Cách giải bài tập Phản ứng nhiệt nhôm cực hay, chi tiết

Lý thuyết và Phương pháp giải

1. Bài toán có hiệu suất phản ứng không hoàn toàn trong phản ứng nhiệt nhôm

* Phương pháp giải chung

        2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe

- Hiệu suất phản ứng H = %Al phản ứng hoặc = % Fe₂O₃ phản ứng.

- Hỗn hợp X sau phản ứng gồm: Al₂O₃, Fe, Al dư, Fe₂O₃ thường được cho vào.

    + Tác dụng với dung dịch axit (HCl, H₂SO₄ loãng) tạo khí H₂

        Fe + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂    (1)

        2Al + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂    (2)

        ⇒ n_H2 = n_Fe + (3/2).n_Al

    + Nếu hỗn hợp X tác dụng với dung dịch NaOH thì Al và Al₂O₃ bị phản ứng.

        2Al dư + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂

        Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O

2. Bài toán nhiệt nhôm với hiệu suất H = 100%

* Phương pháp giải chung

- Bước 1: Cần xác định được Al dư hay oxit kim loại dư, trường hợp nếu cho khối lượng hỗn hợp cần xét các trường hợp Al dư và Al hết.

- Bước 2:

    + Dựa vào các dữ kiện của bài toán thường gặp là hỗn hợp sau phản ứng tác dụng với dung dịch NaOH hoặc dung dịch axit (HCl, H₂SO₄) tính số mol chất dư và số mol các chất phản ứng.

    + Vận dụng bảo toàn nguyên tố Al, Fe, O, bảo toàn khối lượng hoặc bảo toàn electron các các phản để tính toán.

- Bước 3: Tính toán theo yêu cầu của bài toán.

Bài tập vận dụng

Bài 1: Trộn 10,8 gam bột nhôm với 34,8g bột Fe₃O₄ rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí. Hòa tan hỗn hợp rắn sau phản ứng bằng dung dịch H₂SO₄ loãng dư thu được 10,752 lít H₂(đktc). Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm? (giả sử Fe₃O₄ chỉ bị khử thành Fe)

Phân tích:

- Với bài tính hiệu suất như bài này HS thường không biết tính hiệu suất theo Al hay Fe₃O₄ thực tế ở bài này đã biết số mol của Al và Fe₃O₄ ta cần so sánh tỉ lệ mol các chất để xác định xem hiệu suất của phản ứng tính theo chất nào.

- Vì là bài tính hiệu suất nên hỗn hợp A sau phản ứng gồm: Al₂O₃, Fe, Al dư, Fe₃O₄ cho vào dung dịch axit (HCl, H₂SO₄ loãng) tạo khí H₂.

    Fe + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂        (1)

    2Al + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂        (2)

    Fe₃O₄, Al₂O₃ + H⁺ → Muối + H₂O

→ n_H2 = n_Fe + (3/2).n_{Al du}

Hướng dẫn:

Theo bài ra ta có n_Al = 0,4 mol, n_Fe3O4 = 0,15 mol

→ hiệu suất H = %Fe₃O₄ phản ứng

Phản ứng:        8Al    +     3Fe₃O₄    → 4Al₂O₃ + 9Fe

Ban đầu:            0,4           0,15 (mol)

Phản ứng:         8x            3x                                   9x

Sau phản ứng: (0,4-8x)    (0,15 – 3x)                          9x

Theo PT 1,2 ta có nH₂ = nFe + (3/2).nAl du

    0,48 = 9x + (3/2).(0,4 – 8x)

    → x = 0,04 mol

Vậy hiệu suất H = % Fe₃O₄ = (0,04.3/0,15).100 = 80%

Bài 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. Tính giá trị của m?

Hướng dẫn:

- Từ đề suy ra thành phần hh rắn X gồm: Fe, Al₂O₃ (x mol) và Al dư (y mol)

- Các phản ứng xảy ra là:

    8Al + 3Fe₃O₄ → 4Al₂O₃ + 9 Fe        (1)

    2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂

    Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂

    CO₂ + NaAlO₂ + H₂O → Al(OH)₃ + NaHCO₃

- nH₂ = 0,15 mol, nAl(OH)₃ = 0,5 mol

Theo bảo toàn nguyên tố Al ta có n_{Al bđ} = n_Al(OH)3 = 0,5 mol

    n_{Al dư} = (2/3).n_H2 = 0,1 mol

→ n_{Al pư (1)} = 0,5 – 0,1 = 0,4mol

Theo Pt (1) n_Fe3O4 = (3/8).n_Al = 0,15 mol

Vậy khối lượng m = 27. 0,5 + 232 . 0,15 = 48,3 gam