Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải bài toán nhiệt nhôm đạt hiệu quả cao trong ôn thi đại học và bồi dưỡng học sinh giỏi tại trường THPT Cẩm Thủy 1

I- ĐẶT VẤN ĐỀ
1/ Lí do chọn đề tài
Trong quá trình dạy học môn hóa học ở trường THPT việc định hướng cho học sinh giải bài tập có một ý nghĩa rất quan trọng. Ngoài việc rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức đã học, bài tập hóa học còn được dùng để cũng cố lý thuyết đã học cho học sinh. Thông qua việc giải bài tập không chỉ giúp cho học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thông minh, sáng tạo mà còn giúp giáo viên đánh giá học sinh toàn diện hơn, phát hiện ra những tố chất của học sinh cũng như những điểm yếu của học sinh trong việc làm bài và nắm các kiến thức đã học, từ đó giáo viên xây dựng kế hoạch bồi dưỡng tốt hơn, phù hợp với từng đối tượng học sinh cụ thể
Đối với đề thi đại học – cao đẳng bộ môn hóa học trong những năm qua thi dưới hình thức trắc nghiệm đòi hỏi học sinh cần có kĩ năng đọc đề bài, phân tích các dữ liệu trong từng câu hỏi, tư duy nhanh thấy được sản phẩm tạo thành của các quá trình phản ứng đây là yếu tố quyết định để tìm ra hướng giải quyết bài toán nhanh nhất và hiệu quả nhất 
Việc lựa chọn phương pháp thích hợp để giải bài tập lại càng có ý nghĩa quan trọng hơn. Mỗi bài tập luôn có nhiều phương pháp giải khác nhau. Nếu biết lựa chọn phương pháp phù hợp với đối tượng học sinh, sẽ giúp học sinh dễ hiểu bài hơn, dễ vận dụng hơn, nắm vững bản chất của các quá trình, hiện tượng hóa học qua đó chất lượng dạy học cũng được nâng cao hơn. 
Trong quá trình dạy học tại trường THPT Cẩm thủy 1 qua nhiều năm ôn thi đại học và ôn tập cho các đội tuyển tham dự các kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh Tôi nhận thấy phần kiến thức và bài tập về phản ứng nhiệt nhôm là những bài tập rất quan trọng luôn có trong các đề thi đại học – cao đẳng, các đề thi học sinh giỏi. Đây là dạng bài toán khó, phức tạp và luôn gây khó khăn cho học sinh, Khi xử lí bài toán học sinh thường chưa hiểu đúng bản chất của vấn đề nên không làm được hoăc làm bài rườm rà, phức tạp mất nhiều thời gian đặc biệt là những bài toán trong các đề thi học sinh giỏi. Xuất phát từ điều này trong quá trình dạy học tôi luôn trăn trở, suy nghĩ về phương pháp dạy và định hướng học sinh cách giải loại bài tập này sao cho đạt hiệu quả cao và phương pháp đó phải phù hợp với trình độ của học sinh các trường trong khu vực miền núi như tại trường THPT Cẩm Thủy 1 bước đầu áp dụng đề tài đã đạt được một số kết quả trong ôn thi đại học và thi học sinh giỏi cấp tỉnh: 3 giải ba, 6 giải khuyến khích
Từ thực tiễn quá trình dạy học và áp dụng nội dung này trong năm học 2014-2015 tại trường THPT Cẩm Thủy 1 tôi đã mạnh dạn chọn đề tài “Phương pháp giải bài toán nhiệt nhôm đạt hiệu quả cao trong ôn thi đại học và bồi dưỡng học sinh giỏi tại trường THPT Cẩm Thủy 1” làm sáng kiến kinh nghiệm
Qua đề tài đúc rút một số kinh nghiệm và phương pháp giải bài toán nhiệt nhôm nhanh hơn, hiểu đúng, đầy đủ các quá trình hóa học đồng thời phát huy được trí tuệ của học sinh để học tập tốt môn hóa học
2/ Đối tượng và phạm vi của đề tài
- Đối tượng nghiên cứu: là học sinh khối 12, cụ thể là học sinh đang theo học chương trình nâng cao định hướng ôn thi đại học và thi học sinh giỏi tại trường THPT Cẩm Thủy 1
- Phạm vi của đề tài: Đề tài tập trung nghiên cứu phương pháp giải bài toán nhiệt nhôm phù hợp với đối tượng học sinh tại trường THPT Cẩm Thủy 1
3/ Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp quan sat: Quan sát thực tiễn dạy và học tại trường THPT Cẩm Thủy 1 trong những năm học vừa qua, Chất lượng ôn thi đại học và bồi dưỡng học sinh giỏi
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: nghiên cứu sách báo, giáo trình có liên qua đến ôn thi đại học và bồi dưỡng học sinh giỏi 
- Phương pháp tổng kết kinh nghiệm
II- GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
1/ Cơ sơ lý thuyết của đề tài
 1.1. Lý thuyết chung 
- Phản ứng nhiệt nhôm: Al + oxit kim loại oxit nhôm + kim loại 
 (Hỗn hợp X) (Hỗn hợp Y) 
- Thường gặp: 
 + 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe 
 + 2yAl + 3FexOy Al2O3 + 3xFe 
 + (6x – 4y)Al + 3xFe2O3 6FexOy + (3x – 2y)Al2O3 
 + 2Al + Cr2O3 Al2O3 + 2Cr
 + 3Al + 3CuO Al2O3 + 3Cu
- Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, tùy theo tính chất của 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 dư) hoặc (Al2O3 + Fe + oxit kim loại dư) 
- Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn, hỗn hợp Y gồm Al2O3, Fe, Al dư và Fe2O3 dư 
- Thường sử dụng: 
 + Định luật bảo toàn khối lượng: mhhX = mhhY 
 + Định luật bảo toàn nguyên tố (mol nguyên tử): nAl (X) = nAl (Y) ; 
nFe (X) = nFe (Y) ; nO (X) = nO (Y) 
 + Định luật bảo toàn electron cho nhiều quá trình
1.2. Bài tập tổng quát 
1.2.1 Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn: Thường do không biết số mol Al và Fe2O3 là bao nhiêu nên phải xét đủ 3 trường hợp rồi tìm nghiệm hợp lí: 
a) Trường hợp 1: Al và Fe2O3 dùng vừa đủ: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe 
 a → 2a → 2a → a 
=> Hỗn hợp sau phản ứng: Fe: a mol; Al2O3: 2a mol 
b) Trường hợp 2: Al dùng dư: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe 
 2b → b → b → 2b 
=> Hỗn hợp sau phản ứng: Fe: 2b mol; Al2O3: b mol; Aldư: (a - 2b) mol.
