Title 2.7. Bài toán nhiệt nhôm.doc ✅

2.7. Bài toán nhiệt nhôm. A. Định hướng tư duy + Về mặt tư duy các bạn có thể xem nhiệt nhôm là quá trình Al lấy O trong các oxit như: Fe x O y , CuO, Cr 2 O 3 ,... + Chú ý: Cr và Cr 2 O 3 không tan trong dung dịch NaOH loãng. Cr 2 O 3 chỉ tan trong NaOH đậm đặc có đun nóng. Còn Cr thì không tan cả trong NaOH đặc nóng. + Chú ý áp dụng BTNT.O và BTE trong quá trình giải toán. Đặc biệt trong trường hợp cho hỗn hợp sau nhiệt nhôm tác dụng với HNO 3 dư hay H 2 SO 4 đặc, nóng dư thì nên áp dụng BTE cho cả quá trình. + Với các bài toán về tính hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm thì ta chỉ xét phản ứng một nấc ( Al 23 Al 34 Al 23 FeOFe FeOFe CrOFe       ) không có phản ứng tạo oxit trung gian. + Với dạng toán nhiệt nhôm mà hỗn hợp có Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 hay Cr 2 O 3 các bạn có thể áp dụng kỹ thuật “Độ lệch H” sẽ cho kết quả rất tốt. Sau đây tôi xin giới thiệu các bạn kỹ thuật này. Bài toán áp dụng: Hỗn hợp trước nhiệt nhôm chứa các ion Fe 3+ và Cr 3+ nhưng sau khi nhiệt nhôm cho tác dụng với HCl hoặc H 2 SO 4 ta lại thu được các muối chứa ion Fe 2+ và Cr 2+ sự chênh lệch điện tích này được chúng ta tính thông qua số mol nguyên tử H trước và sau phản ứng nhiệt nhôm. Chú ý: + Tổng số mol Fe 2+ và Cr 2+ sinh ra chính bằng số mol H . + Nếu hỗn hợp trước nhiệt nhôm có CuO thì cần chú ý xem có phản ứng 322Cu2FeCu2Fe hay không? B. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X gồm 0,03 mol Cr 2 O 3 ; 0,04 mol FeO và a mol Al. Sau một thời gian phản ứng, trộn đều, thu được hỗn hợp chất rắn Y. Chia Y thành hai phần bằng nhau. Phần một phản ứng vừa đủ với 400 ml dung dịch NaOH 0,1M (loãng). Phần hai phản ứng với dung dịch HCl loãng, nóng (dư), thu được 1,12 lít khí H 2 (đktc). Giả sử trong phản ứng nhiệt nhôm, Cr 2 O 3 chỉ bị khử thành Cr. Phần trăm khối lượng Cr 2 O 3 đã phản ứng là A. 20,00% B. 33,33% C. 50,00% D. 66,67% Định hướng tư duy giải: + Có 2BTNT.Na NaOHNaAlOn0,04n0,04a0,04.20,08(mol) Giả sử cho cả 2 phần tác dụng với HCl: 2Hn0,1(mol) Trước khi nhiệt nhôm cho X vào HCl: 2 BTE.Al H 0,08.3 n0,12(mol) 2 Áp dụng kỹ thuật độ lệch H ta có ngay: 2 BTNT.Cr HCr 0,02 n0,04n0,04H66,7% 0,03 Giải thích tư duy: Chú ý: Cr và Cr 2 O 3 đều không tan trong NaOH loãng nên cuối cùng Na sẽ chui vào trong NaAlO 2 . Khi đó ta có ngay x = 0,08 với lượng Al này khi tác dụng với HCl sẽ cho 0,24 mol H. Tuy nhiên, sau nhiệt nhôm lượng H chỉ có 0,2 mol  độ lệch là 0,04 (ta có thể xem là e của Al đẩy cho Cr 3+ ). Ví dụ 2: Nung hỗn hợp gồm 0,15 mol Al và 0,06 mol Fe 3 O 4 một thời gian, thu được hỗn hợp rắn X. Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch H 2 SO 4 dư thu được 0,195 mol khí H 2 và m gam muối. Giá trị của m là: A. 544,12. B. 52,58. C. 41,97. D. 55,89. Định hướng tư duy giải: Ta có: 2 24 H HSO O n0,195 n0,1950,240,435(mol) n0,24      BTKL m0,15.270,06.3.560,435.9655,89(gam) Giải thích tư duy: H + làm nhiệm vụ là sinh ra H 2 và biến Oxi trong oxit thành H 2 O. Lưu ý là lượng O luôn không đổi không phụ thuộc vào phản ứng nhiệt nhôm.
