#1 Phản ứng nhiệt nhôm là gì? Kiến thức toàn tập về phản ứng nhiệt nhôm

Trong đời sống hiện nay cũng như trong các tiết học Hóa học trên giảng đường, chúng ta ít nhiều sẽ nghe về phản ứng nhiệt nhôm. Vậy Phản ứng nhiệt nhôm là gì? Các trường hợp có thể xảy ra phản ứng nhiệt nhôm như thế nào? 

Cùng Top1dexuat.com theo dõi chi tiết ở bài viết dưới đây để tìm hiểu tổng thể về phản ứng nhiệt nhôm nhé!

Phản ứng nhiệt nhôm là gì?

Đó là phản ứng giữa nhôm và một chất ôxi hóa khác, thường là oxit sắt (Fe2O3), để tạo ra nhôm oxit (Al2O3) và sắt kim loại (Fe). Phản ứng này có tính nhiệt cao, tức là phát ra nhiều nhiệt khi xảy ra. Nhiệt lượng phát ra có thể đạt đến 850 kJ/mol. Do đó, phản ứng này thường được dùng để tạo ra lửa và ánh sáng trong các màn trình diễn khoa học hoặc nghệ thuật.

Phương trình tổng quát:

Al + oxit kim loại  → oxit nhôm + kim loại

Ví dụ:  2yAl + 3FexOy → yAl2O3 + 3xFe

Công dụng: Phản ứng nhiệt nhôm thường dùng để khử oxit kim loại mà không cần phải dùng đến cacbon.

Để thực hiện phản ứng nhiệt nhôm, chúng ta cần có những nguyên liệu sau: nhôm dạng bột hoặc dây, oxit sắt dạng bột hoặc viên, một nguồn nhiệt để khởi động phản ứng, ví dụ như diêm hoặc bật lửa.

Cách làm như sau: trộn nhôm và oxit sắt theo tỉ lệ mol 2:3, rồi đặt hỗn hợp vào một chậu sứ hoặc kim loại chịu nhiệt. Sau đó, dùng nguồn nhiệt để đốt cháy một phần nhỏ của hỗn hợp.

Khi đó, phản ứng sẽ tự duy trì và lan rộng ra toàn bộ hỗn hợp. Chúng ta sẽ thấy một ngọn lửa màu trắng sáng và nóng bỏng xuất hiện, kèm theo khói trắng và các tia lửa bay tán loạn. Đó là do nhôm oxit bị bay hơi và sắt kim loại bị nóng chảy. Phản ứng này rất nhanh và mãnh liệt, chỉ kéo dài trong vài giây.

Phản ứng nhiệt nhôm có thể điều chế những kim loại nào?

-nhôm có khả năng thực hiện đẩy các kim loại khác ra khỏi oxit tuy nhiên các kim loại đó phải thỏa mãn điều kiện: Đó phải là các kim loại trung bình hoặc yếu đứng sau nhôm hay nói cách khác đó là từ Zn trở đi

K- Ca- Na-Mg- Al- Zn- Fe- Ni- Sn- Pb- (H)- Cu- Hg- Ag- Pt- Au.

Một số phản ứng nhiệt nhôm hay gặp phải

Ví dụ tiêu biểu nhất đó là phản ứng giữa oxit sắt III (Fe2O3) và nhôm (Al):

2Al + Fe2O3 → t∘2Fe + Al2O3

Ngoài ra còn nhiều phản ứng khác như:

8Al + 3Mn304→ t∘4Al2O3+ 9Mn

Cr203 + 2Al→ t∘Al2O3 + 2Cr

Xem thêm: Rượu là một hợp chất hữu cơ thuộc dãy đồng đẳng của ancol. Rượu có tên gọi hoá học là etanol, rượu etylic hay ancol etylic. Công thức hóa học của rượu là C₂H₆O hay C₂H₅OH. Rượu Rum Bacardi 8 Năm cũng có công thức hoá học tương tự như vậy. Tuy nhiên, đây là dòng rượu pha chế và được chưng cất với nhiều hương vị phức tạp

Các trường hợp có thể xảy ra phản ứng nhiệt nhôm 

Phản ứng xảy ra hoàn toàn

Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, tùy theo tính chất hỗn hợp Y tạo thành mà  ta có thể biện luận. Ví dụ:

– Hỗn hợp Y chứa 2 kim loại →  Al dư, oxit kim loại hết.

– Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch bazơ kiềm (NaOH,…) giải phóng H2

→ có Al dư.

– Hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch axit có khí bay ra thì có khả năng hỗn hợp Y chứa (Al2O3+Fe) hoặc  (Al2O3+Fe+Al) hoặc (Al2O3+Fe) + oxit kim loại dư.

Phản ứng xảy ra không hoàn toàn

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

Những định luật liên quan tới phản ứng nhiệt nhôm

– Định luật bảo toàn khối lượng: mhhX = mhhY

– ĐỊnh luật bảo toàn nguyên tố (mol nguyên tử): 

nFe(X) = nFe(Y)

nAl(X) =nAl(Y).

