Phản ứng nhiệt nhôm là gì? Điều kiện phản ứng và sản phẩm là gì? là chủ đề hôm nay pgdninhphuoc.edu.vn cùng bạn tìm hiểu. Hãy đọc thật kĩ bài viết sau để hiểu rõ hơn nhé.!
Phản ứng nhiệt nhôm có rất nhiều ứng dụng trong đời sống hiện nay. Vậy định nghĩa chính xác của phản ứng nhiệt nhôm là gì? Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm là bao nhiêu? Trong nội dung bài viết dưới đây, hãy cùng muahangdambao.com khám phá kỹ hơn chủ đề thú vị này nhé!
Tìm hiểu thêm về khái niệm nhiệt phát quang Nhôm là gì?
Trước hết là phản ứng nhiệt nhôm, tên tiếng anh là “aluminothermic reaction”, là phản ứng hóa học tỏa nhiệt, trong đó nhôm là kim loại đóng vai trò chất khử. Nói một cách đơn giản hơn, đây là một phản ứng hóa học tỏa nhiệt trong đó nhôm là chất khử ở nhiệt độ cao. Ví dụ nổi bật nhất cho phản ứng nhiệt nhôm giữa oxit sắt III và nhôm. Phương trình tổng quát của phản ứng nhiệt nhôm là: Al + oxit kim loại => nhôm oxit + kim loại.
Ví dụ cụ thể về phản ứng nhiệt nhôm
Một trong những phản ứng thu nhiệt phổ biến và nổi tiếng nhất của nhôm là phản ứng của Al với oxit sắt. Như sau:
- Fe2O3 + 2Al => 2Fe + Al2O3
- 2yAl + 3FexOy => yAl2O3 + 3xFe
Ngoài ra còn một số phản ứng quan trọng khác như:
- 3CuO + 2 Al => Al2O3 + 3Cu.
- 8Al + 3Fe3O4 => 4Al2O3 + 9Fe.
- 3Mn3O4 + 8Al => 4Al2O3 + 9Mn.
- Cr2O3 + 2Al => Al2O3 + 2Cr
Các phản ứng trên đều là phản ứng oxi hóa khử, trong đó nhôm là chất khử và các oxit kim loại là chất oxi hóa.
Các đặc điểm chính của phản ứng nhiệt nhôm là gì?
Phản ứng này lần đầu tiên được sử dụng để khử oxit kim loại mà không cần sử dụng cacbon. Phản ứng này toả nhiệt lớn nhưng cũng cần năng lượng hoạt hoá lớn vì muốn bẻ gãy liên kết giữa các nguyên tử, trong đó không thể thiếu liên kết kim loại.
Trong quá trình này, nhôm sẽ được nung nóng bằng các oxit kim loại bên trong lò. Để tạo điều kiện cho quá trình gia nhiệt này, nhôm và oxit kim loại được nghiền thành bột và hỗn hợp này sau đó được đốt cháy. Quá trình cải tiến này được thực hiện bởi nhà hóa học người Đức Hans Goldchmidt và được cấp bằng sáng chế vào năm 1898.
Phản ứng thu nhiệt nhôm được ứng dụng như thế nào trong đời sống?
– Phản ứng nhiệt nhôm tương đối phổ biến trong hàn ray tại chỗ, mang lại rất nhiều lợi ích cho những công việc cần lắp đặt phức tạp hoặc có thể sửa chữa tại chỗ mà không thể hàn. sắt thông thường.
Phản ứng nhiệt nhôm cũng có thể được sử dụng để sản xuất các kim loại có nhiệt độ nóng chảy cực cao như crom hoặc trang trại von. Vì nhôm có khả năng thụ động hóa với HNO3 và H2SO4 đặc nguội. Chính vì vậy người ta thường sử dụng thùng làm từ nhôm để có thể vận chuyển hai loại axit đặc biệt này.
– Ngoài ra, phản ứng nhiệt nhôm còn được ứng dụng rộng rãi trong điều chế và sản xuất các hợp kim sắt. Các ví dụ bao gồm việc sản xuất ferrovanadi từ vanadi oxit và ferro niobi từ niobi pentoxit. Không chỉ vậy, các loại khác hầu như đều được sản xuất theo phương pháp tương tự.
Các trường hợp có thể xảy ra phản ứng nhiệt nhôm
Giả sử hỗn hợp X (gồm Al và các oxit kim loại) tham gia phản ứng thu được hỗn hợp Y. Có hai trường hợp có thể xảy ra: phản ứng xảy ra hoàn toàn và phản ứng hết. không hoàn toàn. Đặc biệt:
Phản ứng thu nhiệt của nhôm xảy ra hoàn toàn
Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn có thể đặt các bài toán sau:
- Nếu trộn hỗn hợp Y gồm 2 kim loại trong đó có Al dư thì tạo kim loại mới, hết oxit kim loại.
- Nếu cho hỗn hợp Y phản ứng với dung dịch kiềm giải phóng khí H2 chứng tỏ Al dư.
- Nếu cho hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch axit sinh ra khí thì hỗn hợp Y có thể là hỗn hợp Al2O3 và một kim loại mới hoặc Al2O3, Al và một kim loại mới hoặc Al2O3, một kim loại mới với oxit. kim loại dư.
Phản ứng thu nhiệt của nhôm không hoàn toàn
Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn thì thu được hỗn hợp Y gồm Al dư, Al2O3, oxit kim loại dư và kim loại mới tạo thành.
Hiệu suất nhiệt của nhôm như thế nào?
Để có thể hiểu và biết cách tính hiệu suất nhiệt của nhôm ta cần dựa vào phản ứng:
- 2yAl + 3MxOy => yAl2O3 + 3xM. Trong đó M là các kim loại có tính khử trung bình và tương đối yếu.
