch H 2SO4 loãng dư thu 2,457 lít khí (đktc) Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm là: A 65% B 70% C 80% D 90% Câu 12: Thực phản ứng nhiệt nhôm với sắt từ oxit Chia sản phẩm thành phần Cho phần tác dụng với dung dịch NaOH có 2,352 lít khí bay Cho phần tác dụng với dung dịch HCl có 6,888 lít khí bay Khối lượng sắt thu sau phản ứng nhiệt nhôm là: A 22,68g B 11,24g C 33,56g D 18,65g