Điều kiện: (a - 2b > 0) 
c) Trường hợp 3: Fe2O3 dùng dư: 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe 
 a → 2a → 2a → a 
=> Hỗn hợp sau phản ứng: Fe: a mol; Al2O3: 2a; Fe2O3: (b - 2a)mol. 
Điều kiện: (b - 2a ) > 0 
1.2.2 Nếu phản ứng xảy ra không hoàn toàn: Gọi x là số mol Fe2O3 tham gia phản ứng 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe 
 2x → x → x → 2x 
=> Hỗn hợp sau phản ứng: Fe: 2x mol; Al2O3: x mol; Fe2O3 dư: (b - x)mol; Al dư: (a - 2x)mol 
Chú ý: Nếu đề yêu cầu tính hiệu suất phản ứng ta giải trường hợp phản ứng xảy ra không hoàn toàn. 
2. Các dạng bài toán trong phản ứng nhiệt nhôm 
2.1. Dạng 1: Bài toán có hiệu suất phản ứng không hoàn toàn trong phản ứng nhiệt nhôm
* Phương pháp giải chung
 Phản ứng: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe 
- Hiệu suất phản ứng H = %Alphản ứng hoặc = % Fe2O3 phản ứng
- hỗn hợp X sau phản ứng gồm: Al2O3, Fe, Al dư, Fe2O3 thường được cho vào
+ Tác dụng với dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng) tạo khí H2
 Fe + 2H+ à Fe2+ + H2 (1)
 2Al + 6H+ à 2Al3+ + 3H2 (2)
 => nH2 = nFe + nAldư 
+ Nếu hỗn hợp X tác dụng với dung dịch HNO3 thì ta áp dụng bảo toàn electron
+ Nếu hỗn hợp X tác dụng với dung dịch NaOH thì Al và Al2O3 bị phản ứng
 2Al dư + 2NaOH + 3H2O à 2Na[Al(OH)4] + 3H2
 Al2O3 + 2NaOH + 3H2O à 2Na[Al(OH)4]
Ví Dụ 1: (ĐH-B-2010) Trộn 10,8 gam bột nhôm với 34,8g bột Fe3O4 rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí. Hòa tan hỗn hợp rắn sau phản ứng bằng dung dịch H2SO4 loãng dư thu được 10,752 lít H2(đktc). Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm? (giả sử Fe3O4 chỉ bị khử thành Fe)
 	A. 80% 	B. 90% 	 	C. 70% 	D. 60% 
Phân tích 
- Với bài tính hiệu suất như bài này HS thường không biết tính hiệu suất theo Al hay Fe3O4 thực tế ở bài này đã biết số mol của Al và Fe3O4 ta cần so sánh tỉ lệ mol các chất để xác định xem hiệu suất của phản ứng tính theo chất nào
- Vì là bài tính hiệu suất nên hỗn hợp A sau phản ứng gồm: Al2O3, Fe, Al dư, Fe3O4 cho vào dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng) tạo khí H2
 Fe + 2H+ à Fe2+ + H2 (1)
 2Al + 6H+ à 2Al3+ + 3H2 (2)
 Fe3O4, Al2O3 + H+ à Muối + H2O
 => nH2 = nFe + nAldư
Hướng dẫn giải: 
 Theo bài ra ta có nAl = 0,4 mol, n Fe3O4 = 0,15 mol
 => hiệu suất H = %Fe3O4 phản ứng
 Phản ứng: 8Al + 3Fe3O4 4Al2O3 + 9Fe 
 Ban đầu (mol) 0,4 0,15
 Phản ứng 8x 3x 9x
 Sau phản ứng (0,4-8x) 0,15 – 3x 9x
Theo PT 1,2 ta có nH2 = nFe + nAldư
 ó 0,48 = 9x + (0,4 – 8x) => x = 0,04 mol
Vậy hiệu suất H = % Fe3O4 = 
Đáp án: A
Ví Dụ 2: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm giữa 6,48 gam Al với 17,6 gam Fe2O3. Chỉ có phản ứng nhôm khử oxit kim loại tạo kim loại. Đem hòa tan chất rắn sau phản ứng nhiệt nhôm bằng dung dịch xút dư cho đến kết thúc phản ứng, thu được 1,344 lít H2 (đktc). Hiệu suất phản ứng nhiệt nhôm là: 
 A. 100% B. 90,9% C. 83,3% D. 70% 
Phân tích 
-Tương tự với ví dụ 1 hỗn hợp rắn sau phản ứng gồm: Al2O3, Fe, Al dư, Fe3O4 khi cho vào dung dịch kiềm thì Al và Al2O3 tham gia phản ứng nhưng chỉ có Al là tạo ra khí H2 ta có thể tính được số mol Al dư từ đó tính ra Al phản ứng và có thể tính ra được hiệu suất của phản ứng 
Hướng dẫn giải:
 Theo bài ra nAl = 0,24 mol, nFe2O3 = 0,11 mol 
=> hiệu suất của phản ứng tính theo tính theo Fe2O3
Phản ứng: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe (1)
 2Al dư + 2NaOH + 6H2O à 2Na[Al(OH)4] + 3H2 (2)
 nAl dư = nH2 = 0,04 mol
nAl pư = 0,24 – 0,04 = 0,2 mol
Theo PT 1 ta có nFe2O3 pư = nAl = 0,1 mol
Hiệu suất phản ứng H = 
Đáp án: B
Ví Dụ 3: (ĐH - B-2014) Nung hỗn hợp gồm 0,12 mol Al và 0,04 mol Fe3O4 một thời gian, thu được hỗn hợp rắn X. Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch HCl dư thu được 0,15 mol khí H2 và m gam muối. Giá trị của m là 