Ví dụ 3: Hỗn hợp X chứa 0,02 mol FeO; 0,04 mol Fe 2 O 3 ; 0,06 mol Fe 3 O 4 và m gam Al. Nung nóng X trong bình kín đến khi xảy ra phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Cho toàn bộ lượng Y vào dung dịch KOH dư thấy thoát ra 2,912 lít khí (đktc). Giá trị của m là? A. 10,21 B. 9,18 C. 8,12 D. 7,56 Định hướng tư duy giải: BTEm .30,02.20,04.3.20,06.4.20,13.2m9,18(gam) 27 Giải thích tư duy Phản ứng hoàn toàn và Y + KOH có khí nên Al có dư. Hay toàn bộ lượng e có trong Al đẩy qua cho O và H 2 . Ví dụ 4: Nung hỗn hợp bột X gồm Al và Fe 2 O 3 trong bình kín một thời gian thu được hỗn hợp 19,78 gam Y gồm Fe, Al 2 O 3 , FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 và Al. Hòa tan hết Y bằng dung dịch HNO 3 dư thu được 2,24 lít (đktc) khí NO và dung dịch Z chứa 79,42 gam muối. Phần trăm khối lượng của Al có trong X là? A. 19,11% B. 22,46% C. 28,34% D. 32,34% Định hướng tư duy giải: Ta có: 23 4 BTE Al FeO NH n:a3a8c0,1.3a0,14 n:b27a160b19,78b0,1 213a2b.24280c9,42c0,015n:c %Al19,11%            Giải thích tư duy: Xét cả quá trình thì Al nhường 3e để lên Al 3+ . Lưu ý có Al nên ta giả sử có NH 4 NO 3 sinh ra. Ví dụ 5: Hỗn hợp X gồm Al, Fe 2 O 3 có khối lượng 27,3 gam. Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X trong điều kiện không có không khí. Hòa tan hỗn hợp chất rắn sau phản ứng bằng dung dịch NaOH dư thu được 4,032 lít H 2 (đktc) và 14,88 gam chất rắn không tan. Hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm là: A. 60% B. 80% C. 75% D. 71,43% Định hướng tư duy giải: Ta có: 2 BTEdu HAl 0,18.2 n0,18n0,12(mol) 3 Và phần chất rắn bị tan là: BTKL 23 Al:0,12 27,314,8812,42a0,3a0,12 AlO: 2      23 BTNT.AlBTKLTrong XTrong X AFeO 27,30,3.27 n0,3(mol)n0,12 56   Vậy có ngay: 0,09 H75% 0,12 (hiệu suất tính theo Fe 2 O 3 ) Giải thích tư duy: Toàn bộ lượng Al trong X sẽ chạy vào phần bị tan dưới dạng (Al + Al 2 O 3 ). Từ đó biến đổi ta sẽ được số mol các chất trong X. Hiệu suất phải tính theo Fe 2 O 3 vì Al có dư. Ví dụ 6: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm 26,8 gam hỗn hợp X gồm Al và Fe 2 O 3 . Sau khi làm nguội, lấy hỗn hợp thu được hòa tan trong dung dịch HCl dư thấy thoát ra 11,2 lít H 2 (đktc). Hiệu suất của các phản ứng là 100%. Phần trăm khối lượng của Al trong hỗn hợp ban đầu là A. 20,15% B. 40,30% C. 59,70% D. 79,85% Định hướng tư duy giải: Dễ thấy H 2 sinh ra do cả Fe và Al nên Al có dư Ta có: 23 Al:a27a160b26,8a0,4 26,8 FeO:b3a2b.23b.20,5.2b0,1     0,4.27 %Al40,3% 26,8
Giải thích tư duy: Nếu H 2 :0,5 mol sinh ra chỉ do Fe thì m Fe = 28 gam  Vô lý, do đó hỗn hợp sau phản ứng có cả Al dư từ đó ta có hệ phương trình như lời giải bên cạnh. Ví dụ 7: Khi cho 41,4 gam hỗn hợp X gồm Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 và Al 2 O 3 tác dụng với dung dịch NaOH đặc (dư). Sau phản ứng được chất rắn có khối lượng 16 gam. Để khử hoàn toàn 41,4 gam X bằng phản ứng nhiệt nhôm, phải dùng 10,8 gam Al. Phần trăm khối lượng của Cr 2 O 3 trong hỗn hợp X là (biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn). A. 36,71% B. 19,62% C. 39,25% D. 40,15% Định hướng tư duy giải: Ta có: 16gam 23 Al:0,4 2323 23 FeO:0,1 0,1.152 41,4CrO:0,1%CrO36,71% 41,4 AlO      Giải thích tư duy: Vì NaOH đặc, dư nên chất rắn không tan là Fe 2 O 3 . Dùng BTNT. O để tính ra số mol của Cr 2 O 3 . BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1: Hỗn hợp X chứa 0,20 mol Al và 0,06 mol Fe 3 O 4 . Nung nóng X trong bình