Phản ứng nhiệt nhôm là gì? Ứng dụng như thế nào trong đời sống

0
Tìm hiểu các kiến thức hóa học về phản ứng nhiệt nhôm
Tìm hiểu các kiến thức hóa học về phản ứng nhiệt nhôm
Phản ứng nhiệt nhôm là gì? Ứng dụng như thế nào trong đời sống
5 (100%) 1 vote

Phản ứng nhiệt nhôm là nội dung rất quan trọng trong hóa học và hay xuất hiện trong các bài kiểm tra, bài thi. Nếu không nắm rõ phần kiến thức này sẽ rất khó đạt được điểm cao. Vậy nên, chúng tôi sẽ chia sẻ cho các bạn lại phần kiến thức này để các bạn củng cố lại cho chắc chắn nhé!

Phản ứng nhiệt nhôm là gì?

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

Tìm hiểu các kiến thức hóa học về phản ứng nhiệt nhôm
Tìm hiểu các kiến thức hóa học về phản ứng nhiệt nhôm

Phương trình tổng quát của phản ứng này trong điều kiện nhiệt độ cao là:

Al + oxit kim loại → oxit nhôm + kim loại

Phản ứng này được sử dụng để khử các oxit kim loại mà không cần dùng đến cacbon. Trong phản ứng thường tỏa nhiệt rất cao nhưng lại có thêm một năng lượng hoạt hóa cao do các liên kết giữa các nguyên tử trong chất rắn cần phải được phá vỡ trước. Lúc này, oxit kim loại sẽ được đun nóng cùng với nhôm trong một lò đun. 

Phản ứng nhiệt nhôm dùng để điều chế các kim loại nào?

Phản ứng nhiệt nhôm được dùng để điều chế các kim loại trung bình hoặc yếu. Sau khi tìm hiểu kỹ về dãy hoạt động hóa học của kim loại thì các bạn có thể nắm được các quy luật về độ phản ứng mạnh hay yếu của chúng. 

Cụ thể trong trường hợp này, nhôm sẽ đẩy được các kim loại khác ra khỏi oxit nếu phải thỏa mãn được điều kiện: Đó là các kim loại trung bình hoặc yếu (từ Zn trở đi). Các bạn hoàn toàn có thể dùng dãy hoạt động hóa học để tìm hiểu về các kim loại này nếu vẫn chưa nhớ được nhé!

Phản ứng nhiệt nhôm thường hay gặp:

  • Ví dụ nổi bật nhất chính là phản ứng hóa học giữa oxit sắt III (Fe2O3) và nhôm (Al) ở nhiệt độ cao: 2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3
  • Một số phản ứng khác như:

8Al + 3Mn304 → 4Al2O3+ 9Mn (ở nhiệt độ cao)

Cr203 + 2Al → Al2O3 + 2Cr (ở nhiệt độ cao)

Các trường hợp phản ứng nhiệt nhôm xảy ra

Sau khi tìm hiểu rõ khái niệm phản ứng nhiệt nhôm là gì ở bên trên, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về các trường hợp xảy ra phản ứng nhiệt nhôm. Hãy theo dõi thông tin chi tiết về kiến thức hóa học này ở dưới đây nhé!

Các trường hợp xảy ra phản ứng nhiệt nhôm
Các trường hợp xảy ra phản ứng nhiệt nhôm

Phản ứng xảy ra hoàn toàn

Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn thì tùy theo tính chất của hỗn hợp Y tạo thành để biện luận. Ví dụ như sau:

  • Hỗn hợp Y có chứa 2 kim loại thì suy ra Al còn dư và oxit kim loại hết.
  • Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch bazơ (NaOH,…) giải phóng ra khí H2 thì suy ra có Al dư.
  • Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch axit mà thấy có khí bay ra thì có khả năng chứa (Al2O3 + Fe) hoặc (Al2O3 + Fe + Al) hoặc (Al2O3 + Fe) + oxit kim loại vẫn còn dư.

Phản ứng hóa học xảy ra không hoàn toàn

Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn thì hỗn hợp Y gồm có Al2O3, Fe, Al còn dư và Fe2O3 dư.