Hiệu suất trong phản ứng nhiệt nhôm

Bài toán: Khi ta tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm Al và Cr2O3 ở trong điều kiện không có không khí. 

Sau một thời gian ta sẽ thu được 21,15 gam hỗn hợp X. Chia X thành hai phần bằng nhau. Cho phần 1 vào lượng dư dung dịch HCL nóng loãng, thu được 3,36 lít khí H2 (đktc). 

Tiến hành hòa tan phần 2 vào lượng dư dung dịch NaOH đặc nóng, kết quả thu được 1,68 lít H2 (đktc). Biết các phản ứng của phần 1 và phần 2 đều xảy ra hoàn toàn. Hiệu suất của phản ứng là gì?

Cách giải:

Tính số mol chất của từng phần, khi đó mX = 21,952

Phần 2 với NaOH đặc nóng, chỉ có Al sinh ra khí H2, Cr không phản ứng.

nAl dư = 2nH23 = 0,05

Phần 1 với HCl, cả Al dư và Cr đều phản ứng sinh ra khí H2

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: H = nCr203  pư/nCr203 bđ =75

Phản ứng nhiệt nhôm với Cr203 

Phương trình: 

Phản ứng nhiệt nhôm với  Cr203 lần đầu tiên được sử dụng để khử oxit kim loại mà không sử dụng cacbon. Phản ứng này tỏa nhiệt rất cao: 2200 °C, nhưng nó có một năng lượng hoạt hóa cao do các liên kết giữa các nguyên tử trong chất rắn phải được phá vỡ trước.

Xem thêm: Kích thước Backdrop tiệc cưới tiêu chuẩn là bao nhiêu?

Lưu ý khi giải bài tập nhiệt nhôm

Khi thực hiện tính toán giải các bài tập có dạng này, chúng ta cần phải chú ý một vài điều quan trọng dưới đây:

• Nếu hỗn hợp sau khi phản ứng tác dụng với dung dịch kiềm sinh ra khí H2 => Al sau phản ứng nhiệt nhôm vẫn còn dư ra hay nói cách khác hiệu suất H của phản ứng nhỏ hơn 100% => Phản ứng xảy ra không hoàn toàn. 
• Phản ứng này có liên quan đến tính chất của nhôm (Al) => Cần phải nắm vững lý thuyết về bản chất của nhôm.
• Khi phản ứng kết thúc mà không có khí H2 thoát ra  thì tức là Al phản ứng hết => phản ứng xảy ra hoàn toàn (H=100%)
• Khi làm bài nhớ sử dụng linh hoạt định luật bảo toàn
• Bảo toàn khối lượng: Tổng khối lượng hỗn hợp trước và sau phản ứng bằng nhau
• Bảo toàn e (electron): Tổng số mol e nhường = tổng số mol e nhận.
• Nếu đề bài cho phản ứng xảy ra hoàn toàn → Chắc chắn trong chất rắn sẽ có Al2O3 , Fe và có thể Al hoặc FexOy dư. Nếu đề bài không nói phản ứng xảy ra  hoàn toàn, hoặc yêu cầu tính hiệu suất thì ta phải chú ý đến trường hợp sau phản ứng chất rắn có cả 4 chất Al, FexOy, Al2O3, Fe.

Ứng dụng phản ứng nhiệt nhôm 

Phản ứng nhiệt nhôm được ứng dụng khá phổ biến trong việc hàn đường sắt tại chỗ, mang lại nhiều lợi ích cho những công việc phải cài đặt phức tạp hay có thể sửa chữa được tại chỗ mà không thể áp dụng cách hàn đường sắt liên.

Phản ứng nhiệt nhôm còn có thể dùng để điều chế những kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao (như crôm hay Von farm). Bởi nhôm có khả năng thụ động với HNO3 đặc nguội  và H2SO4 đặc nguội, chính vì thế mà người ta thường sử dụng những thùng được làm từ nhôm để có thể chuyên chở hai loại axit này.

Ngoài ra phản ứng nhiệt nhôm được sử dụng rộng rãi trong việc điều chế sản xuất ra các hợp kim sắt. Ví dụ như sản xuất ferrovanadium từ Vanadi oxit và ferroniobium từ niobium pentoxit. Không chỉ vậy mà cả các các kim loại khác hầu như cũng được sản xuất bằng phương pháp này.

Vậy với những thông tin kiến thức chi tiết từ A-Z của phản ứng nhiệt nhôm đã có thể giúp bạn trả lời được những thắc mắc ban đầu! Hãy ứng dụng ngay bạn nhé!

Xem thêm: Hiểu rõ sự vật sự việc, bản chất hiện tượng phản ứng nhiệt nhôm sẽ giúp đỡ bạn trong công việc điều chế ra các hợp kim sắt. Tương tự, trong sinh học, nếu bạn biết rõ về tác dụng, cách sử dụng yến sào thì đây cũng sẽ là món ăn cực kỳ bổ dưỡng cho cơ thể của bạn.