Chuyên đề Hóa học 12: Nhiệt nhôm và điện phân nóng chảy Al2O3

Nội dung text: Chuyên đề Hóa học 12: Nhiệt nhôm và điện phân nóng chảy Al2O3

1. Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com BÀI TẬP NHIỆT NHƠM VÀ ĐIỆN PHÂN NĨNG CHẢY Al2O3 Con đường tư duy : Với bài tốn nhiệt nhơm : Thực chất là Al đi cướp O trong Oxit của các kim loại khác. Dựa vào các giữ kiện kết hợp với các ĐLBT đi tim xem Al dư là bao nhiêu? Đi vào Al 2O3 là bao nhiêu. Với bài tốn điện phân nĩng chảy Al2O3: Đây là dạng tốn nĩi chung rất đơn giản thường CO dpnc/C thì chúng ta chỉ cần BTNT O với chú ý Al2O3  CO2 sau đĩ BTNT để tính Al. O2 HƯỚNG DẪN ÁP DỤNG Câu 1: Nung nĩng 23,3 gam hỗn hợp gồm Al và Cr2O3 (trong điều kiện khơng cĩ khơng khí) đến khi phản ứng xảy ra hồn tồn thu được hỗn hợp chất rắn X. Chất rắn X phản ứng vừa đủ với 300 ml dung dịch KOH 1M (lỗng). Nếu hịa tan hết X bằng dung dịch HCl thì cần vừa đủ dung dịch chứa a mol HCl. Giá trị của a là: A. 1,3. B. 1,5. C. 0,9. D. 0,5. Chú ý: Cr khơng tan trong kiềm lỗng . n 0,3 mol BTNT.K n 0,3mol n 0,3mol KOH KAlO2 Al n 0,1mol n 0,3mol Al2O3 Al BTNT.Oxi 23,3g  X nAl 0,1mol nCr O 0,1mol 2 3 n 0,2 mol Cr n 0,3mol BTNT AlCl3 BTNT.Clo   a 1,3mol n 0,2 mol CrCl2 Câu 2: Thực hiện phản ứng nhiệt nhơm với 9,66 gam hỗn hợp X gồm Fe xOy và nhơm, thu được hỗn hợp rắn Y. Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 0,672 lít khí (đktc), dung dịch D và chất khơng tan Z. Sục CO 2 đến dư vào dung dịch D lọc kết tủa và nung đến khối lượng khơng đổi được 5,1 gam chất rắn. Các phản ứng xảy ra hồn tồn. Cơng thức của oxit sắt là: A. Khơng xác định được B. Fe2O3 C. Fe3O4 D. FeO Do phản ứng hồn tồn. SƯU TẦM Page 1
2. Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com BTE nH 0,03mol  nAl 0,02 mol 2 Ta cĩ ngay: 9,66g Y n a mol Al2O3 Fe BTNT.Al 0,02 2a 0,1 a 0,04 mol BTKL nFe 0,09 3  nFe 0,09 mol C nO 3.0,04 4 Câu 3: Một hỗn hợp gồm bột Al và Fe 2O3, thực hiện phản ứng nhiệt nhơm ở nơi khơng cĩ khơng khí. Hỗn hợp sản phẩm rắn thu được sau phản ứng, trộn đều rồi chia thành 2 phần.Cho phần 1 vào dung dịch NaOH lấy dư thì thu được 6,72 lít hidro và chất rắn khơng tan trong NaOH cĩ khối lượng bằng 34,783% khối lượng của phần 1. Hịa tan hết phần 2 vào dung dịch HCl thì thu được 26,88 lít hidro. Các thể tích ở ĐKC, các phản ứng đều hồn tồn. Khối lượng từng chất rắn trong hỗn hợp ban đầu là: A. 10,8g Al và 64 g Fe2O3 B. 27g Al và 32 g Fe2O3 C. 32,4g Al và 32 g Fe2O3 D. 45g Al và 80 g Fe2O3 Chú ý: Phản ứng là hồn tồn và khối lượng 2 phần cĩ thể là khác nhau. Dễ thấy Al cĩ dư sau phản ứng nhiệt nhơm. Trong phần 1 cĩ : nFe : a mol 