- 2yAl + 3FexOy => yAl2O3 + 3xFe. Các trường hợp sau đây có thể xảy ra:
+ Hiệu suất phản ứng H = 100% (khi phản ứng nhiệt nhôm xảy ra hoàn toàn). + + Nếu cho sản phẩm phản ứng với dung dịch kiềm có khí H2 thoát ra thì sản phẩm có Al, Fe và Al2O3 dư.
+ Hiệu suất H < 100% (khi phản ứng nhiệt nhôm xảy ra không hoàn toàn). Khi đó sản phẩm thu được là Al dư, Al2O3, FexOy và Fe dư.
Một số điều các em cần lưu ý khi giải bài tập phản ứng nhiệt nhôm
Khi làm một số bài tập liên quan đến phản ứng nhiệt nhôm, hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm, học sinh cần lưu ý một số điểm quan trọng sau:
– Nếu cho hỗn hợp phản ứng với dung dịch kiềm sinh ra khí H2 thì Al sẽ còn dư sau phản ứng tỏa nhiệt nhôm hoặc hiệu suất H của phản ứng nhỏ hơn 100%. Phản ứng này có liên quan đến các tính chất khác của kim loại Al nên học sinh cần nắm vững kiến thức đó để giải bài tốt hơn.
– Khi kết thúc phản ứng thu nhiệt nhôm không thấy khí bay lên nghĩa là Al không còn dư và phản ứng thu nhiệt nhôm này đã xảy ra hoàn toàn.
Theo định luật bảo toàn khối lượng thì tổng khối lượng của hỗn hợp trước phản ứng phải bằng tổng khối lượng của hỗn hợp sau phản ứng.
– Định luật bảo toàn electron nên áp dụng khi muốn giải các dạng bài toán này.
– Nếu đề bài là phản ứng thu nhiệt nhôm xảy ra hoàn toàn thì có thể suy ra sản phẩm của phản ứng thu nhiệt nhôm luôn có chất rắn là Al2O3, Fe hoặc có thể là Al, FexOy dư. Còn nếu đề không nhắc đến có xảy ra phản ứng xảy ra hoàn toàn hay yêu cầu tính hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm thì các em cũng cần nhớ trường hợp chất rắn sau phản ứng có tất cả 4 chất gồm: Al, FexOy, Al2O3 và Fe.
Gợi ý giải một số bài toán liên quan đến phản ứng nhiệt nhôm
Bài tập 1: Khi cho 41,4 gam hỗn hợp X gồm Fe2O3, Cr2O3 và Al2O3 tác dụng với dung dịch NaOH đặc (dư). Sau phản ứng ta thu được chất rắn có khối lượng 16 gam. Để khử hoàn toàn 41,4 gam chất X bằng phản ứng nhiệt nhôm tỏa nhiệt cần 10,8 gam Al. Thành phần phần trăm theo khối lượng của Cr2O3 trong hỗn hợp X là? (Biết rằng hiệu suất của các phản ứng là 100%; O = 16; Al = 27; Fe = 56; Cr = 52).
- 50,67%
- 20,33%
- 66,67%
- 36,71%
*Câu trả lời:
Khi cho hỗn hợp X tác dụng với dung dịch NaOH thu được phương trình hoá học như sau:
– Cr2O3 + 2NaOH => 2NaCrO2 + H2O
– Al2O3 + 2NaOH => 2NaAlO2 + H2O
Vì Fe2O3 không phản ứng với dung dịch kiềm nên ta sẽ có khối lượng chất rắn còn lại là Fe2O3.
mFe2O3 = 16 gam.
Từ đó ta sẽ tính được số mol oxit sắt III là: nFe2O3 = 16/160 = 0,1 mol.
Tiếp tục thực hiện phản ứng nhiệt nhôm của chất X:
– Cr2O3 + 2Al => Al2O3 + 2Cr (1)
– Fe2O3 + 2Al => Al2O3 + 2Fe (2)
0,1 mol
Theo đề bài, số mol Al cần phản ứng sẽ là: nAl = 10,8/27 = 0,4 mol. Còn theo phương trình (2) khi cân bằng số mol ta sẽ có: nAl = 2.nFe3O4 = 0,2 mol.
Do đó số mol Al còn lại trong phương trình (1) sẽ là: nAl(1) = 0,4 – 0,2 = 0,2 mol. Từ đây ta dễ dàng suy ra: nCr2O3 = 0,1 mol => m = 15,2 gam.
Phần trăm khối lượng crom oxit có trong hỗn hợp chất X là: %Cr2O3 = 15,2/41,4 = 36,71%. Vì vậy, chúng ta phải chọn đáp án đúng là D.
Bài tập 2: Cho biết phản ứng nào là phản ứng thu nhiệt của nhôm trong các phương trình sau:
- 3Al + 3CuSO4 => Al2(SO4)3 + 3Cu.
- 8Al + 3Fe3O4 => 4Al2O3 + 9Fe.
- 2Al2O3 => 4Al + 3O2.
- 2Al + 3H2SO4 => Al2(SO4)3 + 3H2.
*Trả lời: Phản ứng nhiệt nhôm ở đây là phản ứng giữa nhôm với oxit của kim loại yếu hơn. Do đó ta phải chọn B.
Oxit axit là gì? Tính chất hóa học của oxit axit?
Đá khô là gì? Công thức hóa học & ứng dụng của đá khô
Có thể nói phản ứng nhiệt nhôm là một trong những phát minh rất có ý nghĩa trong ngành hóa học. Mặc dù phản ứng khá đơn giản nhưng nó có tầm quan trọng rất lớn trong sản xuất và công nghiệp. Hy vọng bài viết này đã giúp bạn có thêm những kiến thức hữu ích cho mình.
Danh Mục: Là Gì