Phản ứng nhiệt nhôm là gì? Đặc điểm, ứng dụng phản ứng nhiệt nhôm
Trong chương trình học phổ thông môn Hóa học lớp 12 chúng ta đều đã được học qua phản ứng nhiệt nhôm. Vậy phản ứng nhiệt nhôm là gì? Đặc điểm, điều kiện phản ứng nhiệt nhôm như thế nào? Hãy cùng thietbimaycongnghiep.net ôn lại kiến thức này ngay trong bài viết dưới đây nhé!
Contents
Phản ứng nhiệt nhôm là gì?
Phản ứng nhiệt nhôm có tên tiếng Anh là Aluminothermic reaction, là một phản ứng hóa học tỏa nhiệt, trong đó nhôm (Al) đóng vai trò là chất khí khi ở trong môi trường nhiệt độ cao.
Al + oxit kim loại → tooxit nhôm + kim loại
(hỗn hợp X) (hỗn hợp Y)
Nói cách khác, phản ứng nhiệt nhôm là phản ứng thông thường xảy ra giữa nhôm với các oxit kim loại. Trong quá trình phản ứng tạo ra rất nhiều nhiệt và cho ra kết quả là các kim loại đơn chất và nhôm oxit.
Ví dụ:
Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3
3CuO + 2Al → Al2O3 + 3Cu
3Mn3O4 + 8Al → 4Al2O3 + 9Mn
Cách xảy ra phản ứng nhiệt nhôm
Phản ứng nhiệt nhôm được xảy ra khi chúng ta lấy hai hợp chất oxit (trong đó có 1 hợp chất oxit nhôm). Kết hợp hai hợp chất này ở trong một hộp kín và nung nóng cho tới khi lên đến nhiệt độ cực cao (khoảng 1000 độ C).
Lúc này ở điều kiện nhiệt độ cao, giúp oxit nhôm được phân hủy thành oxi và nguyên tố nhôm. Sau đó, oxi phản ứng với các oxit kim loại khác tạo ra hợp kim kim loại hoặc kim loại nguyên chất (tùy thuộc vào các thành phần oxit kim loại được sử dụng).
Kết quả của phản ứng cho ra sản phẩm chính gồm hợp kim kim loại nóng chảy và các sản phẩm phụ tồn tại ở dạng khí.
Những trường hợp có thể xảy ra của phản ứng nhiệt nhôm
Phản ứng xảy ra hoàn toàn
Trong trường hợp phản ứng xảy ra hoàn toàn, tùy theo tính chất của hỗn hợp Y mà chúng ta có thể kết luận:
– Hỗn hợp Y có chứa 2 kim loại → Al dư, kim loại mới được tạo ra, oxit kim loại hết.
– Hỗn hợp Y khi tác dụng với dung dịch kiềm và giải phóng H2 → chứng tỏ Al dư.
– Hỗn hợp Y khi tác dụng với dung dịch axit và có khí sinh ra → Hỗn hợp Y có thể chứa (Al2O3 và kim loại mới) hoặc (Al2O3, Al và kim loại mới) hoặc (Al2O3, kim loại mới hoặc oxit kim loại còn dư).
Phản ứng nhiệt nhôm xảy ra không hoàn toàn
Trong trường hợp phản ứng nhiệt nhôm xảy ra không hoàn toàn thì hỗn hợp Y thu được bao gồm Al2O3, Al dư, kim loại mới được tạo ra và oxit kim loại dư.
Đặc điểm phản ứng nhiệt nhôm
Phản ứng nhiệt nhôm là phản ứng đầu tiên giúp khử các oxit kim loại mà không cần phải dùng đến cacbon. Phản ứng này mặc dù tỏa ra nhiệt lượng rất lớn, thế nhưng nó cũng cần tiêu tốn lượng năng lượng lớn vì phải phá vỡ các liên kết nguyên tử (trong đó có liên kết kim loại).
Trong quá trình phản ứng nhôm được đun nóng cùng với các oxit kim loại ở trong lò đun. Quá trình phản ứng diễn ra thuận lợi hơn nếu nhôm và kim loại đều ở dạng bột sau đó được đốt cháy hỗn hợp. Đây là quá trình đã được cải tiến, được thực hiện bởi Hans Goldschmidt và đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1988.
Ứng dụng phản ứng nhiệt nhôm
Phản ứng nhiệt nhôm được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Cụ thể, dưới đây là một số ứng dụng phản ứng nhiệt nhôm:
– Được ứng dụng để sản xuất sắt, luyện thép, hợp kim nhôm trong các công trình xây dựng công nghiệp.
– Được sử dụng phổ biến để hàn lại đường sắt tàu hỏa.
– Sử dụng để luyện kim, tinh chế một số kim loại như đồng, niken.
– Ngoài ra, phản ứng nhiệt nhôm cũng được ứng dụng trong hệ thống quản lý chất thải, bởi phản ứng nhiệt nhôm có thể xử lý các chất thải có hại trở thành những chất vô hại như hơi nước và cacbon dioxit.
Một số lưu ý khi làm bài tập phản ứng nhiệt nhôm
– Đầu tiên, nếu như hỗn hợp thu được sau phản ứng tác dụng với dung dịch kiềm tạo ra khí H2 thì Al sẽ dư sau phản ứng nhiệt nhôm, hoặc lúc này hiệu suất H của phản ứng <100%. Phản ứng này có liên quan tới tính chất của kim loại cần nắm chắc.
– Nếu phản ứng đã kết thúc nhưng vẫn không thấy khí bay lên thì có nghĩa là Al không dư và phản ứng xảy ra hoàn toàn.
– Tổng khối lượng trước phản ứng phải bằng tổng khối lượng sau phản ứng.
– Trong quá trình giải bài tập cần áp dụng định luật bảo toàn electron.
Trên đây là những kiến thức về phản ứng nhiệt nhôm, đặc điểm và ứng dụng của phản ứng nhiệt nhôm. Mong rằng những chia sẻ trên giúp bạn hiểu rõ được phản ứng nhiệt nhôm, từ đó vận dụng vào học tập, nghiên cứu hiệu quả nhất.