3b 0,3.2 BTE BTKL nAl : b mol  56a 0,34783 BTNT.O n : 0,5a 56a 27b 51a Al2O3 a 0,1mol m1 16,1g b 0,2 mol m ne 1,2.2 Với phần 2: n 1,2 2 2 3 m 48,3g H2 e 2 m1 n1 0,1.2 0,2.3 Câu 4: Hỗn hợp bột X gồm Al và Fe2O3. Nếu cho m gam hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 5,376 lít H 2 (đktc). Nếu nung nĩng m gam hỗn hợp X để thực hiện hồn tồn phản ứng nhiệt nhơm thu được chất rắn Y. Hịa tan hết chất rắn Y với dung dịch NaOH dư thu được 0,672 lít lít H2 (đktc). Để hịa tan hết m gam hỗn hợp X cần bao nhiêu ml dung dịch hỗn hợp HCl 1M và H2SO4 0,5M? A. 300mlB. 450 ml C. 360 ml D. 600ml 0,24.2 Ta cĩ: X HCl BTE n 0,16 mol Al 3 SƯU TẦM Page 2
3. Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com 0,03.2 Y NaOH BTE ndu 0,02 mol Al 3 npu 0,14 mol BTNT.Al n 0,07mol Al Al2O3 Vậy X cĩ: n 0,16 mol Al BTE BTNT.H  n 0,16.3 0,07.3.2 0,9 mol n 0,07mol  H Fe2O3 n 1.V 0,5.2.V 0,9 V 0,45lit  H Câu 5: Một hỗn hợp X gồm Al và Fe 2O3, thực hiện phản ứng nhiệt nhơm sau khi phản ứng hồn tồn thu được chất rắn A. Cho A tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 3,36 lít H 2 (đktc) và chất rắn B. Cho B tác dụng với H2SO4 lỗng dư, cĩ 8,96 khí (đktc). Khối lượng của Al và Fe2O3 trong hỗn hợp X: A. 13,5g; 16gB. 10,8g; 16g C. 6,75g; 32gD. 13,5g; 32g 0,15.2 A NaOH BTE n 0,1mol Al 3 Ta cĩ: m 0,4.2 Fe2O3 B H SO BTE n 0,4 mol BTNT.Fe n 0,2 mol 2 4 Fe 2 Fe2O3 BTNT.O n 0,2 mol n 0,1 0,2.2 0,5mol m 13,5g Al2O3  Al Al Câu 6: Cho a gam Al tác dụng với b gam Fe2O3 thu được hỗn hợp A. Hồ tan A trong HNO3 dư, thu được 2,24 lít khí (đktc) một khí khơng màu, hố nâu trong khơng khí. Khối lượng a đã dùng: A. 2,7 gB. 5,4 gC. 4,0 gD. 1,35 g Bài tốn này các bạn chú ý .Vì cuối cùng Al và Fe đều lên số oxi hĩa cao nhất nên ta cĩ thể hiểu khí NO thốt ra là do Al sinh ra. BTE Do đĩ cĩ ngay :  nAl nNO 0,1 mol a 2,7g Câu 7: Trộn 6,48 g Al với 16 g Fe2O3. Thực hiện phản ứng nhiệt nhơm thu được chất rắn A. Khi cho A tác dụng với dung dịch NaOH dư, cĩ 1,344 lít H 2 (đktc) thốt ra. Tính hiệu suất phản ứng nhiệt nhơm A. 80%B. 100%C. 75%D. 85% nAl 0,24 mol Ta cĩ: Al dư → ta tính hiệu suất theo Fe2O3. n 0,1mol Fe2O3 pu BTE Giả sử: nAl a mol  (0,24 a).3 0,06.2 a 0,2 mol SƯU TẦM Page 3
4. Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com npu 0,1 mol H 100% Fe2O3 Câu 8: Khử hồn tồn 16g Fe 2O3 bằng bột Al dư ở nhiệt độ cao. Sau phản ứng cho khối lượng rắn vào dung dịch NaOH dư thu được 0,672 lit (đktc) khí. Khối lượng bột Al đã dùng là: A. 9,84 gB. 9,54 gC. 5,94 gD. 5,84 g n 0,1mol BTNT npu 0,2 mol Fe2O3 Al Ta cĩ:  nAl 0,22 mol mAl 5,94g n 0,03mol BTE ndu 0,02 mol H2 Al BÀI TẬP