	A. 34,10.	B. 32,58.	C. 31,97.	D. 33,39.
Phân tích 
- Trong bài này phản ứng chỉ xảy ra một thời gian, đề bài cũng không định hướng sản phẩm tạo ra nên hỗn hợp sản phẩm X gồm nhiều chất (Fe, Al2O3, Al dư, Fe3O4 dư, FeO) khi hỗn hợp này tác dụng với dung dịch axit ta tách hỗn hợp X thành 2 phần (Kim loại và oxit kim loại) tác dụng với dung dịch HCl 
 Phản ứng: 2H+ + O2- (trong oxit) à H2O
 2H+ --------> H2
Dựa vào các định luật BTNT Oxi và hidro để tính số mol HCl
 BTKL tính khối lượng muối gồm kim loại và Cl-
Hướng dẫn giải: 
Sơ đồ phản ứng: 
 Al + Fe3O4 ------> hỗn hợp X: Al2O3, Fe3O4, FeO, Fe, Al dư
Hỗn hợp X gồm các oxit và kim loại
BTNT oxi n O (trong X) = n O (Fe3O4) = 0,04 . 4 = 0,16 mol
 Phản ứng: 2H+ + O2- (trong oxit) à H2O
 2H+ --------> H2
nH+ = 2n O2- + 2n H2 = 2. 0,16 + 2. 0,15 = 0,62 mol
nCl- = nH+ = 0,38 mol
Áp dụng BTKL: m Muối = mKl + mCl- 
=> m Muối = 0,12 . 27 + 0,04 .3. 56 + 0,62 . 35.5 = 31,97 gam
Đáp án: C. 31,97 gam
Ví Dụ 4: Trộn 0,81 gam bột nhôm với bột Fe2O3 và CuO rồi đốt nóng để tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu được hỗn hợp A. Hoà tan hoàn toàn A trong dung dịch HNO3 đun nóng thu được V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất) ở đktc. Giá trị của V là 
 A. 0,224 lít. 	B. 0,672 lít. 	C. 2,24 lít. 	D. 6,72 lít. 
Phân tích 
- Phản ứng nhiệt nhôm chưa biết là hoàn toàn hay không hoàn toàn do đó hỗn hợp A không xác định được chính xác gồm những chất nào nên việc viết phương trình hóa học và cân bằng phương trình phức tạp. Khi hòa tan hoàn toàn hỗn hợp A trong axit HNO3 thì Al0 tạo thành Al+3, nguyên tử Fe và Cu được bảo toàn hóa trị. 
Hướng dẫn giải 
Sơ đồ phản ứng: 
 Al + (Fe2O3, CuO) ------> hỗn hợp A (Al3+, Fe3+, Cu2+) + NO + H2O
Theo sơ đồ phản ứng chỉ có Al và N trong HNO3 tham gia vào quá trình trao đổi electron, Fe3+ và Cu2+ điện tịch được bảo toàn trong cả quá trình phản ứng
Ta có bảo toàn e: 
 Al à Al+3 + 3e 
 0,03 mol 0,09 mol 
 N+5 + 3e à N+2
 0,09 mol ----> 0,03 mol
 => VNO = 0,03 . 22,4 = 0,672 lít. 
Đáp án B 
2.2. Dạng 2: Bài toán nhiệt nhôm với hiệu suất H = 100%
* Phương pháp giải chung
- Bước 1: Cần xác định được Al dư hay oxit kim loại dư, trường hợp nếu cho khối lượng hỗn hợp cần xét các trường hợp Al dư và Al hết
- Bước 2: 
+ Dựa vào các dữ kiện của bài toán thường gặp là hỗn hợp sau phản ứng tác dụng với dung dịch NaOH hoặc dung dịch axit (HCl, H2SO4) tính số mol chất dư và số mol các chất phản ứng
+ Vận dụng bảo toàn nguyên tố Al, Fe, O, bảo toàn khối lượng hoặc bảo toàn electron các các phản để tính toán
- Bước 3: Tính toán theo yêu cầu của bài toán
Ví dụ 1: Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe2O3 (trong điều kiện không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn Y. Chia Y thành hai phần bằng nhau: Phần 1: tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng 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 gam B. 21,40 gam C. 29,40 gam D. 29,43 gam 
Hướng dẫn giải: 
 nH2 (p1) = 0,1375 mol ; nH2 (p2) = 0,0375 mol 
- Hỗn hợp rắn Y tác dụng với NaOH giải phóng H2 → Al dư và vì phản ứng xảy ra hoàn toàn nên thành phần hỗn hợp rắn Y gồm: Al2O3, Fe và Al dư 
- Gọi nFe = x mol ; nAl dư = y mol có trong 1/2 hỗn hợp Y 
- Từ đề ta có hệ phương trình: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe
- Theo đlbt nguyên tố đối với O và Fe: nAl2O3 = nFe2O3 = 0,05 mol 
- Theo đlbt khối lượng: m = (0,05 . 102 + 0,1 . 56 + 0,025 . 27). 2 = 22,75 gam 
Đáp án A 
Ví dụ 2: Lấy 26,8 g hh gồm Al và Fe2O3 thực hiện hoàn toàn phản ứng nhiệt nhôm, thu được chất rắn, cho chất rắn này hòa tan hoàn toàn trong dd HCl dư thấy thoát ra 11,2 lít khí H2 (đo ở đktc). Hãy xác định thành phần % các chất trong hỗn hợp ban đầu. 
