Phần 1: Phản ứng nhiệt nhôm

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: 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

Bài 2: 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%

Được cập nhật: 13 tháng 4 lúc 23:33:01 | Lượt xem: 394