Ôn tập Hóa học 12 - Chuyên đề: Phản ứng nhiệt nhôm và bài toán về phản ứng nhiệt nhôm

Nội dung tài liệu: Ôn tập Hóa học 12 - Chuyên đề: Phản ứng nhiệt nhôm và bài toán về phản ứng nhiệt nhôm

1. CHUYÊN ĐỀ: PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM VÀ BÀI TOÁN VỀ PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM. Phần kiến thức và bài tập về phản ứng nhiệt nhôm là một trong những dạng bài tập rất quan trọng luôn có trong các đề thi đại học – cao đẳng, các đề thi học sinh giỏi. Đây là một dạng bài toán khó, phức tạp và luôn gây khó khăn cho học sinh, Khi xử lí bài toán học sinh thường chưa hiểu đúng bản chất của vấn đề nên không làm được hoặc làm bài rườm rà, phức tạp mất nhiều thời gian đặc biệt là những bài toán trong các đề thi học sinh giỏi. Chính vì vậy tôi đã mạnh dạn chọn: " Phản ứng nhiệt nhôm và bài toán về phản ứng nhiệt nhôm " làm chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi. A. PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM: Là “phản ứng của Al với một oxit kim loại”, phản ứng này tỏa nhiệt rất mạnh trong đó Al là chất khử. to TQ: Al + oxit kim loại ⎯⎯ → Al2O3 + kim loại (Hỗn hợp X) (Hỗn hợp Y) Trong phản ứng nhiệt nhôm thì phản ứng của kim loại Al với oxit sắt là gặp nhiều nhất nên thường lấy phương trình là: 2 Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe (Hỗn hợp X) (Hỗn hợp Y) Khi giải bài toán nhiệt nhôm thường sử dụng: + Định luật bảo toàn khối lượng: mhhX = mhhY. + Định luật bảo toàn nguyên tố (mol nguyên tử): nAl(X) = nAl(Y) ; nFe(X) = nFe(Y) ; nO(X) = nO(Y) + Định luật bảo toàn electron cho nhiều quá trình. 1.1. Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn (H < 100%) thì: Hỗn hợp Y gồm: Fe, Al2O3, Al dư và Fe2O3 dư. 1.2. Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn (H = 100%) thì có 3 trường hợp xảy ra: * TH1: Al, Fe2O3 đều hết → h2 Y gồm Fe, Al2O3. * TH2: Al hết, Fe2O3 dư → h2 Y gồm Fe, Al2O3 và Fe2O3 dư. * TH3: Al dư, Fe2O3 hết → h2 Y gồm Fe, Al2O3 và Al dư. Để xác định sản phẩm tạo thành phải tùy theo tính chất của hỗn hợp Y tạo thành để biện luận. Ví dụ: + Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch bazơ kiềm (NaOH, ) giải phóng H2 → TH3 + Hỗn hợp Y chứa 2 kim loại → TH3 + Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch axit có khí bay ra thì có khả năng → TH1 hoặc TH2 hoặc TH3.
2. B. BÀI TOÁN VỀ PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM: 1. Bài tập tổng quát: a/ Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn: Gọi x là số mol Fe2O3 tham gia phản ứng: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe 2x → x → x → 2x Hỗn hợp sau phản ứng: Fe: 2x mol; Al2O3: x mol; Fe2O3 dư: (b-x)mol; Al dư: (a-2x)mol b/ Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn: Xét đủ 3 trường hợp rồi tìm nghiệm hợp lí: 1. Trường hợp 1:Al và Fe2O3 dùng vừa đủ: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe a a a → → → a 2 2 Hỗn hợp sau pứ: Fe: a mol ; Al2O3: mol. 2. Trường hợp 2:Al dùng dư: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe o ⎯⎯t → 2b  b → b → 2b Hỗn hợp sau pứ: Al2O3: b mol ; Fe: 2b mol ; Al dư : ( a - 2b ) mol, đk: a - 2b  0. 