kín đến khi xảy ra phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Cho toàn bộ Y vào dung dịch KOH dư thấy thoát ra V lít khí (đktc). Giá trị của V là? A. 1,344 B. 4,480 C. 6,720 D. 7,620 Câu 2: Hỗn hợp X chứa 0,18 mol Al và 0,06 mol Fe 3 O 4 . Nung nóng X trong bình kín đến khi xảy ra phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Cho toàn bộ Y vào dung dịch KOH dư thấy thoát ra V lít khí (đktc). Giá trị của V là? A. 1,344 B. 2,240 C. 0,672 D. 1,568 Câu 3: Hỗn hợp X chứa 0,08 mol Fe 3 O 4 và m gam Al. Nung nóng X trong bình kín đến khi xảy ra phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Cho toàn bộ Y vào dung dịch KOH dư thấy thoát ra 2,24 lít khí (đktc). Giá trị của m là? A. 2,70 B. 5,60 C. 7,56 D. 8,23 Câu 4: Hỗn hợp X chứa 0,08 mol Fe 3 O 4 và m gam Al. Nung nóng X trong bình kín đến khi xảy ra phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Cho toàn bộ Y vào dung dịch KOH dư thấy thoát ra 2,912 lít khí (đktc). Giá trị của m là? A. 5,40 B. 5,60 C. 7,56 D. 8,1 Câu 5: Hỗn hợp X chứa 0,05 mol Fe 3 O 4 ; 0,02 mol Fe 2 O 3 và m gam Al. Nung nóng X trong bình kín đến khi xảy ra phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Cho toàn bộ Y vào dung dịch KOH dư thấy thoát ra 0,896 lít khí (đktc). Giá trị của m là? A. 2,70 B. 3,4 C. 5,4 D. 8,23 Câu 6: Hỗn hợp X chứa 0,05 mol Fe 3 O 4 ; 0,02 mol Fe 2 O 3 và m gam Al. Nung nóng X trong bình kín đến khi xảy ra phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Cho toàn bộ Y vào dung dịch KOH dư thấy thoát ra 2,576 lít khí (đktc). Giá trị của m là? A. 2,70 B. 5,60 C. 6,75 D. 7,56 Câu 7: Hỗn hợp X chứa 0,02 mol FeO; 0,04 mol Fe 2 O 3 ; 0,06 mol Fe 3 O 4 và m gam Al. Nung nóng X trong bình kín đến khi xảy ra phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Cho toàn bộ Y vào dung dịch KOH dư thấy thoát ra 0,896 lít khí (đktc). Giá trị của m là? A. 2,70 B. 5,60 C. 7,56 D. 8,23 Câu 8: Hỗn hợp X chứa 0,02 mol FeO; 0,04 mol Fe 2 O 3 ; 0,06 mol Fe 3 O 4 và m gam Al. Nung nóng X trong bình kín đến khi xảy ra phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Cho toàn bộ Y vào dung dịch NaOH dư thấy thoát ra 3,584 lít khí (đktc). Mặt khác, cho toàn bộ Y tác dụng với dung dịch HCl dư thu được V lít khí (đktc). Giá trị của V là? A. 3,440 B. 4,562 C. 7,563 D. 9,856 Câu 9: Hỗn hợp X chứa 0,02 mol FeO; 0,04 mol Fe 2 O 3 ; 0,06 mol Fe 3 O 4 và 0,26 mol Al. Nung nóng X trong bình kín đến khi xảy ra phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Cho toàn bộ Y tác dụng với dung dịch HCl dư thu được m gam muối. Giá trị của m là? A. 55,56 B. 63,25 C. 68,23 D. 70,72
Câu 10: Hỗn hợp X chứa 0,01 mol FeO; 0,02 mol Fe 2 O 3 ; 0,03 mol Fe 3 O 4 và 0,2 mol Al. Nung nóng X trong bình kín đến khi xảy ra phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Cho toàn bộ Y tác dụng với dung dịch HCl dư thu được m gam muối. Giá trị của m là? A. 44,48 B. 53,53 C. 68,23 D. 33,48 Câu 11: Nung hỗn hợp bột gồm Al và Fe 2 O 3 trong bình kín một thời gian thu được hỗn hợp X gồm Fe, Al 2 O 3 , FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 và Al. Hòa tan hết X bằng dung dịch HNO 3 dư thu được 1,344 lít (đktc) khí NO (là sản phẩm khử duy nhất). Khối lượng của Al trong hỗn hợp ban đầu là A. 3,24 gam. B. 0,81 gam. C. 0,27 gam. D. 1,62 gam. Câu 12: Đốt nóng một hỗn hợp gồm Al và 16 gam Fe 2 O 3 (trong điều kiện không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp chất rắn X. Cho