10. Cấu trỳc luận văn
2.5.4. Bài toỏn về phản ứng nhiệt luyện
1. Phản ứng nhiệt luyện:
MxOy + (CO, H2, Al)t0 M + (CO2, H2O, Al2O3)(với M sau Al ) Nếu M cú nhiều mức oxi hoỏ (vớ dụ như Fe2O3, Fe3O4...) thỡ sản phẩm cú thể gồm cỏc ụxit cú mức ụxi hoỏ thấp hơn.
Để giải nhanh bài toỏn này cần chỳ ý:
- Khối lượng ụxi giảm là khối lượng ụxi trong ụxit bị mất khỏi ụxit.
- nO(trong ụxit bị mất) = nCO phản ứng (hoặc nH2phản ứng) = nCO2hoặc nH O2
- ĐLBT khối lượng : mCO phản ứng + moxit = mrắn + mCO2
- Cú nhiều bài toỏn xảy ra theo sơ đồ: MxOy 2 ( , , chatkhu CO Al H Sản phẩm rắn õ ox 3, 2 4 ch t ihoamanh HNO H SO Sản phẩm.
Khi đú, cần nhận định trạng thỏi ụxi hoỏ của cỏc chất sau hai quỏ trỡnh rồi vận dụng ĐLBT số mol electron để giải.
2.Một phản ứng nhiệt luyện quan trọng là phản ứng nhiệt nhụm: 2yAl + 3MxOy t0 3xM + y Al2O3
Hỗn hợp rắn thu được sau phản ứng cú nhiều khả năng: a, Khi phản ứng xảy ra hoàn toàn:
- Nếu hỗn hợp rắn tỏc dụng với dung dịch kiềm giải phúng H2 Al dư, MxOy hết
- Nếu hỗn hợp rắn tỏc dụng với axit giải phúng H2
Hỗn hợp rắn cú thể gồm: Al2O3 và M, hoặc cú thờm Al dư. hoặc cú thờm MxOy dư. Cần phải giả thiết mỗi trường hợp để giải và tỡm ra trường hợp hợp lớ.
b, Khi phản ứng xảy ra khụng hoàn toàn:
- Hỗn hợp rắn gồm Al2O3, M và cỏc chất ban đầu đều cũn dư. Cần phải đặt số mol Al(hoặc MxOy) đó phản ứng là n để giải bài toỏn.
- Hiệu suất của phản ứng nhiệt nhụm tớnh theo chất ớt hơn Hphản ứng = phanung
bandau n
n .100%
Bài toỏn minh hoạ
Bài 1: Thổi một luồng khớ CO dư qua ống sứ đựng m gam hỗn hợp gồm CuO, Fe2O3, FeO nung núng thu được 2,5 gam chất rắn. Toàn bộ khớ thoỏt ra sục vào nước vụi trong dư cú 15 gam kết tủa trắng. Tớnh m?
Lời giải: MxOy + yCO t0 xM + yCO2 CO2 + Ca(OH)2 CaCO3+ H2O 0,15 0,15 2 0,15 CO CO n n mol Áp dụng ĐLBT khối lượng , ta cú : m + 28.0,15 = 2,5 + 44.0,15 m = 4, 9 gam
Bài 2: Khử hoàn toàn 16 gam bột oxit sắt bằng CO ở nhiệt độ cao, sau khi phản ứng kết thỳc, khối lượng chất rắn giảm 4,8 gam.
Xỏc định cụng thức oxit sắt và thể tớch khớ CO cần dựng (đktc).
Lời giải:
FexOy + yCO t0 xFe + yCO2
Khối lượng chất rắn giảm bằng khối lượng của oxi trong oxit mO = 4,8 gam mFe = 16 – 4,8 = 11,2 gam Xột tỉ số: 0 11, 2 2 4,8 3 Fe x y m x Fe O m y là Fe2O3
Áp dụng ĐLTT khối lượng ta cú: 16 + 28a = 11,2 + 44a a = 0,3 VCO = 6,72 lớt.
Bài 3: Nung hỗn hợp bột gồm 15,2 gam Cr2O3; 69,6 gam Fe3O4 và m gam Al ở nhiệt độ cao. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 114,5 gam hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ hỗn hợp X phản ứng với axit HCl(dư) thoỏt ra V lớt khớ H2(ở đktc). Tớnh V?
