Bài tập về phản ứng nhiệt nhôm

 DẠNG 4: PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM

Một số chú ý khi giải bài tập:

- Phản ứng nhiệt nhôm: Al + oxit kim loại  oxit nhôm + kim loại 
                                          (Hỗn hợp X)                      (Hỗn hợp Y) 
- Thường gặp: 
         + 2Al + Fe2O₃  \(\overset{to}{\rightarrow}\) Al₂O₃ + 2Fe 
         + 2yAl + 3Fe_xO_y y  \(\overset{to}{\rightarrow}\) Al₂O₃ + 3xFe 
         + (6x – 4y)Al + 3xFe₂O₃  \(\overset{to}{\rightarrow}\) 6Fe_xO_y + (3x – 2y)Al₂O₃
- Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, tùy theo tính chất của hỗn hợp Y tạo thành để biện luận. Ví dụ: 
         + Hỗn hợp Y chứa 2 kim loại → Al dư ; oxit kim loại hết 
         + Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch bazơ kiềm (NaOH,…) giải phóng H₂ → có Al dư 
         + Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch axit có khí bay ra thì có khả năng hỗn hợp Y chứa (Al₂O₃ + Fe) hoặc (Al₂O₃ + Fe + Al dư) hoặc (Al₂O₃ + Fe + oxit kim loại dư) 
- Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn, hỗn hợp Y gồm Al₂O₃, Fe, Al dư và Fe₂O₃ dư 
- Thường sử dụng: 
         + Định luật bảo toàn khối lượng: m_hhX = m_hhY 
         + Định luật bảo toàn nguyên tố (mol nguyên tử):

n_{Al (X)} = n_{Al (Y)} ; n_{Fe (X)} = n_{Fe (Y)} ; n_{O (X)} = n_{O (Y)}

Một số ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe₂O₃ (trong điều kiện không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn , thu được hỗn hợp rắn Y. Chia Y thành hai 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. 22,75 gam                B. 21,40 gam                            C. 29,40 gam                  D. 29,43 gam

Lời giải

nH₂₍₁₎ = 0,1375 mol ; nH₂₍₂₎ = 0,0375 mol 
- Hỗn hợp rắn Y tác dụng với NaOH giải phóng H₂ → Al dư và vì phản ứng xảy ra hoàn toàn nên thành phần hỗn hợp rắn Y gồm: Al₂O₃, Fe và Al dư 
- Gọi nFe = x mol ; nAl dư = y mol có trong 1/2 hỗn hợp Y 
- Từ đề ta có hệ phương trình: 
- Theo đlbt nguyên tố đối với O và Fe: nAl₂O₃ = nFe₂O₃ = = 0,05 mol 
- Theo đlbt khối lượng: m = (0,05.102 + 0,1.56 + 0,025.27).2 = 22,75 gam → đáp án A

Ví dụ 2: 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. Giá trị của m là: 
A. 45,6 gam                   B. 57,0 gam                      C. 48,3 gam                                     D. 36,7 gam

Lời giải

nH₂ = 0,15 mol ; nAl(OH)₃ = 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 xảy ra là: 
2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂ 
Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na[Al(OH)₄] 
CO₂ + Na[Al(OH)₄] → Al(OH)₃ + NaHCO₃ 
- nH₂ = 0,15 mol → y = 0,1 mol 
- Theo đlbt nguyên tố đối với Al: 2x + y = 0,5 → x = 0,2 mol 
- Theo đlbt nguyên tố đối với O: nO_(FeO) = nO_(AlO) → nFe₃O₄ = mol 
- Theo đlbt nguyên tố đối với Fe: nFe = 3nF₃O₄ = 3.0,15 = 0,45 mol 
- Theo đlbt khối lượng: m = 0,45.56 + 0,2.102 + 0,1.27 = 48,3 gam → đáp án C

Ví dụ 3: 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. Khối lượng Al₂O₃ trong Y và công thức oxit sắt lần lượt là: 
A. 40,8 gam và Fe₃O₄                                        B. 45,9 gam và Fe₂O₃ 
C. 40,8 gam và Fe₂O₃                                        D. 45,9 gam và Fe₃O₄

