Cách điều chế kim loại và bài tập về điều chế kim loại - hoá 12 bài 21

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  2Fe + 3CO₂

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 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): 2O^2- → O₂ + 4e

Al₂O₃  4Al + 3O₂

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  Cu + Cl₂

III. Bài tập Điều chế kim loại

* Bài 1 trang 98 sgk hóa 12: Trình bày cách để

- Điều chế Ca từ CaCO₃.

- Điều chế Cu từ CuSO₄

Viết phương trình hoá học của các phản ứng.

>> Giải bài 1 trang 98 sgk hóa 12

* 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.

>> Giải bài 2 trang 98 sgk hóa 12

* 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

>> Giải bài 3 trang 98 sgk hóa 12

* 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.

>> Giải bài 4 trang 98 sgk hóa 12

* 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.

>> Giải bài 5 trang 98 sgk hóa 12