Lời giải:
Áp dụng ĐLBT khối lượng m(Al ban đầu) = 114,5 – (15,2 + 69,6) = 29,7 gam. nAl = 1,1 mol; nCr O3 3 0,1mol n; Fe O3 4 0,3mol
Cr2O3 + 2Al t0 Al2O3 + 2Cr (1)
0,1 0,2 0,2 Sau (1) cũn dư 0,9 mol Al 3Fe3O4 + 8Al t0 4Al2O3 + 9Fe (2)
0,3 0,8 0,9 Sau (2) cũn dư 0,1 mol Al Trong X cú 3 kim loại phản ứng với HCl giải phúng H2
Quỏ trỡnh nhường e: Al Al3+ + 3e 0,1 0,3 Fe Fe2+ + 2e 0,9 1,8 Cr Cr2+ +2e 0,2 0,4 Quỏ trỡnh nhận e: 2H++ 2e H2 2x x
Áp dụng ĐLBT số mol electron, ta cú: 2x = 2,5 mol x = 1,25 mol
V = 1,25.22,4 = 28 lớt
Bài 4 : Nung núng m gam hỗn hợp Al và FexOy (trong mụi trường khụng cú khụng khớ) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tỏc dụng với dung dịch NaOH dư được 0,03 mol H2, dung dịch Y và 4,48 gam chất rắn khụng tan. Cho từ từ dung dịch HCl vào Y đến khi thu được lượng kết tủa lớn nhất, lọc lấy kết tủa, nung đến khối lượng khụng đổi được 5,1 gam chất rắn. Tớnh m?
Lời giải:
o t
x y 2 3
2yAl 3Fe O 3xFe yAl O (1)
Rắn X + NaOH dư cho khớ thoỏt ra Al dư. Chất rắn khụng tan là Fe(0,08mol).
2Al (dư) + 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2
0,02 0,03
Như vậy X gồm Fe(0,08 mol); Al2O3 ; Al dư(0,02 mol)
Al(dư)
NaOH NaAlO2 HClAl(OH)3 t0 Al2O3 Al2O3 0,05 nol 2 3 Al O n tạo ra từ Al(dư) = 1 2.0,02 = 0,01mol 2 3(1) 0,05 0,01 0,04 Al O n mol
Theo (1) 2Al + Fe2O3 t0 2Fe + Al2O3 0,08 0,04 0,08
nAl ban đầu = 0,08 + 0,02 = 0,1 mol m = 0,1.27 + 160.0,04 = 9,1 gam
Bài 5 : Cho hỗn hợp A gồm Al và Fe2O3. Nung A ở nhiệt độ cao để phản ứng xảy ra hoàn toàn được hỗn hợp B. Chia B thành 2 phần:
- Phần ớt (phần 1): Cho tỏc dụng với dung dịch NaOH dư, được 1,176 lớt khớ (đktc) và chất khụng tan. Tỏch riờng chất khụng tan đem hoà tan trong dung dịch HCl dư được 1,008 lớt khớ (đktc).
- Phần nhiều (phần 2): Cho tỏc dụng với dung dịch HCl dư được 6,552 lớt khớ (đktc). Tớnh khối lượng hỗn hợp A? Lời giải: 2 H n phần 1 = 0,045 mol; nH2phần 2 = 0,2925 mol
8Al + 3Fe2O3 t0 9Fe + 4Al2O3 (1) Hỗn hợp B gồm Fe, Al2O3 và Al dư
Phần I: Al2O3 và Al dư tan trong dung dịch NaOH dư
2 H n = 0,0525 nAl (dư) = 0,035 mol Chất rắn khụng tan là Fe: Fe + 2HCl FeCl2 + H2 0,045 0,045 Từ (1) 2 3 Al O n = 0,02 mol Phần II: Giả sử phần II gấp k lần phần I Fe + 2HCl FeCl2 + H2 Al2O3 + 6HCl AlCl3 + 3H2O Al(dư) + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 2 H Fe Aldu 3 3 n 0,2925mol n n 0,045k .0,035k 2 2 k = 3 (phần II gấp 3 lần phần I) Số mol cỏc chất trong A gấp 4 lần phần I (nFe = 0,045.4 = 0,18; nAl dư = 0,035.4 = 0,14...) Từ (1) 2 3 Fe O n = 0,06 mol
nAl phản ứng = 0,16 mol nAl ban đầu = 0,16 + 0,14 = 0,3 mol
Bài toỏn vận dụng :
Bài toỏn tự luận.
Bài 1: Để khử hoàn toàn 45 gam hỗn hợp X gồm CuO, FeO, Fe3O4, Fe2O3, Fe và MgO cần dựng vừa đủ 8,4 lớt khớ CO(ở đktc).
Tớnh khối lượng chất rắn Y thu được sau phản ứng?