3. Trường hợp 3:Fe2O3 dùng dư: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe a → → → a Hỗn hợp sau pứ: Fe: a mol ; Al2O3: mol ; Fe2O3 dư : ( b - ) mol, đk: b -  0. Chú ý: Nếu đề yêu cầu tính hiệu suất phản ứng ta giải trường hợp phản ứng xảy ra không hoàn toàn. 2. Các dạng bài toán trong phản ứng nhiệt nhôm: 2.1. Dạng 1: Bài toán tính hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm: * Phương pháp giải chung: 2 Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe - Hiệu suất phản ứng H = %Al phản ứng hoặc H = % Fe2O3 phản ứng - Hỗn hợp Y sau phản ứng gồm: Al2O3, Fe, Al dư, Fe2O3 dư thường được cho vào: + Tác dụng với dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng) tạo khí H2 thì 3 n = n + n H 2 Fe 2 Aldu + Tác dụng với dung dịch HNO3: ta áp dụng bảo toàn electron 3 + Tác dụng với dung dịch NaOH: Al và Al2O3 phản ứng thì n = n H 2 2 Aldu
3. Ví Dụ 1: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm giữa 6,48 gam Al với 17,6 gam Fe2O3 trong điều kiện không có oxi không khí, biết chỉ có phản ứng nhôm khử oxit kim loại tạo kim loại. Đem hòa tan chất rắn sau phản ứng nhiệt nhôm bằng dung dịch xút dư cho đến kết thúc phản ứng, thu được 1,344 lít H2 (đktc). Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm là: A. 100% B. 90,9% C. 83,3% D. 70% Phân tích Hỗn hợp rắn sau phản ứng gồm: Al2O3, Fe, Al dư, Fe2O3 dư khi cho vào dung dịch kiềm thì Al và Al2O3 tham gia phản ứng nhưng chỉ có Al là tạo ra khí H2 ta có thể tính được số mol Al dư từ đó tính ra Al phản ứng và có thể tính ra được hiệu suất của phản ứng Hướng dẫn giải: Vì tính Hpứ nên chất rắn sau pứ gồm: Fe, Fe2O3 dư V =1,344l Aldu +NaOH H2 1,344 và Al O ⎯ ⎯ ⎯ → ⎯⎯ →n = = 0,06mol 2 3 H 2 22,4 Theo bài ra: n = 0,24mol ; n = 0,11mol Al Fe2O3 2 2 n = n = 0,06 = 0,04mol ⎯⎯ →n = 0,24 − 0,04 = 0,2mol Aldu 3 H 2 3 Alpu o PT: 2 Al + Fe2O3 ⎯⎯t → Al2O3 + 2Fe Ban đầu: 0,24 0,11 => Hpứ tính theo Fe2O3 Phản ứng: 0,2 → 0,1 0,1 Vậy Hpứ = .100% = 90,9% 0,11 B Ví Dụ 2: (ĐH-B-2010) 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) A. 80% B. 90% C. 70% D. 60%
4. Hướng dẫn giải: Vì tính Hpứ nên hỗn hợp rắn sau pứ gồm: Al2O3, Fe3O4 dư Aldu  ⎯ +⎯H2⎯SO4loang⎯ ⎯⎯,du→ =10,752l 10,752 và Fe H ⎯⎯ →nH = = 0,48mol V 2 2 22,4 Theo bài ra: n = 0,4mol ; n = 0,15mol Al Fe3O4 PT: 8 Al + 3Fe3O4 4Al2O3 + 9Fe Ban đầu: 0,4 0,15 => Hpứ tính theo Al hoặc Fe3O4 đều được Phản ứng: 8x 3x 9x Sau pứ: (0,4-8x) (0,15-3x) 3 Mà 0,48 = 9x + (0,4 −8xt)o x = 0,04mol 2 ⎯⎯ → 0,32 Vậy Hpứ = .100% =80% 0,4 A Ví Dụ 3: (ĐH: B-2014) Nung hỗn hợp gồm 0,12 mol Al và 0,04 mol Fe3O4 một thời gian, thu được hỗn hợp rắn X. Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch HCl dư thu được 0,15 mol khí H2 và m gam muối. Giá trị của m là A. 34,10. →B. 32,58. C. 31,97. D. 33,39. Ví Dụ 4: Trộn 0,81 gam bột nhôm với bột Fe2O3 và CuO rồi đốt nóng để tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu được hỗn hợp A. Hoà tan hoàn toàn A trong dung dịch HNO3 đun nóng thu được V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất) ở đktc. Giá trị của V là A. 0,224 lít. B. 0,672 lít. C. 2,24 lít. D. 6,72 lít. 3 n2.2.= nDạng+ n2: Bài toán nhiệt nhôm với hiệu suất H = 100% H 2 Fe 2 Aldu * Phương pháp giải chung Cần xác định được Al dư hay Fe2O3 dư, trường hợp nếu cho khối lượng hỗn hợp cần xét các trường hợp Al dư và Al hết
