08:04:5526/01/2019 Vậy làm sao để điều chế được kim loại, có bao nhiêu phương pháp để điều chế kim loại, các phương pháp điều chế kim loại có phải đều giống nhau hay không, chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết này. I. Nguyên tắc điều chế kim loại - Nguyên tắc chung là khử ion kim loại thành kim loại Mn+ + ne → M II. Một số phương pháp điều chế kim loại - Tuỳ thuộc vào độ hoạt động hoá học của kim loại mà người ta sử dụng phương pháp điều chế phù hợp  1. Phương pháp nhiệt luyện - Nguyên tắc: dùng chất khử CO, C, Al, H2 khử oxit kim loại ở nhiệt độ cao. - Phạm vi sử dụng: thường dùng trong công nghiệp với kim loại sau Al như Zn, Fe, Sn, Pb,... * Ví dụ: Fe2O3 + 3CO PbO + C Fe2O3 + 3CO WO3 + 3H2 TiCl4 + 4Na V2O5 + 5Ca - Các phản ứng dùng kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ làm chất khử đều phải thực hiện trong môi trường khí trơ hoặc chân không. - Trường hợp quặng là sunfua kim loại như Cu2S, ZnS, FeS2,... thì phải chuyển sunfua kim loại thành oxit kim loại. Sau đó khử oxit kim loại bằng chất khử thích hợp, ví dụ với ZnS: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2 ZnO + C → Zn + CO - Đối với kim loại khó nóng chảy như Cr, người ta dùng Al làm chất khử (phản ứng nhiệt nhôm). Phản ứng nhiệt nhôm tỏa nhiệt mạnh, lượng nhiệt tạo ra được sử dụng để đun nóng chảy Cr2O3, nhờ vậy giảm được chi phí cho nhiên liệu: Cr2O3 + 2Al → 2Cr + Al2O3 - Đối với những kim loại kém hoạt động như Hg, Ag chỉ cần đốt cháy quặng cũng thu được kim loại mà không cần dùng chất khử: HgS + O2 → Hg + SO2 2. Phương pháp thủy luyện - Nguyên tắc: dùng dung dịch thích hợp (HCl, HNO3, H2SO4, NạOH, NACN,...) hòa tan nguyên liệu sau đó lấy kim loại mạnh (không tan trong nước) đẩy kim loại yếu khỏi dung dịch của nó. - Phạm vi sử dụng: thường dùng trong phòng thí nghiệm để điều chế các kim loại sau Mg (thường là kim loại yếu). * Ví dụ 1: Người ta điều chế Ag bằng cách nghiền nhỏ quặng bạc sunfua Ag2S, xử lí bằng dung dịch NaCN, rồi lọc để thu được dung dịch muối phức bạc: Ag2S + 4NaCN → 2Na[Ag(CN)2] + Na2S - Sau đó, ion Ag+ trong phức được khử bằng kim loại Zn: Zn + 2Na[Ag(CN)2] → Na2[Zn(CN)4] + 2Ag↓ * Ví dụ 2: Vàng lẫn trong đất đá có thể hòa tan dần trong dung dịch NaCN cùng với oxi của không khí, được dung dịch muối phức của vàng: 4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O → 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH - Sau đó, ion Au3+ trong phức được khử bằng kim loại Zn: Zn + 2Na[Au(CN)2] → Na2[Zn(CN)4] + 2Au↓ 3. Phương pháp điện phân a) Điện phân nóng chảy - Nguyên tắc: Dùng dòng điện một chiều khử ion kim loại trong chất điện li nóng chảy (muối halogenua, oxit, hidroxit). - Phạm vi sử dụng: có thể dùng để điều chế tất cả các kim loại nhưng thường dùng với kim loại mạnh: K, Na, Mg, Ca, Ba và Al. * Ví dụ: Điện phân Al2O3 nóng chảy để điều chế Al - ở catot (cực âm): Al3+ + 3e → Al - ở anot (cực dương): 2O2- → O2 + 4e Al2O3 b) Điện phân dung dịch - Nguyên tắc: Dùng dòng điện một chiều khử ion kim loại yếu trong dung dịch muối của nó. - Phạm vi sử dụng: Dùng điều chế các kim loại yếu. * Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCl2 để điều chế Cu - ở catot (cực âm): Cu2+ + 2e → Cu - ở anot (cực dương): 2Cl- → Cl2 + 2e CuCl2 III. Bài tập Điều chế kim loại * Bài 2 trang 98 sgk hóa 12: Từ Cu(OH)2, MgO, Fe2O3 hãy điều chế các kim loại tương ứng bằng phương pháp thích hợp. Viết phương trình hóa học của phản ứng. ° Lời giải bài 2 trang 98 sgk hóa 12: * Từ Cu(OH)2 điều chế Cu Cu(OH)2 CuO + H2 → Cu + H2O * Từ MgO điều chế Mg MgO + 2HCl → MgCl2 + H2O MgCl2 * Từ Fe2O3 điều chế Fe Fe2O3 + 3H2 * Bài 3 trang 98 sgk hóa 12: Một loại quặng sắt chứa 80% Fe2O3 và 10% SiO2. Hàm lượng các nguyên tử Fe và Si trong quặng này là : A. 56% Fe và 4,7% Si B. 54% Fe và 3,7% Si C. 53% Fe và 2,7% Si D. 52% Fe và 4,7% Si ° Lời giải bài 3 trang 98 sgk hóa 12: * Đáp án: A. 56% Fe và 4,7% Si - Giả sử có 100 gam quặng sắt, khối lượng Fe2O3 là 80 gam và khối lượng SiO2 là 10 gam - Theo bài ra, số mol Fe2O3 là nFe2O3 = 80/160 = 0,5(mol). ⇒ nFe = 2.nFe2O3 = 2.0,5 = 1(mol) ⇒ mFe = 1.56 = 56(g) ⇒ %mFe = (56/100).100% = 56% Tương tự tính cho Si , %Si = 4,7% * Bài 4 trang 98 sgk hóa 12: Để khử hoàn toàn 30 gam hỗn hợp gồm CuO, FeO, Fe3O4, Fe2O3,Fe, MgO cần dùng 5,6 lít khí CO (đktc). Khối lượng chất rắn thu được sau phản ứng là : A. 28g. B. 26g. C. 24g. D. 22g. ° Lời giải bài 4 trang 98 sgk hóa 12: * Đáp án: B. 26g - Theo bài ra, ta có: nCO = 5,6/22,4 = 0,25 mol - Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có : 30 + mCO = m + mCO2 ⇒ m = 30 + 0,25.28 – 0,25.44 = 26 (g) * Bài 5 trang 98 sgk hóa 12: Điện phân (điện cực trơ) dung dịch muối sunfua của một kim loại hóa trị II với dòng điện cường độ 3A. Sau khi 1930 giây điện phân thấy khối lượng catot tăng 1,92 gam. a) Viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra tại mỗi điện cực và phương trình hóa học chung của sự điện phân. b) Xác định tên kim loại. ° Lời giải bài 5 trang 98 sgk hóa 12: a) Phương trình hoá học của phản ứng (kim loại là M hoá trị II) nên: - Tại catot (-): M2+ + 2e → M - Tại anot (+): 2H2O → 4H+ + O2 + 4e 2MSO4 + 2H2O - Theo định luật Faraday ta có khối lượng thoát ra ở điện cực là: ⇒ Kim loại là Cu * Ở công thức trên: A là nguyên tử khối của kim loại, I là dòng điện chạy qua dung dịch điện phân t là thời gian điện phân (tính theo s) F=96500 n là hóa trị của kim loại m tính bằng gam (g) Trung tâm luyện thi, gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng giới thiệu phần NGUYÊN TẮC ĐIỀU CHẾ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI nhằm hổ trợ cho các bạn có thêm tư liệu học tập. Chúc các bạn học tốt môn học này.