A. %Al = 20,15%, % Fe2O3 = 79,85%	B. %Al =4,03%, % Fe2O3= 95,97% 
C. %Al = 30,22%, % Fe2O3 = 69,78%	D. %Al = 40,3%, % Fe2O3 = 59,7% 
Phân tích: trong bài này thì ta chưa xác định được Al dư hay Fe2O3 dư do đó ta cần xét các trường hợp hỗn hợp sau phản ứng có Al dư và không có Al dư
Hướng dẫn giải: 
Phản ứng: 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe 
*Trường hợp 1: Sau phản ứng không có Al
Khi đó: Fe + 2HCl -----> FeCl2 + H2
nFe = nH2 = 0,5 mol
Theo BTNT Fe nFe2O3 = nFe = 0,25 mol 
mFe2O3 = 160 . 0,25 = 40 gam > mhh A => Vô lý
Vậy Al dư, Fe2O3 hết
* Trường hợp 2: Al dư
- Gọi x, y là số mol của Al và Fe2O3 trong hỗn hợp ban đầu. 
 => 27x + 160y = 26,8 
Sơ đồ pứ: Al + Fe2O3 à hh(Al2O3, Fe, Al dư) Al3+, Fe2+ + H2
Bte ta có: 3x - 2y = 1=> x = 0,4 mol, y = 0,1 mol. 
- khối lượng: %Al = 40,3%
 % Fe2O3 = 59,7% 
Đáp án: D
Nhận xét: - Với bài này không cần xét trường hợp Al và Fe2O3 vừa đủ
 - Ta không nên gọi số mol Al phản ứng và Al dư bài toàn phức tạp hơn
Ví dụ 3: Nung nóng m gam hỗn hợp gồm Al và Fe3O4 trong điều kiện không có không khí. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X tác dụng với dung dịch NaOH (dư) thu được dung dịch Y, chất rắn Z và 3,36 lít khí H2 (ở đktc). Sục khí CO2 (dư) vào dung dịch Y, thu được 39 gam kết tủa. Giá trị của m là: 
A. 45,6 gam B. 57,0 gam C. 48,3 gam D. 36,7 gam 
Hướng dẫn giải:
- Từ đề suy ra thành phần hỗn hợp rắn X gồm: Fe, Al2O3 (x mol) và Al dư (y mol) 
- Các phản ứng xảy ra là: 
 8Al + 3Fe3O4 -----> 4Al2O3 + 9 Fe 
 2Al + 2NaOH + 6H2O ------> 2Na[Al(OH)4] + 3H2 
 Al2O3 + 2NaOH + 3H2O ------> 2Na[Al(OH)4] 
 CO2 + Na[Al(OH)4] ------> Al(OH)3 + NaHCO3 
- nH2 = 0,15 mol, nAl(OH)3 = 0,5 mol
Theo bảo toàn nguyên tố Al ta có nAl bđ = n ÔAl(OH)3 = 0,5 mol
 nAl dư = nH2 = 0,1 mol
 => nAl pư (1) = 0,5 – 0,1 = 0,4mol 
Theo Pt (1) nFe3O4 = nAl = 0,15 mol
Vậy khối lượng m = 27. 0,5 + 232 . 0,15 = 48,3 gam
Đáp án: C
Ví dụ 4: ĐH Khối A-2008. Nung hỗn hợp gồm 15,2 gam Cr2O3 (Cr = 52) và m gam Al. Sau phản ứng hoàn toàn, được 23,3 gam hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ X phản ứng với axit HCl dư thoát ra V lít H2 (đktc). Giá trị của V là 
A. 4,48. 	B. 11,2. 	C. 7,84. 	D. 10,08. 
Hướng dẫn giải:
Ta có nCr2O3 = 0,1 mol
 Pư: 2Al + Cr2O3 ------> Al2O3 + 2Cr (1)
Bảo toàn khối lượng ta có m hh = mX = 23,3 gam
mAl = 23,3 – 15,2 = 8,1 gam => nAl = 0,3 mol
Theo PTPư Al dư => nCr = 2nCr2O3 = 0,2 mol
nAl dư = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol
 pư: Cr + 2HCl ------> CrCl2 + H2 (2)
 2Aldư + 6HCl ------> 2AlCl3 + 3H2 (3)
Theo các Pư (2,3) nH2 = nCr + nAl = 0,35 mol
Thể tích H2 VH2 = 7,84 lít
Đáp án C
Nhận xét: Ở bài này để giải nhanh ta có thể sử dụng bảo toàn electron để tính toán: BTe: 3nAl = 2nCr2O3 + 2 nH2 => nH2
Ví dụ 5: Hỗn hợp A gồm 0,56g Fe và 16g Fe2O3 và x (mol) Al rồi nung ở nhiệt độ cao không có không khí (giả sử chỉ xảy ra sự khử Fe2O3 thành Fe) sau khi kết thúc phản ứng được hỗn hợp D. Nếu cho D tan trong H2SO4 loãng được V lít khí nhưng nếu cho D tác dụng với NaOH dư thì thu được 0,25V lít khí. Giá trị của x là? 
