Luyện thi THPT Quốc gia môn Hóa học - Phương pháp giải nhanh bài tập nhiệt nhôm

Nội dung text: Luyện thi THPT Quốc gia môn Hóa học - Phương pháp giải nhanh bài tập nhiệt nhôm

1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TẬP NHIỆT NHƠM Biên soạn: Hĩa Học Mỗi Ngày I/ CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bài tốn nhiệt nhơm là dạng bài tập hay và khá phức tạp ở bậc THPT. Trong các kì thi dạng bài tập này thường được cho khá phổ biến nên học sinh cần nắm vững bản chất về phản ứng nhiệt nhơm để vận dụng tốt trong việc giải bài tập. 1/ Khái niệm: Phản ứng nhiệt nhơm là phản ứng Al đẩy ion kim loại trong oxit ở nhiệt độ cao thành kim loại cĩ tính khử yếu hơn Al to C M Al + MxOy Al2 O 3 Ma O b (số oxh của M giảm ) Thường gặp là phản ứng nhiệt nhơm với oxit sắt FexOy: to C 2yAl + 3FexOy  yAl2O3 + 3xFe sơ đồ phản ứng tổng quát: to C Fe, Al Al + Fex O y  hh Fex O y , Al 2 O 3 2/ Các trường hợp phản ứng xảy ra: a/ Nếu phản ứng xảy ra hồn tồn cĩ 3 trường hợp: + Al hết, FexOy hết nên sản phẩm gồm Al2O3 và Fe + Al dư, FexOy hết nên sản phẩm gồm Al2O3 ,Fe và Al dư + Al hết, FexOy dư nên sản phẩm gồm Al2O3 ,Fe và FexOy dư Lưu ý: - Nếu Al dư, chất rắn sau phản ứng tác dụng với dung dịch NaOH sẽ giải phĩng khí H2 - Nếu FexOy dư, chất rắn sau phản ứng tác dụng với dung dịch NaOH sẽ khơng cĩ khí thốt ra và chất rắn bị hồ tan một phần b/ Nếu phản ứng xảy ra khơng hồn tồn: Hỗn hợp thu được gồm Al2O3 ,Fe, FexOy dư và Al dư Giả sử thực hiện phản ứng nhiệt nhơm khơng hồn tồn gồm a mol Al với b mol Fe2O3 thì trong hỗn hợp thu được gồm những chất cĩ số mol như sau: Gọi x là số mol Fe2O3 tham gia phản ứng to C 2Al + Fe2O3  Al2O3 + 2Fe 2x x x 2x Hỗn hợp sau phản ứng gồm: Fe: 2x (mol); Al2O3: x (mol); Fe2O3 dư: (b-x) mol; Al dư: (a- 2x) mol Một số chú ý:  Khi bài tốn yêu cầu tính hiệu suất phản ứng nhiệt nhơm ta giải trường hợp phản ứng xảy ra khơng hồn tồn.  Cần xác định sau phản ứng chất nào hết, chất nào dư hay phản ứng vừa đủ  Nên áp dụng các định luật bảo tồn: khối lượng, nguyên tố, electron để giải nhanh trắc nghiệm  Trường hợp tìm CTPT FexOy, cĩ thể xác định nhanh bằng cách tìm tỉ lệ mol giữa Fe và O cĩ trong oxit. Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com