5. Ví Dụ 1: Lấy 26,8 g hỗn hợp gồm và Fe2O3 thực hiện hoàn toàn phản ứng nhiệt nhôm, thu được chất rắn. Cho chất rắn này hòa tan hoàn toàn trong dd HCl dư thấy thoát ra 11,2 lít khí H2(đo ở đktc).Hãy xác định thành phần % các chất trong hỗn hợp ban đầu. A. %Al = 20,15%, % Fe2O3 = 79,85% B. %Al =4,03%, % Fe2O3= 95,97% C. %Al = 30,22%, % Fe2O3 = 69,78% D. %Al = 40,3%, % Fe2O3 = 59,7% Phân tích: trong bài này thì ta chưa xác định được Al dư hay Fe2O3 dư do đó ta cần xét các trường hợp hỗn hợp sau phản ứng có Al dư và không có Al dư Hướng dẫn giải: t 0 Phản ứng: 2Al + Fe2O3 ⎯⎯ → Al2O3 + 2Fe *Trường hợp 1: Sau phản ứng không có Al Khi đó: Fe + 2HCl > FeCl2 + H2  nFe = nH2 = 0,5 mol 1  Theo BTNT Fe nFe2O3 = nFe = 0,25 mol 2  mFe2O3 = 160 . 0,25 = 40 gam > mhh A => Vô lý Vậy Al dư, Fe2O3 hết * Trường hợp 2: Al dư - Gọi x, y là số mol của Al và Fe2O3 trong hỗn hợp ban đầu. => 27x + 160y = 26,8 +HCl 3+ 2+ Sơ đồ pứ: Al + Fe2O3 → hh(Al2O3, Fe, Al dư) ⎯⎯⎯→ Al , Fe + H2 Bte ta có: 3x - 2y = 1=> x = 0,4 mol, y = 0,1 mol. - khối lượng: %Al = 40,3% % Fe2O3 = 59,7% Đáp án: D Nhận xét: - Với bài này không cần xét trường hợp Al và Fe2O3 vừa đủ - Ta không nên gọi số mol Al phản ứng và Al dư bài toàn phức tạp hơn
6. Ví Dụ 2: ĐH Khối A-2008. Nung hỗn hợp gồm 15,2 gam Cr2O3 (Cr = 52) và m gam Al. Sau phản ứng hoàn toàn, được 23,3 gam hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ X phản ứng với axit HCl dư thoát ra V lít H2 (đktc). Giá trị của V là A. 4,48. B. 11,2. C. 7,84. D. 10,08. Hướng dẫn giải: Ta có nCr2O3 = 0,1 mol Pư: 2Al + Cr2O3 > Al2O3 + 2Cr (1) Bảo toàn khối lượng ta có m hh = mX = 23,3 gam  mAl = 23,3 – 15,2 = 8,1 gam => nAl = 0,3 mol  Theo PTPư Al dư => nCr = 2nCr2O3 = 0,2 mol  nAl dư = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol pư: Cr + 2HCl > CrCl2 + H2 (2) 2Aldư + 6HCl > 2AlCl3 + 3H2 (3) 3 Theo các Pư (2,3) nH2 = nCr + nAl = 0,35 mol 2 Thể tích H2 VH2 = 7,84 lít Đáp án C Nhận xét: Ở bài này để giải nhanh ta có thể sử dụng bảo toàn electron để tính toán: BTe: 3nAl = 2nCr2O3 + 2 nH2 => nH2 Ví Dụ 3: Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe2O3 (trong điều kiện 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 gam B. 21,40 gam C. 29,40 gam D. 29,43 gam Hướng dẫn giải: nH2 (p1) = 0,1375 mol ; nH2 (p2) = 0,0375 mol
7. - Hỗn hợp rắn Y tác dụng với NaOH giải phóng H2 → Al dư và vì phản ứng xảy ra hoàn toàn nên thành phần hỗn hợp rắn Y gồm: Al2O3, Fe và Al dư - Gọi nFe = x mol ; nAl dư = y mol có trong 1/2 hỗn hợp Y - Từ đề ta có hệ phương trình: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe - Theo đlbt nguyên tố đối với O và Fe: nAl2O3 = nFe2O3 = 0,05 mol - Theo đlbt khối lượng: m = (0,05.102 + 0,1.56 + 0,025.27).2 = 22,75 gam Đáp án A Ví Dụ 4: 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 0 (dư) thu được dung dịch Y,⎯ ⎯cht →ất 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. 