A. 0,1233 	B. 0,2466 	 C. 0,0022 ≤ x ≤ 0,2466 	D. 0,3699 
Hướng dẫn giải:
Pư: 2Al + Fe2O3 ------> Al2O3 + 2Fe (1)
Ta có: nFe = 0,01 mol, nFe2O3 = 0,1 mol, nAl = x mol
Vì D + NaOH tạo khí H2 => Al dư
Hỗn hợp rắn sau phản ứng gồm: nAl pư = 0,2 mol, nAl dư = (x – 0,2) mol, 
 nFe = 0,2 + 0,01 = 0,21 mol
- D + H2SO4: Fe + H2SO4 (l) ------> FeSO4 + H2 (2)
 nH2 = nFe = 0,21 mol
 2Al + 3H2SO4 ------> Al2(SO4)3 + 3H2 (3)
 nH2 (2) = nAl dư = mol
 Ta có 0,21 + = (I)
- D + NaOH: 2Al + 2NaOH + 6H2O ------> 2NaAl(OH)4 + 3 H2 (4)
 (x – 0,2) mol mol
 => (II)
Từ (I), (II) V = 6,272 lít x = 0,24666 mol
Đáp án B
Ví dụ 6: Cho hỗn hợp A gồm Al và một oxit sắt. Chia hỗn hợp A thành 2 phần bằng nhau. 
Phần 1: cho tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng thu được 6,72 (l) khí (đktc). 
Phần 2: Phản ứng nhiệt nhôm hoàn toàn, thu được hỗn hợp B, cho B tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được 1,344 lít khí (đktc) sau đó cho tiếp dung dịch H2SO4 loãng, dư được 4,032 lít H2 (đktc). Công thức của oxit sắt là: 
A. Fe2O3 	B. FeO 	 C. Fe3O4 D. Không xác định được 
Hướng dẫn giải:
-Phần 1: 2Al + 3H2SO4 ------> Al2(SO4)3 + 3H2
 nAl ban đầu = nH2 = 0,2 mol
- Phần 2: 2yAl + 3FexOy ------> yAl2O3 + 3xFe
Hỗn hợp B gồm: Al2O3, Fe và Al dư
 2Al dư + 2NaOH + 6H2O ------> 2NaAl(OH)4 + 3 H2 
 nAl dư = nH2 = 0,04 mol
 nAl pư = 0,2 – 0,04 = 0,16 mol
Theo bảo toàn nguyên tố Al: nAl2O3 = nAl pư = 0,08 mol
Bảo toàn nguyên tố oxi ta có: nO (FexOy) = nO (Al2O3) = 0,08 . 3 = 0,24 mol
-Phần rắn còn lại là Fe tác dụng với H2SO4
 => nFe = nH2 = 0,18 mol
=> FexOy: tỉ lệ: x : y = 0,18 : 0,24 = 3 : 4
Vậy công thức oxit sắt là Fe3O4
Đáp án: C
Ví dụ 7: Một hỗn hợp M gồm Fe3O4, CuO và Al có khối lượng 5,54 gam. Sau khi thực hiện phản ứng nhiệt nhôm xong (hiệu suất 100%) thu được chất rắn A giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử oxit thành kim loại. Nếu hòa tan A trong dung dịch HCl thì lượng H2 sinh ra tối đa là 1,344 lít khí (đktc). Nếu hòa tan A trong dung dịch NaOH dư thì sau phản ứng xong còn lại 2,96 gam chất rắn.
Tính % khối lượng các chất trong A.
Hướng dẫn giải:
 Pư: 8Al + 3Fe3O4 à 4Al2O3 + 9Fe (1)
 2Al + 3CuO à Al2O3 + 3Cu (2)
Trường hợp 1: Nếu hỗn hợp A không có Al => A + HCl
 Fe --------> H2
 0,06 mol 0,06
=> Bảo toàn nguyên tố sắt ta có: nFe3O4 = 0,02 mol => mFe3O4 = 4,64 gam
Và mAl = 1,44 gam => mFe3O4 + mAl = 6,08 gam > mM = 5,54 gam vô lí
Vậy Al dư, Fe2O3 và CuO hết
Xét trường hợp 2: Al dư => Fe3O4 và CuO hết
- Tác dụng với HCl 
 Al ---------> 3/2H2 
 Fe ----------> H2
BTKL mM = mA = 5,54 gam
Gọi trong hỗn hợp A: nAl dư = x mol, nFe = y mol và nCu = z mol
Theo PT (1,2) nAl2O3 = 
Ta có hệ PT: 1,5x + y = 0,06 (nH2 (3,4) ) (*2) 
 27x + 56y + 64z + 102() = 5,54 (*1)
Chất rắn gồm Fe, Cu: 56x + 64y = 2,96 (*3)
Từ (*1, *2, *3) => x =0,02 mol, y = 0,03 mol, z = 0,02 mol
%Al = 9,747%, %Fe = 30,325% 
 % Cu = 23,1%, %Al2O3 = 36,823%
Ví dụ 8: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X gồm Al và một oxit sắt FexOy (trong điều kiện không có không khí) thu được 92,35 gam chất rắn Y. Hòa tan Y trong dung dịch NaOH (dư) thấy có 8,4 lít khí H2 (ở đktc) thoát ra và còn lại phần không tan Z. Hòa tan 1/2 lượng Z bằng dung dịch H2SO4 đặc, nóng (dư) thấy có 13,44 lít khí SO2 (ở đktc) thoát ra. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Khối lượng Al2O3 trong Y và công thức oxit sắt 
sắt lần lượt là: 
A. 40,8 gam và Fe3O4 B. 45,9 gam và Fe2O3 
C. 40,8 gam và Fe2O3 D. 45,9 gam và Fe3O4 
Hướng dẫn giải:
 nH2 = 0,375 mol ; nSO2 (cả Z) = 2 . 0,6 = 1,2 mol 
- Từ đề suy ra chất rắn Y gồm: Fe, Al2O3, Al dư và phần không tan Z là Fe 