Đỏp ỏn: 39 gam
Bài 2: Cho V lớt hỗn hợp khớ (đktc) gồm CO, H2 phản ứng với lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO, MgO và Fe3O4 nung núng. Sau khi cỏc phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng hỗn hợp rắn giảm 0,32 gam .
Tớnh giỏ trị của V?
Đỏp ỏn: 0,448 lớt
Bài 3: Trong bỡnh kớn chứa 0,5 mol CO và m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 (trong đú số mol FeO bằng số mol Fe2O3). Đun núng bỡnh cho tới khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thỡ lượng khớ trong bỡnh cú tỉ khối so với khớ CO ban đầu là 1,457.Tớnh giỏ trị của m?
Đỏp ỏn: m = 23,2 gam
Bài 4: Cho dũng khớ CO vừa đủ qua ống sử dụng 0,12 mol hỗn hợp X gồm FeO và Fe2O3 đun núng, thu được 14,352 gam hỗn hợp rắn X và 0,138 mol CO2. Hoà tan hết Y vào dung dịch HNO3 dư được V lớt khớ NO(sản phẩm khử duy nhất, ở đktc).Tớnh giỏ trị của V?
Đỏp ỏn: V = 2,285 lớt
Bài 5: Cho luồng khớ CO vừa đủ đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 ở nhiệt độ cao, được 6,72 gam hỗn hợp X gồm 4 chất rắn. Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp này vào dung dịch HNO3 dư được 0,02 mol NO(sản phẩm khử duy nhất ở đktc).Tớnh giỏ trị của m?
Đỏp ỏn: m = 7,2 gam
Bài 6: Trộn 10,8 gam bột Al với 34,8 gam bột Fe3O4 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhụm trong điều kiện khụng cú khụng khớ. Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp
rắn sau phản ứng bằng dung dịch H2SO4 loóng (dư) thu được 10,752 lớt H2(đktc).Tớnh hiệu suất phản ứng nhiệt nhụm?
Đỏp ỏn: H = 80%
Bài 7: Nung núng m gam hỗn hợp Al và FexOy (trong mụi trường khụng cú khụng khớ) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tỏc dụng với dung dịch NaOH dư được 0,03 mol H2. Dung dịch Y và 4,48 gam chất rắn khụng tan. Cho từ từ dung dịch HCl vào Y đến khi thu được lượng kết tủa lớn nhất. lọc lấy kết tủa, nung đến khối lượng khụng đổi được 5,1 gam chất rắn.Tớnh m?
Đỏp ỏn: m = 9,1 gam
Bài 8:Cho 41,1 gam hỗn hợp X gồm Fe2O3, Cr2O3và Al2O3 tỏc dụng với dung dịch NaOH đặc (dư), sau phản ứng được chất rắn cú khối lượng 16 gam.để khử hoàn toàn 41,4 gam X bằng phản ứng nhiệt nhụm, phải dựng 10,8gam Al. Tớnh phần trăm khối lượng của Cr2O3 trong X(biết H = 100%)?
Đỏp ỏn: 36,71%
Bài 9: Nung 5,54 gam hỗn hợp X gồm Fe3O4, CuO và Al đến phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Hoà tan hết Y trong dung dịch HCl dư thỡ lượng H2 sinh ra tối đa là 0,06 mol. Nếu cho Y vào dung dịch NaOH dư thỡ thấy cũn 2,96 gam chất rắn khụng tan .
Tớnh % khối lượng của Al trong X?
Đỏp ỏn: 29,24%
Bài 10: Thực hiện phản ứng nhiệt nhụm hỗn hợp Al và Fe2O3 được hỗn hợp Y. Cho Y tỏc dụng vừa đủ với 150 ml dung dịch NaOH 1M khụng cú khớ thoỏt ra.Tớnh khối lượng Al trong hỗn hợp X?
Đỏp ỏn: m= 4,05 gam
Bài tập trắc nghiệm khỏch quan.
Cõu 1: Hỗn hợp A gồm Al và Fe2O3. Thực hiện phản ứng nhiệt nhụm hoàn toàn hỗn hợp A thu được hỗn hợp B. Chia B là 2 phần bằng nhau.
Phần II: Cho tỏc dụng với dd NaOH cũn dư, thấy cú 4,4g chất rắn khụng tan. Tỡm khối lượng mỗi chất tan trong B.
