Phương pháp giải toán : Phản ứng nhiệt nhôm

a. Khái quát về phản ứng nhiệt nhôm 2yAl + 3MxOy

t0

→yAl2O3 + 3xM Thường gặp MxOy: FexOy, Cr2O3, CuO Bảng tóm tắt trường hợp có thể xảy ra:

Hiệu suất phản ứng Al MxOy Chất rắn sau phản ứng H=100% (phản ứng hoàn

toàn: ít nhất 1 trong 2 chất phản ứng hết)

Hết Hết Al2O3, M

Hết Dư Al2O3, M, MxOy

Dư Hết Al2O3, M, Al dư H<100% (phản ứng

không hoàn toàn: cả 2 chất phản ứng đều dư)

Dư Dư Al2O3, M, Al dư, MxOy

dư

b. Một số chú ý khi giải toán

Khi phản ứng xảy ra hoàn toàn

• Nếu chất rắn thu được sau phản ứng tác dụng hoàn toàn với dung dịch kiềm giải phóng H2Al dư, MxOy hết.

• Nếu chất rắn sau phản ứng ngoài việc tác dụng với dung dịch H+ mà còn tác dụng với dung dịch OH- dư mà còn m gam chất rắn không tan thì giả thiết Al phản ứng hết, khí H2 sinh ra khi tác dụng với H+ chỉ tạo ra từ M(Fe, Cr) từ đó tính được mM so sánh với m: nếu mM>mAl phản ứng hết là sai  chất rắn có Al dư và MxOy hết.

• Nếu sản phẩm sau phản ứng nhiệt nhôm chia làm 2 phần không bằng nhau thì:

- Giả sử số mol mỗi chất ở thí nghiệm này bằng k lần số mol mỗi chất ở thí nghiệm khi. Sau đó giải theo các dạng bài toán trên.

- Khi biết lượng chênh lệch giữa 2 phần thì gọi m1, m2 là khối lượng mỗi phầnlập hệ phương trình:

1 2

2 1

m m mbủ

m m

 + =

 − = ∆



∆: khối lượng chênh lệch do đề bài cho  Khi phản ứng xảy ra không hoàn toàn

• Đặt ẩn là số mol các chất trong hỗn hợp ban đầu và các chất trong hỗn hợp sau phản ứng. Sau đó lập các phương trình toán học theo giả thiết và có thể thêm các phương trình toán học dựa vào định luật bảo toàn khối lượng và định luật bảo toàn nguyên tố.

- Định luật bảo toàn khối lượng : ∑m( )bủ =∑m(sau)

- Định luật bảo toàn số mol nguyờn tố : ∑nAl( )bủ =∑nAl(sau)

• Sau phản ứng nhiệt nhôm nếu hỗn hợp rắn tác dụng với chất oxi hóa mạnh như (HNO3, H2SO4 đặc nóng) thì cần xác định đúng sự thay đổi số oxi hóa của các chất trước và quá trình phản ứng rồi vận dụng định luật bảo toàn electron sẽ cho kết quả nhanh.

• Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm:

.100%

H pử npử

= nbủ

( luôn tính theo chất ít hơn) c. Phương pháp giải nhanh

Bài toán nhiệt nhôm thường sử dụng các phương pháp:

• Định luật bảo toàn khối lượng

• Định luật bảo toàn electron

• Định luật bảo toàn nguyên tố

Thông qua các phương pháp này sẽ cho kĩ năng tính nhanh.

2.2.11.2.Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: 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. 48,3. B. 45,6. C. 36,7. D. 57,0.

Hướng dẫn giải

8Al + 3Fe3O4

t0

→4Al2O3+ 9Fe

Chất rắn Y gồm : Al(dư), Fe, Al2O3

Số mol H2 = 0,15 (mol) Số mol Al(OH)3 = 0,5 (mol)

Theo định luật bảo toàn số mol Al ta có: nAl(bđ) = số mol Al(OH)3 = 0,5 (mol) Theo định luật bảo toàn e, ta có : nAl(dư) =2.0,15 0,1( )

3 = mol

Số mol Al phản ứng = 0,5- 0,1= 0,4(mol)

Theo định luật bảo toàn e, ta có : số mol Fe3O4 =3.0,4 0,15( )

8 = mol

m = 27.0,5 + 232.0,15= 48,3 (gam) (Đáp án A)