Định luật bảo toàn liên quan đến phản ứng nhiệt nhôm hay dùng trong bài tập

  • Định luật bảo toàn khối lượng trước và sau phản ứng: m(hhX) = m(hhY)
  • Định luật bảo toàn nguyên tố (mol nguyên tử): nFeX = nFeY và nAlX = nAlY.

Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm

Tham gia phản ứng nhiệt nhôm gồm có Al và Cr2O3 trong điều kiện nhiệt độ cao và không có không khí. Sau một thời gian thu được 21,15g hỗn hợp X. Chia X thành hai phần bằng nhau rồi cho phần 1 vào lượng dư dung dịch HCL nóng loãng, thu được 3,36l khí H2 (đktc). Tiếp theo hòa tan phần 2 vào lượng dư dung dịch NaOH đặc nóng, thu được 1,68 lít H2 (đktc). Biết các phản ứng hóa học của phần 1 và phần 2 đều xảy ra hoàn toàn. Tính hiệu suất của phản ứng.

Cách giải:

Tính số mol của các chất tham gia phản ứng, khi đó mX = 21,952g

Phần 2 phản ứng với NaOH đặc nóng, chỉ có Al tác dụng sinh ra khí H2, còn Cr không phản ứng. Ta có:

  • nAl dư = 2nH23 = 0,05 mol

Phần 1 tác dụng với HCl, cả Al dư và Cr đều phản ứng và sinh ra khí H2. Ta có: 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 cần tính là: H = nCr203  pư/nCr203 bđ = 75

Phản ứng nhiệt nhôm với Cr203 

Phương trình:  

CR2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr  (điều kiện nhiệt độ cao)

Phản ứng nhiệt nhôm với CR2O3
Phản ứng nhiệt nhôm với CR2O3

Phản ứng nhiệt nhôm với Cr2O3 lần đầu tiên được dùng để khử oxit kim loại mà không cần sử dụng thêm cacbon. Phản ứng này tỏa ra lượng nhiệt rất cao, lên đến 2200°C. Nhưng nó lại có một năng lượng hoạt hóa cao do các liên kết giữa các nguyên tử bên trong chất rắn cần phải được phá vỡ trước.

Những điều cần lưu ý khi giải bài tập nhiệt nhôm

Khi chúng ta tiến hành giải dạng bài tập phản ứng nhiệt nhôm, các bạn cần phải lưu ý một số điểm quan trọng dưới đây. Cụ thể như sau:

  • Nếu hỗn hợp sau phản ứng ta cho tác dụng với dung dịch kiềm mà sinh ra khí H2 thì Al vẫn còn dư sau phản ứng nhiệt nhôm hoặc là hiệu suất H của phản ứng < 100%. Phản ứng này có liên quan đến tính chất của kim loại Al nên các bạn cần phải nắm vững.
  • Khi phản ứng kết thúc mà không thấy có khí bay lên thì tức là Al không dư và phản ứng đã xảy ra hoàn toàn.
  • Tổng khối lượng của hỗn hợp trước phản ứng luôn bằng tổng khối lượng của hỗn hợp sau phản ứng theo định luật bảo toàn khối lượng.
  • Áp dụng định luật bảo toàn electron vào làm bài tập.
  • Giả thiết cho phản ứng xảy ra hoàn toàn thì chất rắn chắc chắn sẽ có Al2O3, Fe và có thể Al hoặc FexOy còn dư. Giả thiết cho không nói đến phản ứng hoàn toàn hoặc bắt tính hiệu suất thì các bạn nên nhớ đến trường hợp là chất rắn sau phản ứng có cả 4 chất là Al, FexOy, Al2O3 và Fe nhé.

Có thể bạn quan tâm:

Hy vọng những kiến thức hóa học về phản ứng nhiệt nhôm bên trên có thể giúp các bạn củng cố kiến thức, làm bài tập chính xác và đạt được điểm cao. Nếu có đóng góp gì thì bình luận ở bên dưới để chúng tôi cải thiện hơn nhằm mang đến những bài viết hữu ích cho độ giả nhé!