08:30:3902/11/2021
Trong tự nhiên chỉ có một số ít kim loại như vàng, palatin,... tồn tại ở dạng tự do, hầu hết các kim loại còn lại đều tồn tại ở dạng hợp chất. Trong kim loại kim loại tồn tại dưới dạng ion dương Mn+.
Vậy làm sao để điều chế kim loại, bài viết này sẽ giúp các em biết nguyên tắc điều chế kim loại? cách điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện, thủy luyện và điện phân [điện phân nóng chảy và điện phân dung dịch].
I. Nguyên tắc điều chế kim loại
• Nguyên tắc để điều chế kim loại là khử ion kim loại thành nguyên tử:
Mn+ + ne → M
II. Phương pháp điều chế kim loại
Tùy thuộc vào độ hoạt động hóa học của kim loại mà người ta chọn phương pháp điều chế phù hợp. Dưới đây là các phương pháp điều chế kim loại thường được sử dụng.
1. Điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện
- Được sử dụng để điều chế các kim loại có mức hoạt động trung bình [Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb]
- Phương pháp này sẽ khử ion kim loại trong hợp chất ở nhiệt độ cao bằng các chất khử như C, CO, H2, Al hoặc các kim loại hoạt động.
* Ví dụ: Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
- Phương pháp này được dùng để sản xuất kim loại trong công nghiệp. Chất khử hay được sử dụng là cacbon.
2. Điều chế kim loại bằng phương pháp thủy luyện
- Được sử dụng để điều chế các kim loại có mức hoạt động trung bình và yếu [như: Cu, Hg, Ag, Pt, Au]
- Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp như dung dịch H2SO4, NaOH, NaCN,... để hòa tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có trong quặng. Sau đó khử những ion kim loại này trong dung dịch bằng kim loại có tính khử mạnh như Fe, Zn,...
* Ví dụ: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
3. Điều chế kim loại bằng phương pháp điện phân
a] Điều chế kim loại bằng phương pháp điện phân nóng chảy
- Được sử dụng để điều chế các kim loại có mức độ hoạt động mạnh [K, Ba, Ca, Na, Mg, Al]
- Là phương pháp dùng dòng điện một chiều khử ion kim loại trong chất điện li nóng chảy [muối halogenua, oxit, hidroxit]
* Ví dụ: Điện phân MgCl2 nóng chảy để điều chế Mg
Ở catot [cực âm]: Mg2+ + 2e → Mg
Ở anot [cực dương]: 2Cl- → Cl2↑ + 2e
MgCl2 Mg + Cl2↑
b] Điều chế kim loại bằng phương pháp điện phân dung dịch
- Được sử dụng để điều chế các kim loại hoạt động trung bình hoặc yếu
- Là phương pháp dùng dòng điện một chiều để khử ion kim loại yếu trong dung dịch muối của nó.
* 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 Cu + Cl2
c] Công thức tính lượng chất thu được ở các điện cực
- Dựa vào công thức biểu diễn định luật Farađây, có thể xác định được khối lượng các chất thu được ở điện cực:
, trong đó
m: Khối lượng chất thu được 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 [ampe].
t: Thời gian điện phân [giây].
F:Hằng số Farađây [F = 96500].
Trên đây KhoiA.Vn đã giới thiệu với các em về cách điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện, thủy luyện và điện phân. Hy vọng bài viết giúp các em hiểu rõ hơn. Nếu có câu hỏi hay góp ý các em hãy để lại bình luận dưới bài viết, chúc các em thành công.
Cho các phản ứng sau: [1] CuO + H2 → Cu + H2O [2] 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + O2 + 2H2SO4 [3] Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu [4] 2Al + Cr2O3 → Al2O3 + 2Cr
Số phản ứng dùng để điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện là.
Ôn Thi Đại Học Cơ bản
Câu A. 4
Câu B. 3
Câu C. 2 Đáp án đúng
Câu D. 1
Chi tiết Chuyên mục: Chương 5. Đại cương về kim loại Được viết ngày Thứ hai, 16 Tháng 3 2015 15:30 Viết bởi Nguyễn Văn Đàm
Do kim loại có rất nhiều tính chất vật lý quý báu, mặt khác trong tự nhiên rất hiếm kim loại có sẵn nên chúng ta phải điều chế kim loại. Nguyên tắc chung để điều chế kim loại là dùng chất khử, khử ion kim loại có trong kim loại thành kim loại đơn chất. Quá trình này còn gọi là hoàn nguyên kim loại.