- nH2 = 0,375 mol → nAl dư = 0,25 mol 
- nSO2 = 1,2 mol → Bảo toàn electron => nFe = 0,8 mol 
- Bảo toàn khối lượng => mAl2O3 = 92,35 – 0,8.56 – 0,25.27 = 40,8 gam (1) 
→ nAl2O3 = 0,4 mol 
- Theo bảo toàn nguyên tố đối với O → nO (FexOy) = 0,4 . 3 = 1,2 mol 
- Oxit FexOy có tỉ lệ : x : y = nFe : nO = 0,8 : 1,2 = 2 : 3 
→ công thức oxit sắt là Fe2O3 (2) 
Đáp án C 
2.3 Dạng 3: Bài toán nhiệt nhôm chia hỗn hợp thành các phần không bằng nhau
* Phương pháp chung
Pư: 2Al + Fe2O3 ------> Al2O3 + 2Fe 
Sau phản ứng: Fe, Al2O3, Al dư hoặc Fe2O3 dư
- Bước 1: Cần đặt tỉ lệ mol giữa 2 phần là k
 P1= kP2 => nP1 = knP2; mP1 = kmP2
+Phần 2: Fe (x mol) , Al2O3 (x/2 mol), Al dư (y mol) hoặc Fe2O3 dư (z mol)
+ Phần 1: Fe (kx mol), Al2O3 (kx/2 mol), Al dư (ky mol) hoặc Fe2O3 dư (kz mol)
- Bước 2: Dựa vào các dữ kiện của bài toán để xác định được giá trị k đây là điểm mấu chốt để giải bài toán
Thường dựa vào sự chênh lệch về khối lượng của từng phần hoặc chênh lệch về số mol cua H2 hoặc NO của 2 phần để tính k
- Bước 3: tính toán các yêu cầu của bài toán
Ví dụ 1: Lấy 93,9 (g) hỗn hợp X gồm Fe3O4 và Al nung trong môi trường không có không khí. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp Y. Chia Y làm hai phần không bằng nhau: 
- Phần 1: Cho tác dụng với NaOH dư thu được 0,672 lít khí H2(đktc). 
- Phần 2: Cho tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 18,816 lít khí H2 (đktc). 
Tính % khối lượng các chất trong hỗn hợp X biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn 
Hướng dẫn giải:
Pư: 8Al + 3Fe3O4 à 4Al2O3 + 9Fe 
Phần 1: Tác dụng với NaOH à H2 => Al dư
 nH2 = 0,03mol => nAl dư = 0,02 mol 
do phản ứng xảy ra hoàn toàn nên Fe3O4 hết và Al dư. 
- Gọi k là tỉ lệ số mol giữa nP2 : nP1. 
gọi x là nFe và trong hỗn hợp phần 1: 
=> Phần 2: nH2 = 0,84 mol, nAl dư = 0,02k mol, nFe = kx mol
 2Al ------> 3H2
 Fe -------> H2
=> k(0,02. 3 + 2x) = 1,68 (1)
Khối lượng hỗn hợp ban đầu
k(0,02 . 27 + + ) + 0,02 . 27 + + = 93,9 
k(0,54 + ) + 0,54 + = 93,9
(k+1)(0,54 + ) = 93,9 (2)
thế k = vào (2) ta được: x = 0,18 mol => k = 4. 
=> nAl = (4+1) (0,02 + 0,18 . ) = 0,9 mol
=> mAl = 24,3 g => % Al = 25,88% => % Fe3O4 = 74,12%
Ví dụ 2: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp A gồm Al và FexOy (trong điều kiện không có không khí) được hỗn hợp B. Nghiền nhỏ, trộn đều hỗn hợp B rồi chia thành hai phần. 
- Phần 1 có khối lượng 4,83 gam được hòa tan hết trong dung dịch HNO3 dư, đun nóng được dung dịch C và 1,232 lít NO ( sản phẩm khử duy nhất). 
- Phần 2 tác dụng với dung dịch NaOH dư đun nóng thu được 1,008 lít H2 và còn lại 7,56 gam chất rắn. (Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn thể tích các khí đo ở đktc) Công thức FexOy là 
A. Fe3O4. 	B. FeO hoặc Fe3O4. 	C. Fe2O3. 	D. FeO. 
Hướng dẫn giải:
-Phần 2 tác dụng với NaOH à H2 => Al dư, nAl dư = 3/2 nH2 = 0,03 mol
Chất rắn còn lại là Fe (vì phản ứng hoàn toàn)=> nFe = 0,135 mol
- Giả sử nếu toàn bộ B ở phần 2 tác dụng với HNO3 như ở phần 1 tạo khí NO thì
Al + HNO3 à Al(NO3)3 + NO + H2O
Fe + HNO3 à Fe(NO3)3 + NO + H2O
Theo BT electron: ta có 3nAl + 3nFe = 3nNO (P2)
nNO (P2) = 0,03 + 0,135 = 0,165 mol
ta thấy nNO (P1) = 3nNO (P2)
vậy P2 = 3P1 hay mP2 = 3mP1 => m phần 2 = 4,83.3 = 14,49 gam
Theo bảo toàn khối lượng mPhần 2 = mFe + mAl dư + mAl2O3
mAl2O3 = 6,12 gam => nAl2O3 = 0,06 mol
Theo bảo toàn nguyên tố oxi 
 ta có nO (FexOy) = nO (Al2O3) = 0,06 . 3 = 0,18 mol
Oxit FexOy có tỉ lệ: x : y = 0,135 : 0,18 = 3 : 4
Vậy oxit là Fe3O4
Đáp án: A
Ví dụ 3: Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm với Fe2O3 trong điều kiện không có không khí.