45,6 gam B. 57,0 gam C. 48,3 gam D. 36,7 gam Hướng dẫn giải: - Từ đề suy ra thành phần hỗn hợp rắn X gồm: Fe, Al2O3 (x mol) và Al dư (y mol) - Các phản ứng xảy ra là: 8Al + 3Fe3O4 > 4Al2O3 + 9 Fe 2Al + 2NaOH + 6H2O > 2Na[Al(OH)4] + 3H2 Al2O3 + 2NaOH + 3H2O > 2Na[Al(OH)4] CO2 + Na[Al(OH)4] > Al(OH)3 + NaHCO3 - nH2 = 0,15 mol, nAl(OH)3 = 0,5 mol Theo bảo toàn nguyên tố Al ta có nAl bđ = n Al(OH)3 = 0,5 mol 2 nAl dư = nH2 = 0,1 mol 3 => nAl pư (1) = 0,5 – 0,1 = 0,4mol 3 Theo Pt (1) nFe3O4 = nAl = 0,15 mol 8 Vậy khối lượng m = 27. 0,5 + 232 . 0,15 = 48,3 gam Đáp án: C
8. Ví Dụ 5: Hỗn hợp A gồm 0,56g Fe và 16g Fe2O3 và x (mol) Al rồi nung ở nhiệt độ cao không có không khí (giả sử chỉ xảy ra sự khử Fe2O3 thành Fe) sau khi kết thúc phản ứng được hỗn hợp D. Nếu cho D tan trong H2SO4 loãng được V lít khí nhưng nếu cho D tác dụng với NaOH dư thì thu được 0,25V lít khí. Giá trị của x là? A. 0,1233 B. 0,2466 C. 0,0022 ≤ x ≤ 0,2466 D. 0,3699 Hướng dẫn giải: Pư: 2Al + Fe2O3 > Al2O3 + 2Fe (1) Ta có: nFe = 0,01 mol, nFe2O3 = 0,1 mol, nAl = x mol Vì D + NaOH tạo khí H2 => Al dư Hỗn hợp rắn sau phản ứng gồm: nAl pư = 0,2 mol, nAl dư = (x – 0,2) mol, nFe = 0,2 + 0,01 = 0,21 mol - D + H2SO4: Fe + H2SO4 (l) > FeSO4 + H2 (2) nH2 = nFe = 0,21 mol 2Al + 3H2SO4 > Al2(SO4)3 + 3H2 (3) 3 (3x − 0,6) nH2 (2) = nAl dư = mol 2 2 V Ta có 0,21 + = (I) 22,4 - D + NaOH: 2Al + 2NaOH + 6H2O > 2NaAl(OH)4 + 3 H2 (4) (x – 0,2) mol mol 0,25Vx (3− 0,6) => = (II) 22,4 2 Từ (I), (II) V = 6,272 lít x = 0,24666 mol Đáp án B Ví dụ 6: Cho hỗn hợp A gồm Al và một oxit sắt. Chia hỗn hợp A thành 2 phần bằng nhau. Phần 1: cho tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng thu được 6,72 (l) khí (đktc).
9. Phần 2: Phản ứng nhiệt nhôm hoàn toàn, thu được hỗn hợp B, cho B tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 1,344 lít khí (đktc) sau đó cho tiếp dung dịch H2SO4 loãng, dư được 4,032 lít H2 (đktc). Công thức của oxit sắt là: A. Fe2O3 B. FeO C. Fe3O4 D. Không xác định được Hướng dẫn giải: -Phần 1: 2Al + 3H2SO4 > Al2(SO4)3 + 3H2 2 nAl ban đầu = nH2 = 0,2 mol 3 - Phần 2: 2yAl + 3FexOy > yAl2O3 + 3xFe Hỗn hợp B gồm: Al2O3, Fe và Al dư 2Al dư + 2NaOH + 6H2O > 2NaAl(OH)4 + 3 H2 2 nAl dư = nH2 = 0,04 mol 3 nAl pư = 0,2 – 0,04 = 0,16 mol 1 Theo bảo toàn nguyên tố Al: nAl2O3 = nAl pư = 0,08 mol 2 Bảo toàn nguyên tố oxi ta có: nO (FexOy) = nO (Al2O3) = 0,08 . 3 = 0,24 mol -Phần rắn còn lại là Fe tác dụng với H2SO4 => nFe = nH2 = 0,18 mol => FexOy: tỉ lệ: x : y = 0,18 : 0,24 = 3 : 4 Vậy công thức oxit sắt là Fe3O4 Đáp án: C Ví dụ 7: Một hỗn hợp M gồm Fe3O4, CuO và Al có khối lượng 5,54 gam. Sau khi thực hiện phản ứng nhiệt nhôm xong (hiệu suất 100%) thu được chất rắn A giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử oxit thành kim loại. Nếu hòa tan A trong dung dịch HCl thì lượng H2 sinh ra tối đa là 1,344 lít khí (đktc). Nếu hòa tan A trong dung dịch NaOH dư thì sau phản ứng xong còn lại 2,96 gam chất rắn. Tính % khối lượng các chất trong A.
