Nhôm phản ứng nhiệt được sử dụng trong sản xuất hợp kim ferro và có nhiều ứng dụng trong đời sống. Vậy định nghĩa phản ứng nhiệt là gì? Hiệu suất của phản ứng nhiệt? Sản phẩm của phản ứng này là gì? Các dạng bài tập về phản ứng nhiệt nhôm? Nội dung bài viết dưới đây, hãy cùng dinhnghia.com.vn thảo luận về chủ đề này nhé!
Nhôm hấp thụ nhiệt là gì?
Thu nhiệt nhôm được định nghĩa là phản ứng hóa học tỏa nhiệt ở nhiệt độ cao sử dụng nhôm làm chất khử.
Phương trình tổng quát:
al + oxit kim loại (overset{t^{circ}}{rightarrow}) nhôm oxit + kim loại
(trộn x)(trộn y)
Phản ứng này được sử dụng để khử oxit kim loại mà không sử dụng cacbon. Phản ứng này thường rất tỏa nhiệt, nhưng nó có năng lượng kích hoạt cao vì liên kết giữa các nguyên tử trong chất rắn trước tiên phải bị phá vỡ.
Oxit kim loại hiện được nung nóng trong lò cùng với nhôm. Phản ứng này chỉ có thể được sử dụng để sản xuất một lượng nhỏ vật liệu.
hans goldschmidt đã cải tiến quy trình xử lý nhiệt nhôm (1893 – 1898) bằng cách đốt cháy hỗn hợp bột oxit kim loại mịn và bột nhôm rồi phản ứng để bắt đầu phản ứng, trong đó hỗn hợp không được làm nóng bên ngoài.
Phương pháp này đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1898 và được sử dụng rộng rãi để hàn đường sắt trong những năm tiếp theo. Những phản ứng này cũng được sử dụng trong hàn đường ray tại chỗ. Bởi vì điều này rất hữu ích cho các cài đặt phức tạp hoặc sửa chữa hiện trường không yêu cầu đường ray hàn.
Ngoài ra, phản ứng này được sử dụng để sản xuất hầu hết các hợp kim sắt, chẳng hạn như ferroniobi, từ niobi pentoxit. Một số kim loại khác cũng được sản xuất bằng phương pháp này.
Các phản ứng thu nhiệt phổ biến của nhôm
Ví dụ nổi bật nhất là phản ứng giữa oxit sắt iii ((fe_{2}o_{3})) và nhôm (al):
(2al+fe_{2}o_{3}overset{t^{circ}}{rightarrow}2fe+al_{2}o_{3})
Một số phản hồi khác, chẳng hạn như:
(8al+3mn_{3}0_{4} tràn{t^{circ}}{rightarrow}4 al_{2}0_{3} + 9 triệu)
(cr_{2}0_{3} + 2 al overset{t^{circ}}{rightarrow}al_{2}0_{3} + 2 cr)
Hiệu suất nhiệt điện
Một phản ứng thu nhiệt hỗn hợp nhôm bao gồm (al) và (cr_{2}o_{3}) được thực hiện 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 dung dịch hcl loãng nóng dư thu được 3,36 lít khí (h_{2}) (dktc). Hòa tan phần 2 vào lượng dư dung dịch đặc nóng thu được 1,68 L (h_{2}) (dktc). Biết rằng Phần 1 và Phần 2 phản ứng xảy ra hoàn toàn. Hiệu quả của phản ứng như thế nào?
Giải pháp:
Tính số mol của mỗi phần của chất, sau đó (m_{x}=frac{21,95}{2})
Phần 2 nóng đặc lại, chỉ có al sinh ra khí (h_{2}), cr không phản ứng.
(n_{al}) số dư (=frac{2n h_{2}}{3}=0,05)
Phần 1 sử dụng hcl, al và cr dư phản ứng tạo thành khí (h_{2})
(2ncr+3nal =2nh_{2}mũi tên phải ncr=0,075)
(2al+cr_{2}o_{3}mũi tên phải al_{2}o_{3}+2cr)
(2al+cr_{2}o_{3}mũi tên phải al_{2}o_{3}+2cr)
Vậy: (n_{al}) ban đầu (=0,075+0,05=0,125)
và (n_{cr_{2}o_{3}}) ban đầu (=frac{m_{x}-m_{al}}{152}=0,05)
Hiệu suất phản ứng: (h=ncr_{2}o_{3}) p/(ncr_{2}o_{3}) bđ (=75%)
Phản ứng thu nhiệt giữa nhôm và (cr_{2}0_{3})
Phương trình: (cr_{2}0_{3} + 2 al overset{t^{circ}}{rightarrow}al_{2}0_{3} + 2 cr)
Phản ứng nhiệt của nhôm với (cr_{2}0_{3}) lần đầu tiên được sử dụng để khử oxit kim loại mà không sử dụng carbon. Phản ứng rất tỏa nhiệt: 2200 °C, nhưng nó có năng lượng kích hoạt cao vì liên kết giữa các nguyên tử trong chất rắn trước tiên phải bị phá vỡ.