X tác dụng vừa đủ với V ml dung dịch NaOH 1M sinh ra 3,36 lít H 2 (đktc). Giá trị của V là A. 100 B. 300 C. 200 D. 150 Câu 13: Đốt nóng một hỗn hợp gồm Al và 10,8 gam FeO (trong điều kiện không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp chất rắn X. Cho X tác dụng vừa đủ với V ml dung dịch NaOH 1M sinh ra 3,36 lít H 2 (đktc). Giá trị của V là A. 100 B. 200 C. 300 D. 400 Câu 14: Đốt nóng một hỗn hợp gồm Al và 27,84 gam Fe 3 O 4 (trong điều kiện không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp chất rắn X. Cho X tác dụng vừa đủ với V ml dung dịch NaOH 1M sinh ra 2,688 lít H 2 (đktc). Giá trị của V là A. 100 B. 200 C. 300 D. 400 Câu 15: Đốt nóng một hỗn hợp gồm Al và 23,2 gam Fe 3 O 4 (trong điều kiện không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp chất rắn X. Cho X tác dụng vừa đủ với V ml dung dịch NaOH 1M sinh ra 2,8 lít H 2 (đktc). Giá trị của V là A. 200 B. 250 C. 300 D. 350 Câu 16: Nung bột Fe 2 O 3 với a gam bột Al trong khí trơ, thu được 11,78 gam hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ X vào lượng dư NaOH, thu được 1,344 lít H 2 (đktc). Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Giá trị của a là: A. 1,95 B. 3,78 C. 2,56 D. 2,43 Câu 17: Nung bột Fe 2 O 3 với bột Al trong khí trơ, thu được 56,2 gam hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ X vào lượng dư NaOH, thu được 3,36 lít H 2 (đktc). Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Phần trăm khối lượng của Al trong hỗn hợp ban đầu là? A. 13,44% B. 28,83% C. 29,22% D. 32,35% Câu 18: Nung bột Fe 3 O 4 với bột Al trong khí trơ, thu được 50,62 gam hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ X vào lượng dư NaOH, thu được 2,464 lít H 2 (đktc). Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Phần trăm khối lượng của Al trong hỗn hợp ban đầu là? A. 21,53% B. 26,67% C. 31,34% D. 35,54% Câu 19: Nung bột Cr 2 O 3 với bột Al trong khí trơ, thu được 26,34 gam hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ X vào lượng dư NaOH, thu được 2,016 lít H 2 (đktc). Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Phần trăm khối lượng của Al trong hỗn hợp ban đầu là? A. 22,56% B. 28,52% C. 30,75% D. 32,54% Câu 20: Nung bột Cr 2 O 3 với bột Al trong khí trơ, thu được 31,98 gam hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ X vào lượng dư NaOH, thu được 1,344 lít H 2 (đktc). Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Nếu cho toàn bộ X vào dung dịch HCl (dư, đun nóng) thì khối lượng muối thu được là? A. 66,34 B. 73,33 C. 79,12 D. 82,29 Câu 21: Nung bột Fe 3 O 4 với bột Al trong khí trơ, thu được 32,38 gam hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ X vào lượng dư NaOH, thu được 2,464 lít H 2 (đktc). Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Nếu cho toàn bộ X vào dung dịch HCl dư thì khối lượng muối thu được là? A. 65,43 B. 71,25 C. 78,24 D. 83,49 Câu 22: Một hỗn hợp X gồm Al và Fe 2 O 3 thực hiện phản ứng nhiệt nhôm. Phản ứng hoàn toàn thu được chất rắn Y. Y tác dụng với dung dịch NaOH dư, thu được 3,36 lít H 2 (đktc) và chất rắn Z. Cho Z tác dụng với H 2 SO 4 loãng dư, thu được 8,96 lít khí (đktc). Tổng khối lượng Al và Fe 2 O 3 trong X là: A. 38,75 gam. B. 26,8 gam. C. 29,5 gam. D. 45,5 gam. Câu 23: Nung 21,4 gam hỗn hợp X gồm bột Al và Fe 2 O 3 (phản ứng nhiệt nhôm), thu được hỗn hợp Y. Cho Y tác dụng hết với dung dịch HCl dư được dung dịch Z. Cho Z tác dụng với dung dịch NaOH dư