10. Hướng dẫn giải: Pư: 8Al + 3Fe3O4 → 4Al2O3 + 9Fe (1) 2Al + 3CuO → Al2O3 + 3Cu (2) Trường hợp 1: Nếu hỗn hợp A không có Al => A + HCl Fe > H2 0,06 mol 0,06 => Bảo toàn nguyên tố sắt ta có: nFe3O4 = 0,02 mol => mFe3O4 = 4,64 gam Và mAl = 1,44 gam => mFe3O4 + mAl = 6,08 gam > mM = 5,54 gam vô lí Vậy Al dư, Fe2O3 và CuO hết Xét trường hợp 2: Al dư => Fe3O4 và CuO hết - Tác dụng với HCl Al > 3/2H2 Fe > H2 BTKL mM = mA = 5,54 gam Gọi trong hỗn hợp A: nAl dư = x mol, nFe = y mol và nCu = z mol 4yz Theo PT (1,2) nAl2O3 = + 93 Ta có hệ PT: 1,5x + y = 0,06 (nH2 (3,4) ) (*2) 27x + 56y + 64z + 102( ) = 5,54 (*1) Chất rắn gồm Fe, Cu: 56x + 64y = 2,96 (*3)  Từ (*1, *2, *3) => x =0,02 mol, y = 0,03 mol, z = 0,02 mol  %Al = 9,747%,  %Fe = 30,325%  % Cu = 23,1%,  %Al2O3 = 36,823%
11. Ví dụ 8: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X gồm Al và một oxit sắt FexOy (trong điều kiện không có không khí) thu được 92,35 gam chất rắn Y. Hòa tan Y trong dung dịch NaOH (dư) thấy có 8,4 lít khí H2 (ở đktc) thoát ra và còn lại phần không tan Z. Hòa tan 1/2 lượng Z bằng dung dịch H2SO4 đặc, nóng (dư) thấy có 13,44 lít khí SO2 (ở đktc) thoát ra. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Khối lượng Al2O3 trong Y và công thức oxit sắt sắt lần lượt là: A. 40,8 gam và Fe3O4 B. 45,9 gam và Fe2O3 C. 40,8 gam và Fe2O3 D. 45,9 gam và Fe3O4 Hướng dẫn giải: nH2 = 0,375 mol ; nSO2 (cả Z) = 2 . 0,6 = 1,2 mol - Từ đề suy ra chất rắn Y gồm: Fe, Al2O3, Al dư và phần không tan Z là Fe - nH2 = 0,375 mol → nAl dư = 0,25 mol - nSO2 = 1,2 mol → Bảo toàn electron => nFe = 0,8 mol - Bảo toàn khối lượng => mAl2O3 = 92,35 – 0,8.56 – 0,25.27 = 40,8 gam (1) → nAl2O3 = 0,4 mol - Theo bảo toàn nguyên tố đối với O → nO (FexOy) = 0,4 . 3 = 1,2 mol - Oxit FexOy có tỉ lệ : x : y = nFe : nO = 0,8 : 1,2 = 2 : 3 → công thức oxit sắt là Fe2O3 (2) Đáp án C 2.3 Dạng 3: Bài toán nhiệt nhôm chia hỗn hợp thành các phần không bằng nhau * Phương pháp chung Pư: 2Al + Fe2O3 > Al2O3 + 2Fe Sau phản ứng: Fe, Al2O3, Al dư hoặc Fe2O3 dư - Bước 1: Cần đặt tỉ lệ mol giữa 2 phần là k P1= kP2 => nP1 = knP2; mP1 = kmP2 +Phần 2: Fe (x mol) , Al2O3 (x/2 mol), Al dư (y mol) hoặc Fe2O3 dư (z mol) + Phần 1: Fe (kx mol), Al2O3 (kx/2 mol), Al dư (ky mol) hoặc Fe2O3 dư (kz mol)
12. - Bước 2: Dựa vào các dữ kiện của bài toán để xác định được giá trị k đây là điểm mấu chốt để giải bài toán Thường dựa vào sự chênh lệch về khối lượng của từng phần hoặc chênh lệch về số mol cua H2 hoặc NO của 2 phần để tính k - Bước 3: tính toán các yêu cầu của bài toán Ví dụ 1: Lấy 93,9 (g) hỗn hợp X gồm Fe3O4 và Al nung trong môi trường không có không khí. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp Y. Chia Y làm hai phần không bằng nhau: - Phần 1: Cho tác dụng với NaOH dư thu được 0,672 lít khí H2(đktc). - Phần 2: Cho tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 18,816 lít khí H2 (đktc). Tính % khối lượng các chất trong hỗn hợp X biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn Hướng dẫn giải: Pư: 8Al + 3Fe3O4 → 4Al2O3 + 9Fe - Phần 1: Tác dụng với NaOH → H2 => Al dư nH2 = 0,03mol => nAl dư = 0,02 mol do phản ứng xảy ra hoàn toàn nên Fe3O4 hết và Al dư. - Gọi k là tỉ lệ số mol giữa nP2 : nP1. gọi x là nFe và trong hỗn hợp phần 1: => Phần 2: nH2 = 0,84 mol, nAl dư = 0,02k mol, nFe = kx mol 2Al > 3H2 Fe > H2 => k(0,02. 3 + 2x) = 1,68 (1) Khối lượng hỗn hợp ban đầu 232x 8x k(0,02 . 27 + + 27 ) + 0,02 . 27 + + = 93,9 3 9  k(0,54 + 304x ) + 0,54 + = 93,9 3  (k+1)(0,54 + ) = 93,9 (2)