Sản phẩm của phản ứng thu nhiệt nhôm là gì?
(a.al(oh)_{3})
(b.o_{2})
(c.al)
(d.al_{2}o_{3})
Đáp án: đ
Trường hợp xảy ra phản ứng thu nhiệt nhôm
Phản ứng hoàn tất
Tùy thuộc vào bản chất của hỗn hợp y tạo thành mà phản ứng có xảy ra hay không. Ví dụ:
- Hỗn hợp y gồm 2 kim loại (mũi tên phải) al dư, oxit kim loại hết.
- Hỗn hợp y phản ứng với dung dịch kiềm (naoh,…) giải phóng (h_{2}rightarrow) và al dư.
- Hỗn hợp y phản ứng với dung dịch axit giải phóng khí, hỗn hợp y có thể chứa ((al_{2}o_{3}+fe)) hoặc ((al_{2}o_{3}+ fe+al) )) hoặc ( (al_{2}o_{3}+fe)) + oxit kim loại dư.
- Định luật bảo toàn khối lượng: (m_{hhx}=m_{hhy})
- Định luật bảo toàn nguyên tố (số mol nguyên tử): (n_{fex}=n_{fey};n_{alx}=n_{aly}).
- Trường hợp 1: (al) và (cr_{2}o_{3}) là đủ:
- Trường hợp 2: Al quá liều: (2al+fe_{2}o_{3}overset{t^{circ}}{rightarrow}al_{2}o_{3}+2fe)
- Trường hợp 3: (fe_{2}o_{3}) thừa:
Phản hồi không đầy đủ
Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn thì hỗn hợp y gồm (al_{2}o_{3}, fe, al dư) và (fe_{2}o_{3}) dư.
Các định luật liên quan đến phản ứng nhiệt nhôm
Chuyển động thu nhiệt của nhôm
Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn
Thường vì không biết al và (cr_{2}o_{3}) có bao nhiêu nốt ruồi nên chúng ta phải xét cả 3 trường hợp và tìm ra cách giải hợp lý:
(2al+fe_{2}o_{3}overset{t^{circ}}{rightarrow}2fe+al_{2}o_{3})
(arightarrow frac{a}{2}rightarrow frac{a}{2}rightarrow a)
Suy ra hỗn hợp phản ứng sau: fe: một mol; (al_{2}o_{3}:frac{a}{2}) mol.
(2sángmũi tên sángmũi tên sángmũi tên sángmũi tên 2b)
Suy luận: Hỗn hợp sau phản ứng:
Sắt: 2b nốt ruồi; (al_{2}o_{3}:b) nốt ruồi; (al_{dd}: (a-2b)) nốt ruồi.
(2al+fe_{2}o_{3}overset{t^{circ}}{rightarrow}al_{2}o_{3}+2fe)
(arightarrow frac{a}{2}rightarrow frac{a}{2}rightarrow a)
Suy ra hỗn hợp phản ứng sau: fe: một mol; (al_{2}o_{3}:frac{a}{2}) mol, (fe_{2}o_{3}: (b-frac{ một }{2})).
Nếu phản hồi không đầy đủ
Gọi x là số mol tham gia phản ứng (fe_{2}o_{3})
(2al+fe_{2}o_{3}overset{t^{circ}}{rightarrow}al_{2}o_{3}+2fe)
(2xrightarrow xrightarrow xrightarrow 2x)
Suy luận: Hỗn hợp sau phản ứng:
Sắt: 2x mol; (al_{2}o_{3}:x) mol; (fe_{2}o_{3}) dư (b-x) mol; nhôm dư: (a-2x) mol.
Lưu ý: Nếu câu hỏi cần tính hiệu suất phản ứng thì ta sẽ giải quyết trường hợp không đầy đủ phản ứng.
Một số ví dụ về phản ứng thu nhiệt nhôm
Như vậy, bài viết trên của dinhnghia.com.vn đã giúp các bạn tổng hợp những kiến thức về Phản ứng thu nhiệt của nhôm. Hi vọng những kiến thức trên sẽ hữu ích với các bạn trong quá trình học tập. Chúc may mắn với các nghiên cứu của bạn!