Ví dụ 2: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hoàn toàn hỗn hợp X gồm Al và Fe2O3 thu được hỗn hợp Y. Cho Y tan hết trong dung dịch H2SO4 thu được 7,84 lít H2 (ở đktc). Nếu cho Y tác dụng NaOH dư thấy có 3,36 lít H2 (ở đktc). Khối lượng Al trong hỗn hợp X là

A. 2,7gam. B . 8,1gam. C. 10,8gam. D. 5,4gam.

Hướng dẫn giải

2Al + Fe2O3

t0

→Al2O3+ 2Fe

Chất rắn Y gồm : Al(dư), Fe, Al2O3

Số mol H2 sinh ra khi Y tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng = 0,35 (mol) Số mol H2 sinh ra khi Y tác dụng với dung dịch NaOH = 0,15 (mol)

⇒ Số mol H2(do Fe sinh ra) = số mol Fe = số mol Al( pư) = 0,35 -0,15 = 0,2 (mol)

Theo định luật bảo toàn e, ta có : số mol Al(dư) = 2.0,15 0,1( )

3 = mol

Áp dụng định luật bảo toàn số mol nguyên tố, ta có:

Số mol Al (ban đầu) = 0,2 + 0,1= 0,3 (mol) m Al = 27.0,3 = 8,1(gam)

(Đáp án B)

Ví dụ 3: Cho m gam hỗn hợp X gồm Al, Fe2O3 tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 3.36 lít H2 (ở đktc). Nếu nung nóng m gam hỗn hợp X đến khi phản ứng hoàn toàn thu được 18,2 gam rắn. Số gam Al, Fe2O3 ban đầu lần lượt là

A. 2,7 và 16,0. B. 2,7 và 8,0. C. 2,7 và 15,5. D. 2,7 và 24,0.

Hướng dẫn giải

Số mol H2 = 0,15(mol)

Theo định luật bảo toàn e, ta có : số mol Al = 2.0,15 0,1( )

3 = mol

mAl = 27.0,1=2,7(gam)

Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có mX =18,2(gam) Khối lượng của Fe2O3 = 18,2-2,7 =15,5 (gam)

(Đáp án C)

Ví dụ 4:Trộn 6,48 gam Al với 16 gam Fe2O3.Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm thu được chất rắn X. Khi cho X tác dụng dung dịch NaOH dư thu được 1,344 lít khí H2 (ở đktc). Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm là

A. 100% . B. 85%. C. 80%. D. 75%.

Hướng dẫn giải

Số mol Al = 0,24 (mol) Số mol Fe2O3 = 0,1 (mol) Số mol H2 = 0,06(mol)

2Al + Fe2O3

t0

→Al2O3+ 2Fe

Theo định luật bảo toàn e, ta có : số mol Al(dư) = 2.0,06 0,04( )

3 = mol

nAl(pư) = 0,24-0,04 = 0,2(mol) số mol Fe2O3(pư) = 0,1 (mol)

2 3

0,24 2,4 2

nAl 0,1

nFe O = = > ⇒

Hiệu suất phản ứng tính theo Fe2O3

0,1.100% 100%

H =0,1 =

(Đáp án A)

Ví dụ 5: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp 26,8 gam X gồm Al và Fe2O3 cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chất rắn Y. Chia Y thành 2 phần bằng nhau :

-Phần I tác dụng dung dịch NaOH dư thu được khí H2

-Phần II tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 5,6 lít khí H2 (ở đktc) Khối lượng Al và Fe có trong hỗn hợp ban đầu lần lượt là

A. 5,4 gam và 11,4gam. B. 10,8gam và 16gam.

C. 2,7gam và 14,1gam. D. 7,1gam và 9,7gam.

Hướng dẫn giải

Số mol H2 = 0,25 (mol)số mol H2 do hỗn hợp Y sinh ra = 0,5(mol) 2Al + Fe2O3

t0

→Al2O3+ 2Fe ( mol) 2a  a 2a Gọi a là số mol của Fe2O3, b là số mol Al (dư) mX = 26,8(gam) 160a + 27(2a+b) = 26,8 (1)

Theo định luật bảo toàn e, ta có : 2a.2+ 3b = 0,5.2 (2) Từ (1) và (2), ta có: a = 0,1(mol); b = 0,2(mol)

2 3 160.0,1 16( )

(2.0,1 0,2).27 10,8( )

Fe O Al

m gam

m gam

= =

= + =

(Đáp án B)