13. thế k = 1,68 vào (2) ta được: x = 0,18 mol => k = 4. 0,02.3+ 2x 8 => nAl = (4+1) (0,02 + 0,18 . ) = 0,9 mol 9 => mAl = 24,3 g => % Al = 25,88% => % Fe3O4 = 74,12% Ví dụ 2: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp A gồm Al và FexOy (trong điều kiện không có không khí) được hỗn hợp B. Nghiền nhỏ, trộn đều hỗn hợp B rồi chia thành hai phần. - Phần 1 có khối lượng 4,83 gam được hòa tan hết trong dung dịch HNO3 dư, đun nóng được dung dịch C và 1,232 lít NO ( sản phẩm khử duy nhất). - Phần 2 tác dụng với dung dịch NaOH dư đun nóng thu được 1,008 lít H2 và còn lại 7,56 gam chất rắn. (Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn thể tích các khí đo ở đktc) Công thức FexOy là A. Fe3O4. B. FeO hoặc Fe3O4. C. Fe2O3. D. FeO. Hướng dẫn giải: -Phần 2 tác dụng với NaOH → H2 => Al dư, nAl dư = 3/2 nH2 = 0,03 mol Chất rắn còn lại là Fe (vì phản ứng hoàn toàn)=> nFe = 0,135 mol - Giả sử nếu toàn bộ B ở phần 2 tác dụng với HNO3 như ở phần 1 tạo khí NO thì Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NO + H2O Fe + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + H2O Theo BT electron: ta có 3nAl + 3nFe = 3nNO (P2)  nNO (P2) = 0,03 + 0,135 = 0,165 mol  ta thấy nNO (P1) = 3nNO (P2) vậy P2 = 3P1 hay mP2 = 3mP1 => m phần 2 = 4,83.3 = 14,49 gam Theo bảo toàn khối lượng mPhần 2 = mFe + mAl dư + mAl2O3  mAl2O3 = 6,12 gam => nAl2O3 = 0,06 mol Theo bảo toàn nguyên tố oxi ta có nO (FexOy) = nO (Al2O3) = 0,06 . 3 = 0,18 mol Oxit FexOy có tỉ lệ: x : y = 0,135 : 0,18 = 3 : 4 Vậy oxit là Fe3O4 Đáp án: A
14. Ví dụ 3: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm với Fe2O3 trong điều kiện không có không khí. Chia hỗn hợp thu được sau phản ứng (đã trộn đều) thành 2 phần không bằng nhau. Phần 2 có khối lượng nhiêu hơn phần 1 là 134gam. Cho phần 1 tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH thấy có 16,8 lít khí H2 bay ra. Hòa tan phần 2 bằng lượng dư dung dịch HCl thấy có 84 lít khí H2 bay ra. Các phản ứng đều xảy ra với hiệu suất 100%. Các khí đo ở đktc. Tính khối lượng Fe tạo thành trong phản ứng nhiệt nhôm. Hướng dẫn giải: Pư: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe P1 + NaOH → H2 => Al dư, Fe2O3 hết sau phản ứng gồm: Fe, Al2O3, Al dư Coi mP2 = a mp1 Gọi P1 nFe = 2x mol, nAl = y mol, nAl2O3 = x mol Trong phần 2: nFe = 2ax mol, nAl = ay mol, nAl2O3 = ax mol 2 Từ P1: nAl = nH2 = 0,05 mol => y = 0,05 mol (1) 3 P2: nH2 = 3,75 mol  2ax + 1,5ay = 3,75 (2)  Mặt khác mp2 –mp1 = 134  (214x + 27y)(a-1) = 134 (3) Từ 1,2,3 => a =3, x = 0,25 và a = 2, x = 0,56 (có 2 giá trị) + Khi a= 3, x = 0,25 => mFe = 112 gam + Khi a=2, x = 0,56 mol => mFe = 188,16 gam Ví dụ 4:: Trộn 83 gam hỗn hợp bột Al, Fe2O3 và CuO rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm. Giả sử lúc đó chỉ xảy ra 2 phản ứng khử oxit thành kim loại. Chia hỗn hợp sau phản ứng thành 2 phần có khối lượng chênh lệch nhau 66,4 gam. Lấy phần có khối lượng lớn hơn hoà tan bằng dung dịch H2SO4 dư, thu được 23,3856 lít H2 (đktc) dung dịch X và chất rắn. Lấy 1/10 dung dịch X cho tác dụng vừa đủ với 200ml dung dịch KMnO4 0,018M. Hoà tan phần có khối lượng nhỏ bằng dung dịch NaOH dư thấy còn lại 4,736 gam chất rắn không tan a)Viết các PTPư xảy ra