2. II/ BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1(ĐH B 2007) Nung hỗn hợp bột gồm 15,2 gam Cr2O3 và m gam Al ở nhiệt độ cao. Sau khi phản ứng hồn tồn, thu được 23,3 gam hỗn hợp rắn X. Cho tồn bộ hỗn hợp X phản ứng với axit HCl (dư) thốt ra V lít khí H2 (ở đktc). Giá trị của V là A. 7,84. B. 4,48. C. 3,36. D. 10,08 Hướng dẫn giải 15,2 n = = 0,1(mol) Cr2 O 3 152  Bảo tồn khối lượng: mAl = 23,3 – 15,2 = 8,1 (g) nAl = 0,3 (mol)  Sơ đồ: +3 +2 0,1 mol Cr O +1 CrCl 2 3 toC HCl 0 2 0 hh X H2 + +3 0,3 mol Al AlCl3 x(mol)  Dựa vào sự thay đổi số oxh các nguyện tố (sơ đồ trên): Bảo tồn electron: 0,3*3 = 0,1*2 + 2x x= 0,35(mol) V = 22,4*0,35 = 7,84 (lit) H2  Đáp án A Câu 2:(CĐ 2007) Khi cho 41,4 gam hỗn hợp X gồm Fe2O3, Cr2O3 và Al2O3 tác dụng với dung dịch NaOH đặc (dư), sau phản ứng thu được chất rắn cĩ khối lượng 16 gam. Để khử hồn tồn 41,4 gam X bằng phản ứng nhiệt nhơm, phải dùng 10,8 gam Al. Thành phần phần trăm theo khối lượng của Cr2O3 trong hỗn hợp X là: A. 50,67%. B. 20,33%. C. 66,67%. D. 36,71%. Hướng dẫn giải Tĩm tắt: Fe2O3 + NaOH đặc 41,4g hh 16 g rắn Cr2O3 toC +10,8 g Al Al2O3  Fe2O3 khơng tác dụng dung dịch NaOH đặc dư → khối lượng khơng tan là Fe2O3 16 n = 0,1(mol ) Fe2 O 3 160 10,8 n = 0,4(mol ) Al 27  Thực hiện phản ứng nhệt nhơm o 2Al + Cr2O3  t C Al2O3 + 2Cr 0,2 → 0,1 o 2Al + Fe2O3  t C Al2O3 + 2Fe 0,2 ← 0,1 0,1*152 % *100 36,71% Cr2 O 3 41,4.  Đáp án D Câu 3(ĐH A 2008) Nung nĩng m gam hỗn hợp Al và Fe2O3 (trong mơi trường khơng cĩ Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com
3. khơng khí) đến khi phản ứng xảy ra hồn tồn , thu được hỗn hợp rắn Y. Chia Y ta thành hai phần bằng nhau: − Phần 1 tác dụng với dung dịch H2SO4 lỗng ( dư) sinh ra 3,08 lít khí H2 ( ở đktc). − Phần 2 tác dụng với dung dịch NaOH (dư) , sinh ra 0,84 lít khí H2 ( ở đktc). Giá trị của m là A . 22,75 B. 21,40 C. 29,40 D. 29,43 Hướng dẫn giải + H SO 2 4 (0,1375 mol) P1 3,08 lit H2 ? toC m g hh (Al, Fe2O3) hh rắn Y +dd NaOH P2 0,84 lit H2 (0,0375 mol) dư Phản ứng : 2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3 (1) Nhận xét: Ở P2 tác dụng với NaOH tạo khí H2 nên Al dư sau phản ứng và thành phần các chất trong Y gồm Al2O3, Fe và Al dư 0,0375  Xét P2: Bảo tồn electron n(Al dư) = 2 0,025mol 3 Al dư sau phản ứng ở P1 và P2 đều tạo cùng số mol H2 nên n = n = 0,1375 – 0,0375 = 0,1 mol Fe H2 Vậy sau phản ứng nhiệt nhơm cĩ 0,2 mol Fe và 0,05 mol Al dư  Theo phản ứng (1): nAl(ban đầu) = 0,2 + 0,05 = 0,25 (mol) → mAl = 0,25.27 = 6,75 (g) n = 0,1 (mol) m = 0,1*160 = 16(g) Fe2 O 3 Fe 2 O 3  m = 16 + 6,75 = 22,75 (g)  Đáp án A Câu 4:(CĐ 2008) Đốt nĩng một hỗn hợp gồm Al và 16 gam Fe2O3 (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 V ml dung dịch NaOH 1M sinh ra 3,36 lít H2 (ở đktc). Giá trị của V là: A. 150. B. 100. C. 200. D. 300. Hướng dẫn giải Tĩm tắt: 16g Fe O 2 3 toC V ml dd NaOH 1M hh rắn X 3,36lit H Al 2 16 3,36  n(Fe2O3) = 0,1(mol) ; n = 0,15(mol ) 160 H2 22,4  Do X tác dụng với dung dịch NaOH tạo khí H2 → Al cịn dư 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe 0,2(mol) ← 0,1 (mol) → 0,1 (mol) Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O 0,1(mol) → 0,2 (mol) 2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2 0,1 (mol) ← 0,15 (mol) Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com