Tùy theo chất khử sử dụng khác nhau mà chúng ta có các phương pháp điều chế sau:
1. Phương pháp thuỷ luyện
- Phương pháp thủy luyện có hai giai đoạn:
+ Thứ nhất là hòa tan quặng [nguyên liệu].
+ Thứ hai là dùng kim loại mạnh hơn đẩy kim loại cần điều chế ra khỏi dung dịch.
- Phương pháp này thường được dùng để điều chế các kim loại yếu [về nguyên tắc có thể điều chế các kim loại sau Mg].
2. Phương pháp nhiệt luyện
- Nguyên tắc của phương pháp nhiệt luyện là dùng chất khử C, CO, H2, Al, NH3 ... khử oxit kim loại sau Al ở nhiệt độ cao thành kim loại đơn chất.
- Phương pháp này thường dùng để điều chế các kim loại trung bình [với các kim loại yếu chỉ cần đun nóng oxit đã tự phân hủy thành kim loại và oxi].
3. Phương pháp điện phân
Về phương pháp điện phân thì chất khử chính là dòng điện ở catot. Điện phân có 2 loại là điện phân nóng chảy và điện phân dung dịch. Phương pháp điện phân nóng chảy thường dùng để điều chế các kim loại mạnh [từ đầu dãy điện hoá đến nhôm]. Phương pháp điện phân dung dịch có thể dùng để điều chế kim loại nằm sau Mg nhưng thường được dùng để điều chế kim loại đứng sau H2. Nội dung này các bạn tham khảo ở chuyên mục Sự điện phân nhé.
Dưới đây là câu hỏi và bài tập tham khảo:
1. Phương pháp nhiệt luyện trong điều chế kim loại là gì?
- Nguyên tắc của phương pháp nhiệt luyện là dùng chất khử C, CO, H2, Al, NH3... khử oxit kim loạisau Alở nhiệt độ cao thành kim loại đơn chất.
- Phương pháp này thường dùng để điều chế các kim loại trung bình [với các kim loại yếu chỉ cần đun nóng oxit đã tự phân hủy thành kim loại và oxi].
Ví dụ:
PbO + C→Pb + CO
Fe2O3+ 3CO→2Fe + 3CO2
WO3+ 3H2→W + 3H2O
TiCl4+ 4Na→Ti + 4NaCl
V2O5+ 5Ca→2V + 5CaO
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 giải bài tập Điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện
* Một số lưu ý cần nhớ
- Điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện là điều chế kim loại bằng cách khử oxi kim loại bằng H2, CO, C, Al.
=> Đây là phương pháp điều chế kim loại trung bình [đứng từ Zn trong dãy hoạt động trở đi]
Để làm được tốt dạng bài tập này, các em cần áp dụng linh loạt các định luật bảo toàn electron, bảo toàn điện tích và bảo toàn khối lượng.
* Một số ví dụ điển hình
Ví dụ 1:Khử hoàn toàn m gam Fe2O3cần vừa đủ 4,704 lít khí CO [đktc]. Giá trị của m là
Hướng dẫn giải chi tiết:
Khi oxit bị khử bởi CO:
nO[oxit]= nCO= 4,704/22,4 = 0,21 mol
BTNT "O": 3nFe2O3= nO[oxit]= 0,21
=> nFe2O3= 0,07 mol
=> m = 160.0,07 = 11,2 gam
Ví dụ 2:Hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3. Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m g hỗn hợp X nung nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được 64 g chất rắn A và 11,2 lít khí B [đktc] có tỉ khối so với hiđro là 20,4. Giá trị của a là
Hướng dẫn giải chi tiết:
Giả sử:nCO = x[mol];nCO2 = y[mol];nCO = x[mol]; nCO2 = y[mol]
Ta có hệ phương trình:
Ví dụ 3:Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3nung nóng. Sau một thời gian thu được 10,44 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3và Fe3O4. Hòa tan hết X trong dung dịch HNO3đặc, nóng thu được 4,368 lít NO2[sản phẩm khử duy nhất ở đktc]. Giá trị của m là
Hướng dẫn giải chi tiết:
nNO2= 0,195 mol
Xét toàn bộ quá trình chỉ có CO cho e [tạo CO2] và HNO3nhận e [tạo NO2]
Bảo toàn e: 2.nCO= nNO2 => nCO= 0,0975 mol
=> nCO2 = nCO= 0,0975 mol
Bảo toàn khối lượng: mCO+ mFe2O3= mCO2+ mhh oxit
=> mFe2O3= 0,0975.44 + 10,44 – 0,0975.28 = 12 gam