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 + 3M_xO_y  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 + 3Fe_xO_y  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, Fe_xO_y 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:

n_{O (trong Al2O3)} = 0,96/16 = 0,06(mol).

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

n_Al2O3 = (1/3).n_O= (1/3).0,06= 0,02(mol).

– Theo pt phản ứng: n_Fe = (9/4).n_Al2O3 = (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: n_H2 = 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: n_{Al (dư)} = (2/3).n_H2 = (2/3).0,03 = 0,02(mol)

Vậy khối lượng của A là: m_A = m_{Al dư} + m_Fe + m_Al2O3

= 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:

∑m_{trước pư} = ∑m_{sau pư}

⇔ m_Al + m_Fe2O3 = m_{sau pư}

⇔ 8,1 + 48 = 56,1 = m_{sau 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:

m_Fe2O3 – m_Al2O3 = 0,58g

⇔ 160x – 102x = 0,58g

⇔ 58x = 0,58

⇔ x = 0,01 mol.

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

Vậy khối lượng của nhôm đã dùng là: m_Al = 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: m_Fe2O3 = 16 gam ⇒ n_Fe2O3 = 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: n_Al = 10,8/27 = 0,4(mol).

– Theo phương trình pư (2) khi cân bằng số mol thì n_Al = 2.n_Fe2O3 = 0,2(mol).

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

n_{Al pư(1)} = 0,4 – 0,2 = 0,2(mol).

Suy ra: n_Cr2O3 = (1/2)n_{Al pư(1)} = 0,1(mol) → m = 15,2 gam

Vậy phần trăm oxit crom trong hỗn hợp là: %m_Cr2O3 = 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:

n_H2 = 0,15 (mol); n_Al(OH)3 = 0,5 (mol) ⇒ n_Al = 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)

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na[Al(OH)₄]    (2)

CO₂ + Na[Al(OH)₄] → Al(OH)₃↓ + NaHCO₃    (3)

– Ta có: n_H2 = 0,15(mol) theo PTPƯ (1) ⇒ n_{Al dư} = y = 0,1(mol ).

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

n_{Al (trong Al2O3)} + n_{Al (dư)} = n_{Al (trong Al(OH)3)}

mà n_{Al (trong Al2O3)} = 2n_Al2O3 = 2x nên có:

2x + y = 0,5 ⇒ x = 0,2 mol;

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

n_O(Fe3O4) = n_O(Al2O3) = 3n_Al2O3 = 0,2.3 = 0,6 (mol)

⇒ n_Fe3O4 = (1/4).n_O = (1/4).0,6 =  0,15 (mol).

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

n_Fe = 3n_Fe3O4 = 3.0,15 = 0,45(mol).

– Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m = m_Fe  + m_Al2O3 + m_{Al (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:

m_X = m_{(rắn tan)} – m_{(rắn không tan)}

⇒ m_{(rắn tan)} = m_X – m_{(rắn không tan)} = 21,67 – 12,4 = 9,27g

Mà m_{(rắn tan)} = m_Al(dư) + m_Al2O3

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

– Theo bài ra: n_H2 = 2,016/22,4 = 0,09(mol)

– Theo PTHH (1), ta có:

n_{Al (dư)} = (2/3).n_H2 = (2/3).0,09 = 0,06(mol).

⇒ m_Al(dư) = 0,06.27 = 1,62g.

⇒ m_Al2O3 pư = m_{(rắn tan)} – m_Al(dư) = 9,27 – 1,62=7,65 (g).

⇒ n_Al2O3(pư) = 0,075mol.

⇒ n_Al(pư) = n_Fe(sp) = 2.n_Al2O3(pư) = 0,075.2 = 0,15 mol

Ta có:

m_{(rắn không tan)} = m_Fe(sp) = m_{Fe2O3(nếu dư)}

⇒ m_{Fe2O3(nếu dư)}=12,4 – 0,15.56 = 4g

⇒ n_Fe2O3 dư = 4/160 = 0,025 mol;

⇒ n_{Al (ban đầu)} = n_{Al (pư)} + n_{Al (dư)} = 0,15 + 0,06 = 0,21(mol)

⇒ n_{Fe2O3 (ban đầu)} = n_{Fe2O3 (pư)} + n_{Fe2O3 (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 Fe_xO_y (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: n_H2 = 8,4/22,4 = 0,375 (mol);

n_{SO2(1/2 của Z)} = 13,44/22,4 = 0,6(mol).

n_{SO2(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: n_H2 = 0,375 mol.

→ n_{Al dư} = (2/3)n_H2 = (2/3).0,375 = 0,25 mol;

2Fe + 6H₂SO_{4 (đặc, nóng)} → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂↑ + 6H₂O

– Theo bài ra, ta có: n_SO2 = 1,2 mol;

Theo PTPƯ thì: n_Fe = (2/3).n_SO2 = (2/3).1,2 = 0,8 mol;

Vậy khối lượng oxit nhôm: m_Al2O3 = m_Y – m_Fe – m_{Al (dư)}

⇒ m_Al2O3 = 92,35 – 0,8.56 – 0,25.27 = 40,8 gam.

⇒ n_Al2O3 = 40,8/102 = 0,4 mol;

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

⇒ n_O(FexOy) = n_O(Al2O3) = 3.n_Al2O3 = 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 Trường TCSP Mẫu giáo – Nhà trẻ Hà Nội ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tốt.

Bản quyền bài viết thuộc trường Trường THPT Phạm Hồng Thái. Mọi hành vi sao chép đều là gian lận!
Nguồn chia sẻ: Trường THPT Phạm Hồng Thái (thpt-phamhongthai.edu.vn)