Lời giải

nH₂ = 0,375 mol ; nSO_{2(cả Z)} = 2.0,6 = 1,2 mol 
- Từ đề suy ra thành phần chất rắn Y gồm: Fe, Al₂O₃, Al dư và phần không tan Z là Fe 
- nH₂ = 0,375 mol → nAl dư = 0,25 mol 
- nSO₂ = 1,2 mol → nFe = mol 
- mAl₂O₃ = 92,35 – 0,8.56 – 0,25.27 = 40,8 gam (1) → nAl₂O₃ = 0,4 mol 
- Theo đlbt nguyên tố đối với O → nO_(FeO) = 0,4.3 = 1,2 mol 
- Ta có:  → công thức oxit sắt là Fe₂O₃ (2) 
- Từ (1) ; (2) → đáp án C

Ví dụ 4: Trộn 5,4 gam bột Al với 17,4 gam bột Fe₃O₄ rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm (trong điều kiện không có không khí). Giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử Fe₃O₄ thành Fe. Hòa tan hoàn toàn chất rắn sau phản ứng bằng dung dịch H₂SO₄ loãng (dư) thu được 5,376 lít khí H₂ (ở đktc). Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm và số mol H₂SO₄ đã phản ứng là: 
A. 75 % và 0,54 mol                                              B. 80 % và 0,52 mol 
C. 75 % và 0,52 mol                                              D. 80 % và 0,54 mol

Lời giải

nAl = 0,2 mol ; nFe₃O₄ = 0,075 mol ; nH₂ = 0,24 mol 
- Phản ứng xảy ra không hoàn toàn: 8Al + 3Fe₃O₄  4Al₂O₃ + 9Fe 
                                                      x→                         0,5x       (mol) 
- Hỗn hợp chất rắn gồm: 
- Ta có phương trình: .2 + (0,2 – x).3 = 0,24.2 → x = 0,16 mol → H_{phản ứng} =% (1) 
- nH⁺_{phản ứng} = 2.nFe + 3.nAl + 6.nAl₂O₃ + 8.nFe₃O₄ = 0,36 + 0,12 + 0,48 + 0,12 = 1,08 mol 
→ nH₂SO_{4phản ứng} = mol (2) 
- Từ (1) ; (2) → đáp án D

BÀI TẬP ÁP DỤNG

Câu 1: Trộn 10,8 gam bột nhôm với 34,8g bột Fe₃O₄ rồi tiến hành phản ứng nhiẹt nhôm thu được hỗn hợp A. hòa tan hết A bằng HCl thu được 10,752 lít H₂(đktc). Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm và thể tích dung dịch HCl 2M cần dùng là

A. 80% và 1,08lít                     B. 20% và 10,8lít      C. 60% và 10,8lít                      D. 40% và 1,08lít

Câu 2: nung hỗn hợp A gồm Al, Fe₂O₃ được hỗn hợp B (hiệu suất 100%). Hòa tan hết B bằng HCl dư được 2,24 lít khí (đktc), cũng lượng B này nếu cho phản ứng với dung dịch NaOH dư thấy còn 8,8g rắn C. Khối lượng các chất trong A là?

A. m_Al=2,7g, mFe₂O₃=1,12g                          B. m_Al=5,4g, mFe₂O₃=1,12g

C. m_Al=2,7g, mFe₂O₃=11,2g                           D. m_Al=5,4g, mFe₂O₃=11,2g

Câu 3: Hỗn hợp A gồm 0,56g Fe và 16g Fe₂O₃ m (mol) Al rồi nung ở nhiệt độ cao không  có không khí được hỗn hợp D. Nếu cho D tan trong H₂SO₄ loãng được v(lít) khí nhưng nếu cho D tác dụng với NaOH dư thì thu được 0,25V lít khí. Gía trị của m là?

A. 0,1233                    B. 0,2466                     C. 0,12                        D. 0,3699

Câu 4: Có 26,8g hỗn hợp bột nhôm và Fe₂O₃. Tiến hành nhiệt nhôm cho tới hoàn toàn rồi hòa tan hết hỗn hợp sau phản ứng bằng dung dịch HCl được 11,2 lít H₂(đktc). Khối lượng các chất trong hỗn hợp ban đầu là?

A. m_Al=10,8g;m=1,6g                          B. m_Al=1,08g;m=16g

C. m_Al=1,08g;m=16g                           D. m_Al=10,8g;m=16g

ĐÁP ÁN

1. A                 2. A                             3.B                  4.D