 Chia hỗn hợp thu được sau phản ứng (đã trộn đều) thành 2 phần không bằng nhau. Phần 2 có khối lượng nhiêu hơn phần 1 là 134gam. Cho phần 1 tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH thấy có 16,8 lít khí H2 bay ra. Hòa tan phần 2 bằng lượng dư dung dịch HCl thấy có 84 lít khí H2 bay ra. Các phản ứng đều xảy ra với hiệu suất 100%. Các khí đo ở đktc.
Tính khối lượng Fe tạo thành trong phản ứng nhiệt nhôm.
Hướng dẫn giải:
Pư: 2Al + Fe2O3 à Al2O3 + 2Fe
P1 + NaOH à H2 => Al dư, Fe2O3 hết sau phản ứng gồm: Fe, Al2O3, Al dư
Coi mP2 = a mp1
Gọi P1 nFe = 2x mol, nAl = y mol, nAl2O3 = x mol
Trong phần 2: nFe = 2ax mol, nAl = ay mol, nAl2O3 = ax mol
Từ P1: nAl = nH2 = 0,05 mol => y = 0,05 mol (1)
 P2: nH2 = 3,75 mol
2ax + 1,5ay = 3,75 (2)
Mặt khác mp2 –mp1 = 134
 ó (214x + 27y)(a-1) = 134 (3)
Từ 1,2,3 => a =3, x = 0,25 và a = 2, x = 0,56 (có 2 giá trị)
+ Khi a= 3, x = 0,25 => mFe = 112 gam
+ Khi a=2, x = 0,56 mol => mFe = 188,16 gam
Ví dụ 4:: Trộn 83 gam hỗn hợp bột Al, Fe2O3 và CuO rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm. Giả sử lúc đó chỉ xảy ra 2 phản ứng khử oxit thành kim loại. Chia hỗn hợp sau phản ứng thành 2 phần có khối lượng chênh lệch nhau 66,4 gam. Lấy phần có khối lượng lớn hơn hoà tan bằng dung dịch H2SO4 dư, thu được 23,3856 lít H2 (đktc) dung dịch X và chất rắn. Lấy 1/10 dung dịch X cho tác dụng vừa đủ với 200ml dung dịch KMnO4 0,018M. Hoà tan phần có khối lượng nhỏ bằng dung dịch NaOH dư thấy còn lại 4,736 gam chất rắn không tan
a)Viết các PTPư xảy ra
b) Cho biết trong hỗn hợp ban đầu số mol CuO gấp n lần số mol của Fe2O3, tính % mỗi oxit kim loại bị khử. Áp dụng n = 3/2
Hướng dẫn giải:
Các phản ứng xảy ra
 2Al + Fe2O3 à Al2O3 + 2Fe (1)
 2Al + 3CuO à Al2O3 + 3Cu (2)
Hỗn hợp sau phản ứng gồm Al2O3, Fe, Cu, CuO dư, Fe2O3 dư và có thể có Al dư
- Phần lớn: Al2O3 + H2SO4 à Al2(SO4)3 + H2O (3)
 CuO + H2SO4 à CuSO4 + H2O (4)
 Fe + H2SO4 à FeSO4 + H2 (5)
 2Al + 3H2SO4 à Al2(SO4)3 + 3H2 (6)
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 à 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O (7)
- Phần nhỏ: Al2O3 + 2NaOH + 3H2O à NaAl(OH)4 (8)
 2Al + 2NaOH + 6H2O à NaAl(OH)4 + 3H2 (9)
Chất rắn còn lại là Cu, Fe, CuO dư, Fe2O3 dư
nKMnO4 = 3,6.10-3 mol, nH2 = 1,044 mol
- Giả sử phần lớn có khối lượng là m1 gam, phần nhỏ có khối lượng m2 gam
Ta có: m1 + m2 = 83 (*1)
 m1 – m2 = 66,4 (*2)
Từ (*1,*2) => m1 = 74,7 gam, m2 = 8,3 gam
=> m1 = 9m2
Theo bảo toàn nguyên tố sắt ta có: 
 nFe = nFeSO4 = 5nKMnO4 = 5. 10. 3,6.10-3 = 0,18 mol
Từ PT 5 ta thầy nFe Sau phản ứng nhiệt nhôm Al phải dư
Theo PT (5,6) => nAl dư = 0,576 mol
- Phần nhỏ: khối lượng chất rắn = 4,736 gam (Fe, Cu, CuO, Fe2O3) 
=> trong phần lớn khối lượng chất rắn không tan = 4,736 . 9 = 42,624 gam
Theo bảo toàn khối lượng phần lớn: 
 74,7 = 0,576 . 27 + 102. nAl2O3 + 42,624 => nAl2O3 = 0,162 mol
Theo PT (1,2) nFe2O3 pư = nFe (p1) = 0,09 mol
 nCuO pư = 3 nAl2O3 (2) = 0,216 mol
- Theo bảo toàn nguyên tố Al 
 nAl(p1) = 2 + nAl dư (P1) = 2. 0,162 + 0,576 = 0,9 mol
Gọi trong phần lớn số mol Fe2O3 = x mol => nCuO = 1,5x mol
Bảo toàn khối lượng phần lớn ta có 
 27 . 0,9 + 160x + 80 . 1,5x = 74,7 => x = 0,18 mol, nCuO = 0,27 mol
=> % Fe2O3 pư = = 50%
 % CuO pư = = 80%
3/ Các bài tập áp dụng
Bài 1. Trộn 8,1 gam Al và 48 gam Fe2O3 rồi cho tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí, kết thúc thí nghiệm thu được m gam hỗn hợp rắn. Giá trị của m là: 
A. 56,1 gam.	B. 61,5 gam	C. 65,1 gam	D. 51,6 gam 
Bài 2. Dùng m gam Al để khử hoàn toàn một lượng Fe2O3 sau phản ứng thấy khối lượng oxit giảm 0,58 g. Hỏi lượng nhôm đã dùng m là: 
 	A. m = 0,27 g 	B. m = 2,7g 	C. m = 0,54 g 	D. m = 1,12 g. Bài 3. (ĐH A-2012) Hỗn hợp X gồm Fe3O4 và Al có tỉ lệ mol tương ứng 1 : 3. Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm X (không có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp gồm
