Phản ứng nhiệt nhôm được định nghĩa là phản ứng hóa học tỏa nhiệt trong đó nhôm là chất khử ở trong nhiệt độ cao.
Phương trình tổng quát :
Al + oxit sắt kẽm kim loại → t ∘ oxit nhôm + sắt kẽm kim loại
(Hỗn hợp X) (Hỗn hợp Y)
Phản ứng này đã được sử dụng để khử oxit sắt kẽm kim loại mà không dùng đến cacbon. Phản ứng này thường tỏa nhiệt rất cao, nhưng trong đó có một nguồn năng lượng hoạt hóa cao do những link giữa những nguyên tử trong chất rắn phải được phá vỡ trước. Lúc này thì oxit sắt kẽm kim loại được đun nóng với nhôm trong một lò đun. Phản ứng này chỉ hoàn toàn có thể sử dụng để sản xuất ra số lượng nhỏ vật tư .
Hans Goldschmidt đã nâng cấp cải tiến tiến trình nhiệt nhôm ( 1893 – 1898 ), bằng cách đốt cháy hỗn hợp của bột oxit sắt kẽm kim loại mịn và bột nhôm bằng một phản ứng khởi động trong đó đã không làm nóng hỗn hợp từ bên ngoài. Phương pháp này đã được cấp bằng bản quyền sáng tạo vào năm 1898 và được sử dụng thoáng đãng trong những năm sau để hàn đường tàu. Các phản ứng này còn được ứng dụng để hàn đường tàu tại chỗ. Bởi vì điều này hữu dụng cho việc setup phức tạp hoặc sửa chữa thay thế tại chỗ khi không phải sử dụng cách hàn đường tàu liên .
Bên cạnh đó thì phản ứng này cũng được dùng để sản xuất hầu hết những kim loại tổng hợp sắt, ví dụ như ferroniobium từ niobium pentoxide. Một số sắt kẽm kim loại khác cũng đã được sản xuất theo chiêu thức này .
Phản ứng nhiệt nhôm thường gặp
Ví dụ điển hình nổi bật nhất là phản ứng giữa oxit sắt III ( Fe2O3 ) và nhôm ( Al ) :
2A l + Fe2O3 → t ∘ 2F e + Al2O3
Một số phản ứng khác như :
8A l + 3M n304 → t ∘ 4A l203 + 9M n
Cr203 + 2A l → t ∘ Al203 + 2C r
Các trường hợp phản ứng nhiệt nhôm xảy ra
Phản ứng xảy ra hoàn toàn
Nếu phản ứng xảy ra trọn vẹn, tùy theo đặc thù hỗn hợp Y tạo thành để 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 trọn vẹn, hỗn hợp Y gồm Al2O3, Fe, Aldư và Fe2O3 dư .
Định luật liên quan phản ứng nhiệt nhôm
- Định luật bảo toàn khối lượng : mhhX = mhhY
-
ĐỊnh luật bảo toàn nguyên tố (mol nguyên tử): nFeX=nFeY;nAlX=nAlY.
Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm
Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm Al và Cr2O3 trong điều kiện kèm theo không có không khí. Sau một thời hạn 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 ( dktc ). Hòa tan phần 2 vào lượng dư dung dịch NaOH đặc nóng, thu được 1,68 lít H2 ( dktc ). Biết những phản ứng của phần 1 và phần 2 đều xảy ra trọn vẹn. Hiệu suất của phản ứng là gì ?
Cách giải :
Tính số mol chât 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 = 2 nH23 = 0,05
Phần 1 với HCl, cả Al dư và Cr đều phản ứng sinh ra khí H2
2 nCr + 3 nAl = 2 nH2 → nCr = 0,075
2A l + Cr2O3 → Al2O3 + 2C r
2A l + Cr2O3 → Al2O3 + 2C r
Vậy : nAl bắt đầu = 0,075 + 0,05 = 0,125
và nCr2O3 ban đầu =mX−mAl152=0.05
Hiệu suất phản ứng : H = nCr2O3 pư / nCr2O3 bđ = 75
Phản ứng nhiệt nhôm với Cr203
Phương trình: Cr203+2Al→t∘Al203+2Cr
Phản ứng nhiệt nhôm với Cr203 lần tiên phong được sử dụng để khử oxit sắt kẽm kim loại mà không sử dụng cacbon. Phản ứng này tỏa nhiệt rất cao : 2200 °C, nhưng nó có một nguồn năng lượng hoạt hóa cao do những link giữa những nguyên tử trong chất rắn phải được phá vỡ trước .
Người đăng: hoy
Time: 2020-09-21 16:03:10
