Phản ứng nhiệt nhôm là gì

Câu hỏi: Phản ứng nhiệt nhôm là gì?

Lời giải:

Phản ứng nhiệt nhôm được định nghĩa là phản ứng hóa học tỏa nhiệt trong đó nhôm là chất khử ở trong nhiệt độ cao.

Phương trình tổng quát:

Al + oxit kim loại →t^∘ oxit nhôm + kim loại

(Hỗn hợp X)   (Hỗn hợp Y)

Phản ứng này đã được sử dụng để khử oxit kim loại mà không dùng đến cacbon. Phản ứng này thường tỏa nhiệt rất cao, nhưng trong đó có một năng lượng hoạt hóa cao do các liên kết giữa các nguyên tử trong chất rắn phải được phá vỡ trước. Lúc này thì oxit kim loại được đun nóng với nhôm trong một lò đun. Phản ứng này chỉ có thể sử dụng để sản xuất ra số lượng nhỏ vật liệu.

Cùng Top lời giải đi tìm hiểu chi tiết về phản ứng nhiệt nhôm nhé.

Phản ứng nhiệt nhôm là gì?

Như đã định nghĩa ở đầu bài, phản ứng nhiệt nhôm là một loại phản ứng ở nhiệt độ cao giữa nhôm với oxit hoặc với các chất khác. Với vai trò là chất khử, phản ứng này sinh nhiều nhiệt và tạo ra các đơn chất kim loại. Ta cùng tìm hiểu phản ứng nhiệt nhôm qua một số phương trình giữa nhôm với các axit;

Nhôm phản ứng oxit sắt: 2yAl + 3Fe_xO_y → yAl₂O₃ + 3xFe

Đây là phản ứng đặc trưng và có nhiều ứng dụng nhất. Cụ thể là hỗn hợp tạo thành gồm (Fe và Al₂O₃ dùng để hàn vá đường ray tàu lửa)

Phản ứng nhiệt nhôm điều chế kim loại nào?

Sau khi tìm hiểu dãy hoạt động hóa học của kim loại thì chúng ta đã dần nắm được các qui luật về độ phản ứng mạnh hay yếu của kim loại. Cụ thể trong trường hợp này, nhôm đẩy được các kim loại khác ra khỏi oxit phải thõa mãn điều kiện: Đó phải là các kim loại trung bình hoặc yếu (từ Zn trở đi). Bạn hoàn toàn có thể dùng dãy hoạt động hóa học để tìm hiểu các kim loại này nếu vẫn chưa nhớ.

Phản ứng nhiệt nhôm thường gặp

Ví dụ nổi bật nhất là phản ứng giữa oxit sắt III (Fe₂O₃) và nhôm (Al):

2Al + Fe₂O₃ → _t∘2Fe + Al₂O₃

Một số phản ứng khác như:

8Al + 3Mn304→ _t∘4Al₂O₃+ 9Mn

Cr₂0₃ + 2Al→ _t∘Al₂O₃ + 2Cr

Các trường hợp phản ứng nhiệt nhôm xảy ra

Phản ứng xảy ra hoàn toàn

Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, tùy theo tính chất 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) hoặc (Al₂O₃+Fe) + oxit kim loại dư.

Phản ứng xảy ra không hoàn toàn

Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn, hỗn hợp Y gồm Al₂O₃,Fe,Aldư và Fe₂O₃ dư.

Định luật liên quan phản ứng nhiệt nhôm

- Định luật bảo toàn khối lượng: mhhX = mhhY

- ĐỊnh luật bảo toàn nguyên tố (mol nguyên tử): nFeX = nFeY; nAlX =n AlY.

Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm

Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm Al và Cr₂O₃ trong điều kiện không có không khí. Sau một thời gian thu được 21,15 gam hỗn hợp X. Chia X thành hai phần bằng nhau. Cho phần 1 vào lượng dư dung dịch HCL nóng loãng, thu được 3,36 lít khí H2 (dktc). Hòa tan phần 2 vào lượng dư dung dịch NaOH đặc nóng, thu được 1,68 lít H2 (dktc). Biết các phản ứng của phần 1 và phần 2 đều xảy ra hoàn toàn. Hiệu suất của phản ứng là gì?

Cách giải:

Tính số mol chât của từng phần, khi đó mX = 21,952

Phần 2 với NaOH đặc nóng, chỉ có Al sinh ra khí H₂, Cr không phản ứng.

nAl dư = 2nH₂₃ = 0,05

Phần 1 với HCl, cả Al dư và Cr đều phản ứng sinh ra khí H2

2nCr + 3nAl = 2nH2→nCr = 0,075

2Al + Cr₂0₃ → Al₂O₃ + 2Cr

2Al + Cr₂0₃ → Al₂O₃ + 2Cr

Vậy: nAl ban đầu = 0,075+0,05 = 0,125

và nCr₂0₃  ban đầu = mX− mAl152 = 0.05

Hiệu suất phản ứng: H = nCr₂0₃  pư/nCr₂0₃ bđ =75

Phản ứng nhiệt nhôm với Cr₂0₃ 

Phương trình: 

Phản ứng nhiệt nhôm với  Cr₂0₃ lần đầu tiên được sử dụng để khử oxit kim loại mà không sử dụng cacbon. Phản ứng này tỏa nhiệt rất cao: 2200 °C, nhưng nó có một năng lượng hoạt hóa cao do các liên kết giữa các nguyên tử trong chất rắn phải được phá vỡ trước.

Lưu ý khi giải bài tập nhiệt nhôm

Khi tiến hành giải bài tập này, các em học sinh cần phải lưu ý một số điểm quan trọng dưới đây:

+ Nếu hỗn hợp sau khi phản ứng ta cho tác dụng với dung dịch kiềm sinh ra khí H₂ thì Al còn dư sau phản ứng nhiệt nhôm hoặc hiệu suất H của phản ứng < 100%. Phản ứng này liên quan đến tính chất của kim loại Al, các em cần phải nắm vững.

+ Khi phản ứng kết thúc mà không thấy khí bay lên thì tức là Al không dư và phản ứng thì xảy ra hoàn toàn

+ Tổng khối lượng hỗn hợp trước phản ứng = tổng khối lượng hỗn hợp sau phản ứng. (Định luật bảo toàn khối lượng)

+ Áp dụng định luật bảo toàn electron.

+ Gỉa thiết cho phản ứng xảy ra hoàn toàn → Thì chất rắn chắc chắn có Al₂O₃ , Fe và có thể Al hoặc FexOy dư. Gỉa thiết không nói đến hoàn toàn, hoặc bắt tính hiệu xuất thì các bạn nên nhớ đến trường hợp chất rắn sau phản ứng có cả 4 chất Al, FexOy, Al₂O₃, Fe.