15. b) Cho biết trong hỗn hợp ban đầu số mol CuO gấp n lần số mol của Fe2O3, tính % mỗi oxit kim loại bị khử. Áp dụng n = 3/2 Hướng dẫn giải: a) Các phản ứng xảy ra 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe (1) 2Al + 3CuO → Al2O3 + 3Cu (2) Hỗn hợp sau phản ứng gồm Al2O3, Fe, Cu, CuO dư, Fe2O3 dư và có thể có Al dư - Phần lớn: Al2O3 + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2O (3) CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O (4) Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 (5) 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2 (6) 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O (7) - Phần nhỏ: Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → NaAl(OH)4 (8) 2Al + 2NaOH + 6H2O → NaAl(OH)4 + 3H2 (9) Chất rắn còn lại là Cu, Fe, CuO dư, Fe2O3 dư -3 b) nKMnO4 = 3,6.10 mol, nH2 = 1,044 mol - Giả sử phần lớn có khối lượng là m1 gam, phần nhỏ có khối lượng m2 gam Ta có: m1 + m2 = 83 (*1) m1 – m2 = 66,4 (*2) Từ (*1,*2) => m1 = 74,7 gam, m2 = 8,3 gam => m1 = 9m2 Theo bảo toàn nguyên tố sắt ta có: -3 nFe = nFeSO4 = 5nKMnO4 = 5. 10. 3,6.10 = 0,18 mol Từ PT 5 ta thầy nFe Sau phản ứng nhiệt nhôm Al phải dư Theo PT (5,6) => nAl dư = 0,576 mol - Phần nhỏ: khối lượng chất rắn = 4,736 gam (Fe, Cu, CuO, Fe2O3) => trong phần lớn khối lượng chất rắn không tan = 4,736 . 9 = 42,624 gam
16. Theo bảo toàn khối lượng phần lớn: 74,7 = 0,576 . 27 + 102. nAl2O3 + 42,624 => nAl2O3 = 0,162 mol 1 Theo PT (1,2) nFe2O3 pư = nFe (p1) = 0,09 mol 2 nCuO pư = 3 nAl2O3 (2) = 0,216 mol - Theo bảo toàn nguyên tố Al nAl(p1) = 2 n + nAl dư (P1) = 2. 0,162 + 0,576 = 0,9 mol Al23 O Gọi trong phần lớn số mol Fe2O3 = x mol => nCuO = 1,5x mol Bảo toàn khối lượng phần lớn ta có 27 . 0,9 + 160x + 80 . 1,5x = 74,7 => x = 0,18 mol, nCuO = 0,27 mol 0,09 => % Fe2O3 pư = 100%= 50% = 50% 0,18 0,216 % CuO pư = 100%= 80% = 80% 0,27 3/ Các bài tập áp dụng Câu 1. Trộn 8,1 gam Al và 48 gam Fe2O3 rồi cho tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí, kết thúc thí nghiệm thu được m gam hỗn hợp rắn. Giá trị của m là: A. 56,1 gam. B. 61,5 gam C. 65,1 gam D. 51,6 gam Câu 2. Dùng m gam Al để khử hoàn toàn một lượng Fe2O3 sau phản ứng thấy khối lượng oxit giảm 0,58 g. Hỏi lượng nhôm đã dùng m là: A. m = 0,27 g B. m = 2,7g C. m = 0,54 g D. m = 1,12 g. Câu 3. (ĐH A-2012) Hỗn hợp X gồm Fe3O4 và Al có tỉ lệ mol tương ứng 1 : 3. Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm X (không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp gồm A. Al, Fe, Fe3O4 và Al2O3. B. Al2O3, Fe và Fe3O4. C. Al2O3 và Fe. D. Al, Fe và Al2O3. Câu 4:Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X gồm Fe2O3 và Al trong điều kiện không có không khí thu được hỗn hợp chất rắn Y. Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH dư sẽ thu được 0,3 mol H2 Mặt khác nếu cho Y tác dụng với dung dịch HCl dư sẽ thu được 0,4 mol H2. Số mol Al trong X là:
17. A. 0,3 mol B. 0,6 mol C. 0,4 mol D. 0,25 mol Câu 5: Nung m gam hỗn hợp Al, Fe2O3 đến phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Chia Y làm 2 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 6: Hỗn hợp X gồm Al, Fe2O3 có khối lượng 21,67 gam. Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí (giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử Fe2O3 thanh Fe) Hòa tan hỗn hợp chất rắn sau phản ứng bằng dung dịch NaOH dư thu được 2,016 lít khí H2 (đktc) và 12,4 gam chất rắn không tan. Hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm là A. 45% B. 50% C. 71,43% D . 