4.  Tổng số mol NaOH pư = 0,2 + 0,1 = 0,3 (mol) → V(NaOH) = 0,3 (lit) = 300(ml) Đáp án D Câu 5(ĐH B 2010): Trộn 10,8g bột Al với 34,8g bột Fe3O4 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhơm trong điều kiện khơng cĩ khơng khí. Hồ tan hồn tồn hỗn hợp rắn sau phản ứng bằng dung dịch H2SO4 lỗng (dư) thu được 10,752 lít khí H2 (đktc). Hiệu suất của phản ứng nhiệt nhơm là A. 80% B. 90% C. 70% D. 60% Hướng dẫn giải n = 0,4 mol; n = 0,15 mol, n = 0,48 mol Al Fe3 O 4 H2  Đặt 8x là số mol Al tham gia phản ứng: 8Al + 3Fe3O4 → 4Al2O3 + 9Fe 8x (mol) 9x (mol)  Hỗn hợp sau phản ứng tác dụng với dung dịch H2SO4 lỗng dư tạo khí H2 là :Fe: 9x (mol) ; Al dư : 0,4 – 8x (mol)  Bảo tồn electron: (0,4 – 8x)*3+ 9x*2 = 0,48*2 → x = 0,04 0,04.8 H% = x100 80% 0,4  Đáp án A Bài 6: Trộn 2,7 gam Al vào 20 g hỗn hợp Fe2O3 và Fe3O4 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhơm được hỗn hợp A. Hịa tan A trong HNO3 thấy thốt ra 0,36 mol NO2 là sản phẩm khử duy nhất. Xác định khối lượng của Fe2O3 và Fe3O4 A. 11,82 B. 13,92 C.13,2 D. 14,92 Hướng dẫn giải Fe O 02 3 +5 +4 +3 +3 o +8 t C +H NO3 0,1(mol) Al +  hh A  0,36 mol N O2 + dd Fe(NO 3 ) 3 dd Al(NO 3 ) 3 3 Fe3 O4 (x mol) Bảo tồn electron: 0,1*3 + x = 0,36 → x = 0,06 hay m = 0,06*232 = 13,92 (g) Fe3 O 4  Đáp án B Bài 7:Thực hiện phản ứng nhiệt nhơm hỗn hợp A gồm Al và FexOy. Sau phản ứng thu được 92,35 gam chất rắn B. Hịa tan B bằng dung dịch NaOH dư thấy 8,4 lit khí thốt ra(đktc) và cịn lại phần khơng tan C. Hịa tan hết ¼ lượng chất C bằng H2SO4 đặc thấy tiêu tốn hết 60gam dung dịch H2SO4 98%. Giả sử sản phẩm chỉ tạo muối sắt III và H = 100%. Hãy tìm CTPT của FexOy A. FeO B. Fe2O3 C. Fe3O4 D. Khơng xác định Hướng dẫn giải Al2O3 Al NaOH Fe dư 0,375 mol H + D hh A 92,35gB 2 FexOy 1 Al dư Biết D + 0,6 mol H2SO4 4 0,375*2  Do B tác dụng NaOH tạo khí nên Al dư và nAl dư = 0,25(mol ) 3 2Fe + 6H2SO4  Fe2(SO4)3 + 3SO2 + H2O Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com
5. 0,6*2 => nFe trong D = 4. = 0,8 (mol) 6  Xét hỗn hợp B cĩ m = 92,35 – (56. 0,8 +27. 0,25) = 40,8g Al2 O 3 40,8 n = 0,4(mol) n = 0,4*3 = 1,2(mol) Al2 O 3 102 O  Bảo tồn nghuyên tố Fe và O: x 0,8 2 Fe O => Fe2O3. y 1,2 3 2 3  Đáp án B Hĩa Học Mỗi Ngày – www.hoahocmoingay.com