A. Al, Fe, Fe3O4 và Al2O3.	B. Al2O3, Fe và Fe3O4.
C. Al2O3 và Fe.	D. Al, Fe và Al2O3.
Bài 4:Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp X gồm Fe2O3 và Al trong điều kiện không có không khí thu được hỗn hợp chất rắn Y. Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH dư sẽ thu được 0,3 mol H2 Mặt khác nếu cho Y tác dụng với dung dịch HCl dư sẽ thu được 0,4 mol H2. Số mol Al trong X là: 
A. 0,3 mol B. 0,6 mol 	C. 0,4 mol D. 0,25 mol 
Bài 5: Nung m gam hỗn hợp Al, Fe2O3 đến phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Chia Y làm 2 phần bằng nhau. Phần 1 tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng 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. 21,40	B. 29,40	C. 29,43	D. 22,75
Bài 6: Hỗn hợp X gồm Al, Fe2O3 có khối lượng 21,67 gam. Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí (giả sử chỉ xảy ra phản ứng khử Fe2O3 thanh Fe) Hòa tan hỗn hợp chất rắn sau phản ứng bằng dung dịch NaOH dư thu được 2,016 lít khí H2 (đktc) và 12,4 gam chất rắn không tan. Hiệu suất của phản ứng nhiệt nhôm là
A. 45%	B. 50%	C. 71,43%	D . 75%
Bài 7: Có 9,66 gam hỗn hợp bột nhôm và Fe3O4. Tiến hành nhiệt nhôm hoàn toàn rồi hòa tan hết hỗn hợp sau phản ứng bằng dung dịch HCl được 2,688 lít H2 (đktc). Khối lượng nhôm trong hỗn hợp ban đầu là? 
A. 2,16	B. 2,7	C. 2,88	D. 0,54
Câu 8: Dùng m gam Al để khử hết 1,6 gam Fe2O3 đến phản ứng hòa toàn, sản phẩm sau phản ứng tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH tạo 0,672 lít khí (đktc). Tính m. 
A. 1,080 gam	B. 0,810 gam 	C. 0,540 gam 	D. 1,755 gam 
Câu 9: khi nung hoàn toàn hỗn hợp A gồm x gam Al và y gam Fe2O3 thu được hỗn hợp B. Chia B thành hai phần bằng nhau: Phần 1 tan trong dung dịch NaOH dư, không có khí thoát ra và còn lại 4,4 gam chất rắn không tan. Phần 2 trong dung dịch H2SO4 loãng dư thu được 1,12 lít khí(đktc). Giá trị của y là
A. 5,6 gam B. 11,2 gam C. 16 gam D. 8 gam
Bài 10: Nung Al và Fe3O4 (không có không khí, phản ứng xảy ra hoàn toàn) thu được hỗn hợp A. Nếu cho A tác dụng với dung dịch KOH dư thì thu được 0,672 lít khí (đktc). Nếu cho A tác dụng với H2SO4 đặc, nóng dư được 1,428 lít SO2 duy nhất (đktc). % khối lượng Al trong hỗn hợp ban đầu là: 
A. 33,69% 	B. 26,33% 	C. 38,30% 	 D. 19,88% 
Bài 11: Đốt hỗn hợp Al và 16 gam Fe2O3 (không có không khí) đến phản ứng hoàn toàn, 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. 400. 	 B. 100. 	C. 200.	 D. 300. 
Câu 12: Trộn 0,54 gam bột Al với Fe2O3 và CuO, rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí, thu được hỗn hợp chất rắn X gồm Al2O3, FeO, CuO, Cu, Fe. Hòa tan X trong dung dịch HNO3 dư thu được 0,896 lít hỗn hợp khí Y gồm NO2 và NO ở đktc. Tỷ khối của hỗn hợp Y so với H2 là
A. 19. 	B. 21. 	C. 17. 	D. 23.
Câu 13: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm Al và m gam hai oxit rắn trong khí trơ, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X vào dung dịch NaOH dư, thu được dung dịch Y, chất không 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 phẩm khử duy nhất của H2SO4. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là
	A. 5,04	B. 6,29	C. 6,48	D. 6,96
Câu 14: (ĐH-A-2013) Hỗn hợp X gồm 3,92 gam Fe, 16 gam Fe2O3 và m gam Al. Nung X ở nhiệt độ cao trong