Ví dụ 6: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hoàn toàn hỗn hợp X gồm Al và Fe2O3 thu được chất rắn Y. Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 3,36 lít khí (ở đktc) còn lại chất rắn Z. Cho Z tác dụng dung dịch H2SO4 loãng(dư) thu được 8,96 lit khí ( ở đktc). Số gam của Al và Fe2O3 lần lượt là

A. 13,5 và 16. B. 13,5 và 32. C. 6,75 và 32. D. 10,8 và 16.

Hướng dẫn giải

2Al + Fe2O3

t0

→Al2O3+ 2Fe

Chất rắn Y gồm : Al(dư), Fe, Al2O3

Số mol H2 sinh ra khi Y tác dụng với dung dịch NaOH = 0,15 (mol) Số mol H2 sinh ra khi Z tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng = 0,4 (mol)

⇒ Số mol H2(do Fe sinh ra) = số mol Fe = số mol Al( pư) = 0,4(mol)

Theo định luật bảo toàn e, ta có : số mol Al(dư) = 2.0,15 0,1( )

3 = mol

Áp dụng định luật bảo toàn số mol nguyên tố, ta có:

Số mol Al (ban đầu) = (0,4+0,1) = 0,5 (mol)

Theo định luật bảo toàn số mol nguyên tố Fe, ta có: số mol Fe2O3 = 0,2(mol)

2 3 160.0,2 32( ) 27.0,5 13,5( )

mFe O mAl

gam gam

= =

= =

(Đáp án B)

Ví dụ 7: Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe2O3 (trong môi trường 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. B. 21,40. C. 29,40. D. 29,43.

Hướng dẫn giải

2Al + Fe2O3

t0

→Al2O3+ 2Fe

Chất rắn Y gồm : Al(dư), Fe, Al2O3

Số mol H2 phần 1 = 0,1375 (mol)

Số mol H2 phần 2 = 0,0375 (mol)

⇒ Số mol H2(do Fe sinh ra) = số mol Fe = số mol Al(pư) = 0,1375 -0,0375 = 0,1 (mol)

Theo định luật bảo toàn e, ta có :

số mol Al(dư) = 2.0,0375 0,025( )

3 = mol

Áp dụng định luật bảo toàn số mol nguyên tố, ta có:

Số mol Al (ban đầu) = 2(0,025+0,1) = 0,25 (mol) Số mol Fe2O3( ban đầu) = 0,1(mol)

m = 27.0,25 + 160.0,1=22,75 (gam) (Đáp án A)

Ví dụ 8: Nung nóng một hỗn hợp gồm Al và 16 gam Fe2O3 (trong điều kiện không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng vừa đủ với V ml dung dịch NaOH 1M sinh ra 3,36 lít H2 (ở đktc). Giá trị của V là

A. 150. B. 100. C. 200. D. 300 Hướng dẫn giải

Số mol H2 = 0,15(mol) 2Al + Fe2O3

t0

→Al2O3+ 2Fe Chất rắn X gồm Al(dư), Fe, Al2O3

Số mol Fe2O3 = 0,1 (mol) = Số mol Al2O3

Theo định luật bảo toàn e, ta có : số mol Al(dư) = 2.0,15 0,1( )

3 = mol

Al2O3+ 2NaOH2NaAlO2+ H2O (mol) 0,1 0,2

2Al+ 2NaOH+ 2H2O2NaAlO2+ 3H2

(mol) 0,1 0,1

V = (0,2 0,1) .1000 300( ) 1

VNaOH = + = ml

(Đáp án D)

Ví dụ 9: Nung nóng hỗn hợp gồm m gam Al và 1,6 gam Fe2O3 đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Sản phẩm sau phản ứng tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH tạo 0,672 lít khí (ở đktc). Giá trị của m là

A. 0,54. B. 0,81. C. 1,08. D. 1,62.

Hướng dẫn giải

Số mol H2 = 0,015(mol) 2Al + Fe2O3

t0

→Al2O3+ 2Fe Chất rắn X gồm Al(dư), Fe, Al2O3

Số mol Fe2O3 = 0,01 (mol) = Số mol Al2O3

Theo định luật bảo toàn e, ta có : số mol Al(dư) = 2.0,015 0,01( )

3 = mol

Theo định luật bảo toàn nguyên tố Al, ta có nAl(bđ) = 0,1+ 0,01.2 = 0,03(mol) mAl = 27.0,03 = 0,81(gam)

(Đáp án B)

Ví dụ 10: Trộn 0,81 gam bột Al với hỗn hợp bột Fe2O3, CuO, Cr2O3 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu được hỗn hợp X. Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch HNO3 đun nóng thu được V lít NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Giá trị của V là

A.0,336. B.0,224. C.0,672. D.0,560.