I. NGUYÊN TẮC ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI - Khử ion kim loại thành kim loại Mn+ + ne → M Ví dụ: Na+ + 1e → Na Cu2+ + 2e → Cu II. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI 1. Phương pháp thủy luyện - Nguyên tắc: Dùng kim loại mạnh đẩy kim loại yếu khỏi dung dịch của nó. - Phạm vi sử dụng: Thường dùng trong phòng thí nghiệm để điều chế kim loại yếu. Ví dụ 1: Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag Cu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag Ví dụ 2: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu * Lưu ý: Không dùng các kim loại mạnh như Li, Na, k, Ba, Ca để đẩy các ion kim loại yếu hơn. Vì 2. Phương pháp nhiệt luyện - Nguyên tắc: Dùng chất khử CO, C, Al, H2 khử oxit kim loại ở nhiệt độ cao. - Phạm vi sử dụng: Thường dùng trong công nghiệp với kim loại có tính khử trung bình và yếu (sau Al). Ví dụ: 3Fe3O4 + 8Al → 9Fe + 4Al2O3 Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 * Lưu ý: - Các phản ứng dùng kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ làm chất khử đều phải thực hiện trong môi trường khí trơ hoặc chân không Ví dụ với ZnS: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2 ZnO + C → Zn + CO - Đối với những kim loại kém hoạt động như Hg, Ag chỉ cần đốt cháy quặng cũng thu được kim loại mà không cần dùng chất khử HgS + O2 → Hg + SO2 3. Phương pháp điện phân - Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li. * Lưu ý: Khác với phản ứng oxi hóa – khử thông thường, phản ứng điện phân do tác dụng của điện năng và các chất trong môi trường điện phân không trực tiếp cho nhau electron mà phải truyền qua dây dẫn. - K Ca Na Mg Al Zn Fe ..... Pt Au điện phân nóng chảy điện phân dung dịch a. Điện phân chất điện li nóng chảy - Điều chế được hầu hết các kim loại. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ dùng điều chế các kim loại như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al. Vì phương pháp này tốn kém hơn so với phương pháp điện phân dung dịch. b. Điện phân dung dịch chất điện li trong nước - Điều chế các kim loại trung bình, yếu (sau Al). Mn+ + ne → M * Lưu ý: - Nếu điện phân dung dịch mà có các ion K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+ thì nước sẽ tham gia điện phân. 2H2O + 2e → H2 + 2OH– - Nếu trong dung dịch có nhiều cation thì cation nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước. Ví dụ: Điện phân dung dịch mà catot có chứa các ion Na+, Fe2+, Cu2+, Ag+ và Zn2+ thì thứ tự điện phân sẽ là Ag+ + 1e → Ag Cu2+ + 2e → Cu Fe2+ + 2e → Fe Zn2+ + 2e → Zn 2H2O + 2e → H2 + 2OH– - Các ion H+ của axit dễ bị khử hơn các ion H+ của nước Ví dụ 1: Viết sơ đồ điện phân nóng chảy NaCl Catot ( – ) NaCl Anot ( + ) Phương trình điện phân là: 2NaCl → 2Na + Cl2
Ví dụ 2: Viết sơ đồ điện phân nóng chảy NaOH Catot ( – ) NaOH Anot ( + ) Phương trình điện phân là: 4NaOH → 4Na + O2 + 2H2O Ví dụ 3: Điện phân Al2O3 nóng chảy pha thêm criolit (Na3AlF6) có thể biểu diễn bằng sơ đồ: Catot ( – ) Al2O3 Anot ( + ) Phương trình điện phân là: 2Al2O3 → 4Al + 3O2 Ví dụ 4: Viết sơ đồ điện phân dung dịch CuCl2 Catot ( – ) CuCl2 Anot ( + ) Phương trình điện phân là: CuCl2 → Cu + Cl2 Ví dụ 5: Viết sơ đồ điện phân dung dịch NaCl Catot ( – ) NaCl Anot ( + ) H2O, Na+ (H2O) Cl-, H2O Phương trình điện phân là: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2 Nếu không có màng ngăn thì: Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O Nên phương trình điện phân là: NaCl + H2O → NaClO + H2
Ví dụ 6: Viết sơ đồ điện phân dung dịch CuSO4 Catot ( – ) CuSO4 Anot ( + ) Cu2+, H2O (H2O) H2O, SO42- Phương trình điện phân là: 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + 2H2SO4 + O2
c. Định luật Faraday Khối lượng chất giải phóng ở mỗi điện cực tỉ lệ với điện lượng đi qua dung dịch và đương lượng của chất m =
Trong đó: - m: khối lượng chất giải phóng ở điện cực (gam) - A: khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực - n: số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận - I: cường độ dòng điện (A) - t: thời gian điện phân (s) - F: hằng số Faraday là điện tích của 1 mol electron hay điện lượng cần thiết để 1 mol electron chuyển dời trong mạch ở catot hoặc ở anot (F = 1,602.10-19.6,022.1023 ≈ 96500 C.mol-1) Trung tâm luyện thi, gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng LIÊN HỆ NGAY VỚI CHÚNG TÔI ĐỂ BIẾT THÊM THÔNG TIN CHI TIẾT Địa chỉ: Đường nguyễn lương bằng, P.Hoà Khánh Bắc, Q.Liêu Chiểu, Tp.Đà Nẵng Email: |