RÈN LUYỆN Câu 1: Đốt nĩng hỗn hợp gồm bột Al và Fe 3O4 với lượng vừa đủ để phản ứng nhiệt nhơm xảy ra hồn tồn. Các chất thu được sau phản ứng tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 4,032 lít H2 đktc. Khối lượng của hỗn hợp ban đầu là : A. 7,425gB. 13,5gC. 46,62gD. 18,24 g Câu 2: Sau khi thực hiện phản ứng nhiệt nhơm với Fe3O4 thu được chất rắn A và nhận thấy khối lượng nhơm giảm 8,1 gam. Cho A tác dụng với dd NaOH dư thu được 6,72 lít khí (đktc), giả sử hiệu suất các phản ứng là 100%. Khối lượng của A là: A. 39,6gB. 31,62gC. 42,14gD. 15,16g Câu 3: Đốt nĩng một hỗn hợp gồm Al và 16g Fe 2O3 (trong điều kiện khơng cĩ khơng khí) đến khi phản ứng xảy ra hồn tồn, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng vừa đủ với Vml dd NaOH 1M sinh ra 3,36 lít H2 (đktc). Giá trị của V là? A. 100mlB. 150 mlC. 200mlD. 300ml Câu 4: Nung nĩng hỗn hợp gồm 15,2 gam Cr 2O3 và m gam Al. Sau khi phản ứng xảy ra hồn tồn thu được 23,3 gam hỗn hợp X. Cho tồn bộ X phản ứng với HCl dư thấy thốt ra V (lít) H2 (đktc). Giá trị của V là: A. 7,84 lítB. 4,48 lítC. 3,36 lítD. 10,08 lít Câu 5: Trộn 5,4g Al với 17,4g bột Fe 3O4 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhơm (giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử Fe3O4 thành Fe). Hịa tan hồn tồn hỗn hợp rắn sau phản ứng bằng dd H2SO4 lỗng, dư thì thu được 5,376 lít H2 (đktc). Hiệu suất phản ứng nhiệt nhơm là? A. 62,5%B. 60%C. 20%D. 80% Câu 6: Trộn m gam bột nhơm với CuO và Fe2O3 rồi tiến hành nhiệt nhơm. Sau một thời gian thu được chất rắn A. Hịa tan A trong HNO 3 dư được dung dịch B (khơng cĩ NH 4NO3) và hỗn hợp khí C gồm 0,02 mol NO2 và 0,03 mol NO. Giá trị của m là : SƯU TẦM Page 4
5. Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com A. 0,99B. 0,81C.1,17D. 2,34 Câu 7: Một hỗn hợp gồm Al và Fe 2O3 cĩ khối lượng là 26,8gam. Tiến hành phản ứng nhiệt nhơm thu được chất rắn A. Chia A thành 2 phần bằng nhau. Phần 1 tác dụng với dung dịch NaOH dư cho ra khí H2. Phần 2 Tác dụng với dung dịch HCl cho ra 5,6 lít H2( ở đ.k.t.c). Tính khối lượng của Al và Fe2O3 trong hỗn hợp ban đầu A. 5,4gam Al và 11,4 gam Fe2O3 B. 10,8gam Al và 16 gam Fe2O3 C. 2,7gam Al và 14,1 gam Fe2O3 D. 7,1gam Al và 9,7 gam Fe2O3 Câu 8: Khi cho 41,4 gam hỗn hợp X gồm Fe 2O3, Al2O3 và Cr2O3 tác dụng với dung dịch NaOH đặc, dư thu được chất rắn cĩ khối lượng 16 gam. Để khử hồn tồn 41,4 gam X bằng phản ứng nhiệt nhơm cần dùng 10,8 gam Al. Thành phần % theo khối lượng của Cr 2O3 trong hỗn hợp X là: A. 30,23% B. 50,67% C. 36,71% D. 66,67% Câu 9: Nung nĩng m gam hỗn hợp gồm Al và Fe 3O4 trong điều kiện khơng cĩ khơng khí. Sau khi phản ứng xảy ra hồn tồn, thu được một hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng với dd NaOH dư thu được dd Y, chất rắn Z và 3,36 lít khí H 2 (đktc). Sục khí CO2 dư vào dd Y, thu được 39 g kết tủa. Giá trị của m là? A. 45,6gB. 48,3gC. 36,7gD. 57g Câu 10: Nung nĩng m gam hỗn hợp Al và Fe2O3 (trong mơi trường khơng cĩ khơng khí) đến khi phản ứng xảy ra khồn tồn, thu được hỗn hợp rắn Y. Chia Y thành 2 phần bằng nhau: - Phần 1: Tác dụng với dd H2SO4 lỗng, dư sinh ra 3,08 lít khí H2 ở đktc. - Phần 2: Tác dụng với dd NaOH dư sinh ra 0,84 lít khí H2 ở đktc. Giá trị của m là? A. 22,75gB. 21,4gC. 29,4gD. 29,43g Câu 11: Đốt nĩng một hỗn hợp X gồm bột Fe3O4 và bột Al trong mơi trường khơng cĩ khơng khí. Nếu cho những chất cịn lại sau phản ứng (Y) tác dụng với dung dịch NaOH dư sẽ thu được 0,15 mol H2; cịn nếu cho tác dụng với HCl dư sẽ thu được 0,6 mol H 2. Vậy số mol Al trong hỗn hợp X là? A. 0,5 molB. 0,4 molC. 0,25 molD. 0,6 mol Câu 12: Trộn 32gam Fe 2O3 với 10,8gam Al rồi nung với nhiệt độ cao, hỗn hợp sau phản ứng hịa tan vào dung dịch NaOH dư thu được 5,376 lít khí ( đ.k.t.c). Số gam Fe thu được là: A. 1,12gam B. 11,20gam C. 12,44gam D. 13,44gam Câu 13. (Trích KA – 2014 ) Thực hiện phản ứng nhiệt nhơm hỗn hợp gồm Al và m gam hai oxit sắt trong khí trơ, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X vào dung dịch NaOH dư, thu được dung SƯU TẦM Page 5
6. Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com dịch Y, chất khơng tan Z và 0,672 lít khí H2 ((đktc). Sục khí CO2 dư vào Y, thu được 7,8 gam kết tủa. Cho Z tan hết vào dung dịch H2SO4, thu được dung dịch chứa 15,6 gam muối sunfat và 2,464 lít khí SO2 (ở đktc, là sản phẩn khử duy nhất của H2SO4). Biết các phản ứng xảy ra hồn tồn. Giá trị của m là: A. 6,29. B. 6,48C. 6,96D. 5,04. Câu 14. (Trích KA – 2014 ) Hỗn hợp X gồm Al, Fe 3O4 và CuO, trong đĩ oxi chiếm 25% khối lượng hỗn hợp. Cho 1,344 lít khí CO (đktc) đi qua m gam X nung nĩng, sau một thời gian thu được chất rắn Y và hỗn hợp khí Z cĩ tỉ khối so với H 2 bằng 18. Hịa tan hồn tồn Y trong dung dịch HNO3 lỗng (dư), thu được dung dịch chứa 3,08m gam muối và 0,896 lít khí NO (ở đktc, là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị m gần giá trị nào nhất sau đây ? A. 9,5B. 8,5C. 8,0D. 9,0 ĐÁP ÁN CHI TIẾT Câu 1: Chọn đáp án D Vì phản ứng nhiệt nhơm là vừa đủ nên ta cĩ : n 3a mol Fe n a mol BTNT BTE 3a.2 0,18.2 a 0,06 mol Fe3O4 4a nAl O mol 2 3 3 8.0,06 m 0,06.232 .27 18,24g 3 Câu 2: Chọn đáp án A Ta cĩ: pu 8,1 BTNT n 0,3mol  n 0,15mol nAl 0,2 mol Al 27 Al2O3 m 39,6g n 0,15mol A Al2O3 BTE du 0,3.2  nAl 0,2 mol n 0,3375mol 3 Fe Câu 3: Chọn đáp án D n 0,15mol BTE ndư 0,1mol H Al Ta cĩ: 2 BTNT n 0,3mol V 0,3lit BTNT p/ứ NaAlO2 nFe O 0,1mol  nAl 0,2mol 2 3 Câu 4: Chọn đáp án A 23,3 15,2 Ta cĩ: BTKL n 0,3mol; n 0,1mol → Al dư Al 27 Cr2O3 du n 0,3 0,2 0,1mol BTE 0,1.3 0,2.2 Al  n 0,35mol V 7,84lit H2 2 nCr 0,2 mol SƯU TẦM Page 6
7. Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com Câu 5: Chọn đáp án D nAl 0,2 mol Ta cĩ: n 0,075mol Fe3O4 → Phản ứng vừa đủ ta cĩ thể tính hiệu suất theo 1 trong 2 chất. 0,2 a ndu a mol BTNT.Al n mol Al Al2O3 2 0,2 a 1 9.(0,2 a) BTNT.O n .3. .3 Fe 2 4 8 9(0,2 a) 0,16 BTE 3.a .2 0,24.2 a 0,04 mol H .100 80% 8 0,2 Câu 6: Chọn đáp án A Do số oxi hĩa của Cu và Fe đã cao nhất nên trong cả quá trình cĩ thể xem NO và NO 2 là do Al sinh ra.Khi đĩ ta cĩ ngay : 0,02.1 0,03.3 0,11 BTE n mol m 0,99g Al 3 3 Câu 7: Chọn đáp án B Phần 1 tác dụng với NaOH cĩ khí H2 → Al dư. nFe 2b mol nAl a mol A Phần 2: 13,4 n b mol n b mol 2 Al2O3 Fe2O3 nAl a 2b mol m 10,8mol BTKL BTE 2b.2 3(a 2b) 0,25.2 a 0,2 mol Al  A : 27a 160b 13,4 b 0,05mol m 16 mol Fe2O3 Câu 8: Chọn đáp án C 16 n 0,1mol BTNT.O Ta cĩ: Fe2O3 160  n 0,1 mol Cr2O3 nAl 0,4 mol 0,1.152 %Cr O .100 36,71% 2 3 41,4 Câu 9: Chọn đáp án D Y CO n 0,5mol BTNT.Al nphan ung ndu 0,5mol 2 Al(OH)3 Al Al Ta cĩ: 0,15.2 X NaOH BTE ndu 0,1mol Al 3 SƯU TẦM Page 7
8. Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com 0,25.3 BTNT.Al n 0,25mol BTNT.O n 0,1875mol Al2O3 Fe3O4 4 m 0,1875.232 43,5g BTKL Fe3O4  m 57 mAl 0,5.27 13,5g Câu 10: Chọn đáp án A Với phần 2: n 0,0375mol BTE ndu 0,025mol H2 Al du n 0,025mol BTE Với phần 1: Al  0,025.3 2a 0,1375.2 a 0,1mol nFe : a mol n 0,05mol du Al nAl 0,05mol BTNT BTKL → Cả hai phần:  m 22,75 nFe 0,2 mol n 0,2 mol Fe n 0,1mol Al2O3 Câu 11: Chọn đáp án A Ta cĩ: 8b n a 8b Al 3 a 0,15.2 n a mol 3 Al BTE 3 X : Y : nFe 3b  nFe O b mol 8b 3 4 4b 3 a 3b.2 0,6.2 nAl O 3 2 3 3 3a 8b 0,3 a 0,5mol 3a 2b 1,2 b 0,15mol Câu 12: Chọn đáp án D Ta cĩ: 0,24.2 n 0,24 mol BTE ndu 0,16 mol npu 0,4 0,16 0,24 mol H2 Al 3 Al BTNT.Al n 0,12 mol BTNT.O n 0,24 mol m 13,44g Al2O3 Fe Fe Câu 13. Chọn đáp án C BTE du 0,03.2 X tác dụng NaOH cho H2 → Al dư .  n 0,02 mol Al 3 7,8 trong Fe O BTNT.Al nban dau n 0,1mol n 0,04 mol n x y 0,12 mol Al  78 Al2O3 O nSO 0,11mol n 2 0,11mol mFe 15,6 0,11.96 5,04g 2 SO4 moxit sat 5,04 0,12.16 6,96g SƯU TẦM Page 8
9. Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com Câu 14. Chọn đáp án A n 0,03mol kim lo¹i : 0,75m O CO Ta cĩ ngay: 0,06 nCO  Y 0,25m nCO 0,03mol nO 0,03 2 16 BTE 0,25m  3,08m 0,75m 0,03 .2.62 0,04.3.62 m 9,477g 16 SƯU TẦM Page 9