Hướng dẫn giải

Trong toàn bộ quá trình chỉ có Al, và HNO3 có sự thay đổi số oxi hóa ( trạng thái đầu và cuối) nAl = 0,03 (mol)

Theo định luật bảo toàn e, ta có: 3nAl= 3nNO⇒nNO= nAl= 0,03(mol) VNO = 0,03.22,3 = 0,672(lít)

(Đáp án C) 2.2.11.3.Bài tập vận dụng

Câu 1: Nung nóng 1 hỗn hợp X gồm bột Fe2O3 và bột Al trong môi trường không có không khí. Những chất rắn còn lại sau phản ứng, nếu cho tác dụng với dung dịch NaOH dư sẽ thu được 0,3 mol H2; nếu cho tác dụng với dung dịch HCl dư sẽ thu được 0,4 mol H2. Số mol Al có trong trong hỗn hợp X là

A. 0,3 mol . B. 0,6 mol. C. 0,4 mol. D. 0,5 mol.

Câu 2: Dùng m gam Al để khử hết 1,6 gam Fe2O3. Sản phẩm sau phản ứng cho tác dụng với dung dịch NaOH dư được 0,672 lít khí (ở đktc). Giá trị của m là

A. 0,54. B. 0,81. C. 1,75. D. 1,08.

Câu 3: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm 26,8 gam hỗn hợp bột X gồm: Al và Fe2O3 cho tới khi hoàn toàn (giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử Fe2O3 thành Fe) thu được hỗn hợp X. Cho X tác dụng với lượng dư dung dịch HCl được 11,2 lít H2 (ở đktc). Số gam của Al trong X là

A. 5,40. B. 7,02. C. 9,72. D. 10,80.

Câu 4 : Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm 21,4 gam hỗn hợp X gồm bột Al và Fe2O3 (trong điều kiện không có không khí), thu được hỗn hợp Y. Cho Y tác dụng hết với dung dịch HCl dư được dung dịch Z. Cho Z tác dụng với dung dịch NaOH dư được kết tủa T. Nung T trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 16 gam chất rắn. Khối lượng Al và Fe2O3 trong hỗn hợp X lần lượt là

A. 4,4 gam và 17 gam. B.5,4 gam và 16 gam.

C. 6,4 gam và 15 gam. D. 7,4 gam và 14 gam.

Câu 5: Trộn đều 0,54 gam bột nhôm với bột Fe2O3 và bột CuO rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu đựơc hỗn hợp X. Cho X tác dụng với dung dịch HNO3 được hỗn hợp Y gồm NO và NO2 có tỉ lệ số mol tương ứng là 1 : 3. Thể tích khí NO và NO2 (ở đktc) trong Y lần lượt là

A. 0,224 và 0,672. B. 2,24 và 6,72. C. 0,672 và 0,224. D. 6,72 và 2,24.

Câu 6 : Trộn 1,62 gam bột Al với hỗn hợp bột Fe2O3, CuO, rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu được hỗn hợp X. Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch HNO3 đun nóng thu được V lít NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc).Giá trị của V là

A.3,360. B.2,240. C.1,344. D.5,600.

Câu 7: Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe2O3 (trong môi trường 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. 21,40. B. 29,40. C. 29,43. D. 22,75

Câu 8: Nung hỗn hợp bột gồm 15,2 gam Cr2O3 và m gam Al ở nhiệt độ cao. Sau khi phản ứng hoàn toàn, thu được 23,3 gam hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ hỗn hợp X phản ứng với axit HCl (dư) thoát ra V lít khí H2 (ở đktc). Giá trị của V là

A. 4,48. B. 3,36. C. 7,84. D. 10,08.

Câu 9 : Để điều chế được 78 gam Cr từ Cr2O3 (dư) bằng phương pháp nhiệt nhôm với hiệu suất của phản ứng là 90% thì khối lượng bột nhôm cần dùng tối thiểu là

A. 81,0 gam B. 40,5 gam C. 45,0 gam D. 54,0 gam

Câu 10: 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 6,72 lít khí H2 (ở đktc). Sục khí CO2 (dư) vào dung dịch Y, thu được 46,8 gam kết tủa. Giá trị của m là

A. 73,8 B. 57,0 C. 45,6 D. 36,7