A. mAl2O3 = 5,1g ; mFe2O3 = 3,2g ; mFe=5,6g B. mAl2O3 = 5,1g ; mAl = 2,7g ; mFe=5,6g C. mAl2O3 = 10,2g ; mFe2O3 = 16g ; mFe=7,2g D. mAl2O3 = 20,4g ; mAl = 16g ; mFe=5,6g
Cõu 2: Trộn 16,2g bột Al với 72g Fe2O3 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhụm trong điều kiện khụng cú khụng khớ, kết thỳc thớ nghiệm khối lượng chất rắn thu được là:
A.92,25 gam B.84,15 gam C.97,65 gam D.77,4 gam
Cõu 3: Trộn 16,2 g bột Al với 69,6 g bột Fe3O4 thu được hỗn hợp X thực hiện phản ứng nhiệt nhụm hỗn hợp X trong điều kiện khụng cú khụng khớ khi thu được hỗn hợp Y. Cho Y tỏc dụng với dd HCl dư thu được 17,64 lớt H2 đktc. Hiệu suất phản ứng nhiệt nhụm là
A.20% B.30% C.40% D.50%
Cõu 4: Thực hiện phản ứng nhiệt nhụm 92,35 g hỗn hợp X gồm Al và FexOy thu được chất rắn Y. Hũa tan Y trong dd NaOH dư thấy cú 8,4 lớt khớ thoỏt ra
và cũn lại phần chất rắn khụng tan Z. Hũa tan 1
4 lượng Z hết 60 gam dd H2SO4 (đặc núng) 98%. giả sử chỉ tạo ra muối Fe3+ .Khối lượng Al2O3 trong hỗn hợp Y là:
A.2,04g B.40,8g C.20,4g D.4,08g
Cõu 5: Trộn 10,8 g bột Al với 34,8 g bột FeO rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhụm trong điều kiện khụng cú khụng khớ. Giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử oxit kim loại thành kim loại. Hũa tan chất rắn thu được sau phản ứng nhiệt nhụm bằng dd HCl được 10,752 lớt H2 (đktc). Tớnh hiệu suất phản ứng nhiệt nhụm?
Cõu 6: Tiến hành phản ứng nhiệt nhụm giữa Al với Fe3O4 trong điều kiện khụng cú khụng khớ (cho biết phản ứng xảy ra hoàn toàn và Fe3O4 chỉ bị khử thành Fe). Chia hỗn hợp thu được sau phản ứng thành 2 phần bằng nhau. Cho phần 1 tỏc dụng hết với dd NaOH dư thu được 2,52 lớt H2 (đktc). Hũa tan hết phần 2 bằng dd HNO3 đặc núng dư thấy cú 11,76 lớt khớ bay ra (đktc). Khối lượng Fe sinh ra sau phản ứng nhiệt nhụm là:
A.8,4g B. 5,6g C.11,2g D.16,8g
Cõu 7: Trộn 0,54g bột Al với bột Fe2O3 và CuO rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhụm thu được hỗn hợp rắn X. Hũa tan hoàn toàn X trong dd HNO3 thu được hỗn hợp khớ NO và NO2 cú tỉ lệ mol tương ứng 1:3 . Thể tớch khớ NO (đktc) là
A.2,24 lớt B.0,224 lớt C.6,72 lớt D.0,672 lớt
Cõu 8: Trộn bột Al dư vào hỗn hợp gồm CuO, Fe3O4 , MgO rồi nung ở nhiệt độ cao. Sau phản ứng hoàn toàn, chất rắn thu được gồm
A. Mg, Fe, Cu, Al2O3, Al B. MgO, Fe3O4, Cu, Al2O3, Al C. MgO, Fe, Cu, Al2O3, Al D. MgO, Fe, Cu, Al2O3
Cõu 9: Trộn 8,1g bột Al với bột Fe2O3 và CuO rồi đốt núng để tiến hành phản ứng nhiệt nhụm, thu được hỗn hợp X. Hũa tan hoàn toàn X trong dd HNO3 dun núng thu được V lớt khớ NO (sp khử duy nhất). Giỏ trị của V là:
A. 2,24 lớt B.6,72 lớt C.0,224 lớt D.0,672 lớt
Cõu 10: Hỗn hợp X gồm MgO, ZnO, CuO và Fe2O3. Cho CO đi qua X nung núng thu được chất rắn Y và khớ Z. Sục từ từ Z vào dd Ca(OH)2 dư thấy 90 gam kết tủa xuất hiện . Mặt khỏc, hoà tan hoàn toàn Y trong dung dịch HNO3
loóng(dư), thu được V lớt (đktc) khớ NO duy nhất. Tớnh V?
A. 13,44 lớt. B. 15,6 lớt C. 15,68 lớt D. 12,32 lớt