Bài tập nhiệt nhôm nâng cao

PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM NÂNG CAO

1.     LÍ THUYẾT

KN: Khử oxit kim loại bằng Al, to cao

2y Al  +  3M_xO_y    y Al₂O3   +  3xM

Al (r)   +  Fe₂O₃  (r)   Al₂O₃(r) +   Fe  (r)                   (1)

TH1: phản ứng xảy ra hoàn toàn (H = 100%)

Ví dụ 1: Pt (1) hh sau phản ứng có 3 TH

+        Al và Fe₂O₃ đủ → sp : Al₂O₃, Fe

+        Al dư → sp : Al₂O₃, Fe, Al dư

+        Fe2O3 dư → sp Al₂O₃, Fe, Fe₂O₃ dư

Chú ý: nếu sp + dd NaOH dư  → H₂ ↑

=> Al dư → sp : Al dư, Fe, Al₂O₃

TH2: H < 100%

=>  hh sp Al₂O₃, Fe, Al dư, Fe₂O₃ dư

v  Tính H phản ứng nhiệt nhôm, tính theo chất có tỉ lệ nhỏ hơn  (n_Albđ/1 , n_Fe2O3/ 1)

+        ĐLBTKL: m nước = mhh sau pứ  không phụ thuộc hiệu xuất

+        BT e  - tác dụng với Al   +  dd NaOH   H₂

n _{Al dư}  . 3 = n_H2 . 2

+        Hh sau phản ứng Al _dư, Fe , oxit  +   H⁺    H₂

n _{Al dư} . 3 = n_Fe . 2 = n_H2 . 2

+        Bảo toàn nguyên tố O : nO/oxit bđ = nO/ hh sau pứ

+        Hh sau phản ứng

2 H⁺  +  O^2-       H₂O

2H⁺    +  2e      H₂

=>  n_{H+ pứ} = 2 n_O2-/ oxit  + 2 n_H2

+        Với oxit của kim loại hóa trị nhiều hóa trị : quá trình nhiệt nhôm xảy ra theo từng nấc

Fe₂O₃   Fe₃O₄ FeO  Fe

2.     BÀI TẬP ÁP DỤNG

Câu 1. Lấy 1 hh gồm Al, Fe₂O₃ thực hiện phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí. Chia hh sản phẩm thành 2 phần bằng nhau

P1 + dd NaOH dư => 11,2 lít H₂ (đktc)

P2 + dd HCl dư => 16,8 lít H₂ (đktc)

Tìm m hh ban đầu (H= 100%)

Lời giải

H = 100% , sp + NaOH dư  H₂ => Al dư

2Al + Fe₂O₃ => Al₂O₃ + 2Fe

Al + NaOH + 3H₂O => Na[Al(OH)₄]  + 3/2 H₂

Al + 3H⁺  => Al³⁺  +  3/2H₂

Fe  +  2H⁺  => Fe²⁺    +  H₂

n_{Al dư}  = (0,5 . 2)/ 3  = 1/3  mol

n_{Al dư} . 3  +  n_Fe . 2= n_H2 (2) . 2 => n_Fe = 0,25 mol

=> m_hh = 2. (0,25 . 27 + 1/3 . 27 + 0,125 . 160) = 71,5 (g)

Câu 2. Trộn 5,4g bột Al với 17,4g Fe₃O₄ tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí ( giả sử Fe₃O₄  Fe). Hòa tan chất rắn sau phản ứng bằng dd H₂SO₄ loãng dư thu được 5,376 lít H₂ (đktc). Tính hiệu suất phản ứng và n_H2SO4 phản ứng.

Lời giải

n_{Al bđ}  =  0,2 mol                                   n_Fe3O4 = 0,075 mol

8Al + 3Fe₃O₄ 4Al₂O₃ + 9Fe

n_o                     0,2         0,075

n_pu                    8x        3x      4x

n sau                0,2 -8x

BT e n_{Al dư} . 3 + n_Fe . 2 = nH2 . 2

(0,2 – 8x ). 3 + 3x . 2 = (5,376 . 2) : 22,4 = 0,48 => x = 0,02 mol

0,2 /8 = 0,075 / 3 => H tính theo (Al, Fe₃O₄)

H = (3x . 100) : 0,075 = (8x . 100) : 0,2 = 80 %

n_{H+ pứ} = 2. n_H2 + 2 . n_O2-/oxit = 2. 0,24 + 2. (4 . nFe₃O₄ bđ)  = 2 . 0,24 + 2. 4 . 0,075

        = 1,08 mol

=> n_H2SO4 pư = 1,08 / 2 = 0,54 mol.

Câu 3. Nung nóng m (g) hỗn hợp gồm Al và Fe₃O₄ trong điều kiện không có không khí. Sau phản ứng xảy ra hoàn  toàn  thu được hh chất rắn X . Cho X tác dụng với dd NaOH dư thu được dd Y , chất rắn Z và 3,36 lít H₂ (đktc). Sục khí CO₂ dư vào dd Y thu được 39g kết tủa. Tìm m?

Lời giải

8 Al  +  3Fe₃O₄    4 Al₂O₃ + 9 Fe (  + Al dư)

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

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

n_{Al dư} = n_H2 . 2/ 3 = 0,1 mol;                             n_Al(OH)3 = 0,5 mol

BTNT  Al:       n_{Al dư} . 1 + n_Al2O3 . 2 = n_Al(OH)3 . 1

=>  n_Al2O3 = 0,2 mol

BTNT oxi  n_Fe3O4 . 4 = nAl2O3 .3

=> n_Fe = 3 . 0,15 = 0,45 mol

m = m hh sau = 0,1 .27 + 0,2 . 102 + 0,45 . 56 = 48,3 (g)

Câu 4. Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm giữa Al và Fe_xO_y thu được 92,35g chất rắn Y. Cho Y tác dụng với dd NaOH dư thu được 8,4 lít H₂(đktc). Chất rắn không tan Z. Hòa tan ½ Z trong H₂SO₄ đặc, nóng dư thu được 13,44lit khí SO₂ (đktc). Phản ứng xảy ra hoàn toàn. Tính mAl2O3 trong hh Y và công thức Fe_xO_y?

Lời giải

H = 100% , Al dư, Fe_xO_y hết                                                  Al + Fe_xO_y Al₂O₃ + Fe

n_{Al dư} = 2. n_H2 /3 = 0,25 mol

Z có Fe => n_Fe(1/2Z )   . 3 = n_SO2 . 2   => n_Fe (1/2Z )  = (0,6 . 2) : 3 = 0,4 mol

=> n_Fe /(Z) = 0,4 . 2 = 0,8 mol

m _Al2O3 = 92,35 – 0,25 . 27 – 0,8 . 56 = 40,8 g

=> n_Al2O3 = 0,4 mol

n_Fe/ oxit = 0,8 mol

BTNT oxi : n_O/Fe_xO_y  = n_O / Al₂O₃ = 0,4 . 3 = 1,2 mol

x  : y = n_Fe : n_O = 0,8 : 1,2 = 2 : 3 => Fe₂O₃