75% Câu 7: Có 9,66 gam hỗn hợp bột nhôm và Fe3O4. Tiến hành nhiệt nhôm hoàn toàn rồi hòa tan hết hỗn hợp sau phản ứng bằng dung dịch HCl được 2,688 lít H2 (đktc). Khối lượng nhôm trong hỗn hợp ban đầu là? A. 2,16 B. 2,7 C. 2,88 D. 0,54 Câu 8: Dùng m gam Al để khử hết 1,6 gam Fe2O3 đến phản ứng hòa toàn, sản phẩm sau phản ứng tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH tạo 0,672 lít khí (đktc). Tính m. A. 1,080 gam B. 0,810 gam C. 0,540 gam D. 1,755 gam Câu 9: khi nung hoàn toàn hỗn hợp A gồm x gam Al và y gam Fe2O3 thu được hỗn hợp B. Chia B thành hai phần bằng nhau: Phần 1 tan trong dung dịch NaOH dư, không có khí thoát ra và còn lại 4,4 gam chất rắn không tan. Phần 2 trong dung dịch H2SO4 loãng dư thu được 1,12 lít khí(đktc). Giá trị của y là A. 5,6 gam B. 11,2 gam C. 16 gam D. 8 gam Câu 10: Nung Al và Fe3O4 (không có không khí, phản ứng xảy ra hoàn toàn) thu được hỗn hợp A. Nếu cho A tác dụng với dung dịch KOH dư thì thu được 0,672 lít khí (đktc). Nếu cho A tác dụng với H2SO4 đặc, nóng dư được 1,428 lít SO2 duy nhất (đktc). % khối lượng Al trong hỗn hợp ban đầu là: A. 33,69% B. 26,33% C. 38,30% D. 19,88% Câu 11: Đốt hỗn hợp Al và 16 gam Fe2O3 (không có không khí) đến phản ứng hoàn toàn, 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. 400. B. 100. C. 200. D. 300. Câu 12: Trộn 0,54 gam bột Al với Fe2O3 và CuO, rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí, thu được hỗn hợp chất rắn X gồm Al2O3, FeO, CuO, Cu, Fe. Hòa tan X trong dung dịch HNO3 dư thu được 0,896 lít hỗn hợp khí Y gồm NO2 và NO ở đktc. Tỷ khối của hỗn hợp Y so với H2 là
18. A. 19. B. 21. C. 17. D. 23. Câu 13: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm Al và m gam hai oxit rắn trong khí trơ, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X vào dung dịch NaOH dư, thu được dung dịch Y, chất không tan Z và 0,672 lít khí H2 (đktc). Sục khí CO2 dư vào Y, thu được 7,8 gam kết tủa. Cho Z tan hết vào dung dịch H2SO4, thu được dung dịch chứa 15,6 gam muối sunfat và 2,464 lít khí SO2 (ở đktc) là sản phẩm khử duy nhất của H2SO4. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là A. 5,04 B. 6,29 C. 6,48 D. 6,96 Câu 14: (ĐH-A-2013) Hỗn hợp X gồm 3,92 gam Fe, 16 gam Fe2O3 và m gam Al. Nung X ở nhiệt độ cao trong điều kiện không có không khí, thu được hỗn hợp chất rắn Y. Chia Y thành hai phần bằng nhau. Phần một tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng (dư), thu được 4a mol khí H2. Phần hai phản ứng với dung dịch NaOH dư, thu được a mol khí H2. Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là A. 5,40 B. 3,51 C. 7,02 D. 4,05 Câu 15: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm m gam hỗn hợp A gồm bột Al và sắt oxit FexOy trong điều kiện không có không khí, được hỗn hợp B. Nghiền nhỏ, trộn đều B rồi chia thành hai phần: Phần 1 có khối lượng 14,49 gam được hòa tan hết trong dung dịch HNO3 đun nóng, được dung dịch C và 3,696 lít khí NO duy nhất (đktc). Phần 2 tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH đun nóng, thấy giải phóng 0,336 lít khí H2 (đktc) và còn lại 2,52 gam chất rắn. Các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là A. 21,735. B. 28,980. C. 19,320. D. 43,470. Câu 16: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm Al, FexOy trong điều kiện không có không khí thu được hỗn hợp Y. Chia Y thành 2 phần. Phần I cho tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 1,008 lít H2 (đktc) và còn lại 5,04 gam chất rắn không tan. Phần II có khối lượng 29,79 gam, cho tác dụng với dung dịch HNO3 loãng dư thu được 8,064 lít NO (đktc, là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m và công thức của oxit sắt là A. 39,72 gam và Fe3O4. B. 38,91 gam và FeO. C. 36,48 gam và Fe3O4. D. 39,72 gam và FeO. Đáp án bài tự luyện Câu 1 2 3 4 5 6 7 8 Đáp án A C B A D D B A Câu 9 10 11 12 13 14 15 16 Đáp án B C D B D C C A