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 kim loại →t∘ oxit nhôm + kim loại
(Hỗn hợp X) (Hỗn hợp Y)
Phản ứng này đã được sử dụng để khử oxit kim loại mà không dùng đến cacbon. Phản ứng này thường tỏa nhiệt rất cao, nhưng trong đó có một năng lượng hoạt hóa cao do các liên kết giữa các nguyên tử trong chất rắn phải được phá vỡ trước. Lúc này thì oxit kim loại được đun nóng với nhôm trong một lò đun. Phản ứng này chỉ có thể sử dụng để sản xuất ra số lượng nhỏ vật liệu.
Hans Goldschmidt đã cải tiến quy trình nhiệt nhôm (1893 – 1898), bằng cách đốt cháy hỗn hợp của bột oxit 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 sáng chế vào năm 1898 và được sử dụng rộng rãi trong các năm sau để hàn đường sắt. Các phản ứng này còn được ứng dụng để hàn đường sắt tại chỗ. Bởi vì điều này hữu ích cho việc cài đặt phức tạp hoặc sửa chữa tại chỗ khi không phải sử dụng cách hàn đường sắt liên.
Bên cạnh đó thì phản ứng này cũng được dùng để sản xuất phần lớn các hợp kim sắt, ví dụ như ferroniobium từ niobium pentoxide. Một số kim loại khác cũng đã được sản xuất theo phương pháp này.
Ví dụ nổi bật nhất là phản ứng giữa oxit sắt III (Fe2O3) và nhôm (Al):
2Al+Fe2O3→t∘2Fe+Al2O3
Một số phản ứng khác như:
8Al+3Mn304→t∘4Al203+9Mn
Cr203+2Al→t∘Al203+2Cr
Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, tùy theo tính chất hỗn hợp Y tạo thành để biện luận. Ví dụ:
Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn, hỗn hợp Y gồm Al2O3,Fe,Aldư và Fe2O3 dư.
Định luật bảo toàn khối lượng: mhhX=mhhY
ĐỊnh luật bảo toàn nguyên tố (mol nguyên tử): nFeX=nFeY;nAlX=nAlY.
Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm Al và Cr2O3 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 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 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 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 =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+Cr2O3→Al2O3+2Cr
2Al+Cr2O3→Al2O3+2Cr
Vậy: nAl ban 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
Phương trình: Cr203+2Al→t∘Al203+2Cr
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.
Người đăng: hoy