Nguyên tắc điều chế kim loại là gì? Những phản ứng điều chế kim loại? Sơ đồ tư duy và phương pháp điều chế kim loại như nào? Bài tập điều chế kim loại cơ bản?… Trong phạm vi bài viết sau, hãy cùng DINHNGHIA.VN tìm hiểu về chủ đề này nhé!

Nguyên tắc điều chế kim loại

Thực hiện quá trình khử ion kim loại thành kim loại

\(M^{n+} + ne \rightarrow M\)

Nhận xét: Kim loại có tính khử mạnh khó điều chế hơn kim loại có tính khử yếu.

nguyên tắc điều chế kim loại là gì

Các phương pháp điều chế kim loại

Phương pháp nhiệt luyện

  • Nguyên tắc:

Dùng chất khử như \(C,CO,H_{2},\) hoặc kim loại hoạt động để khử ion kim loại ra khỏi hợp chất ở nhiệt độ cao.

Ví dụ: \(PbO + H_{2} \overset{t^{\circ}}{\rightarrow} Pb + H_{2}O\)

\(Fe_{2}O_{3} + 3CO \overset{t^{\circ}}{\rightarrow} 2Fe + 3CO_{2}\)

  • Phạm vi áp dụng

Được sử dụng phổ biến để điều chế những kim loại có tính khử trung bình \(\rightarrow\) yếu (đứng sau Al).

Phương pháp này thường được sử dụng trong công nghiệp.

Phương pháp thủy luyện

  • Dùng chất khử mạnh Zn, Fe,..để khử kim loại có tính khử yếu hơn trong dung dịch ra khỏi hợp chất.

\(Fe + CuSO_{4} \overset{t^{\circ}}{\rightarrow} FeSO_{4} + Cu\)

\(Fe + Cu^{2+} \overset{t^{\circ}}{\rightarrow} Fe^{2+}\)

Chú ý:

  • Cơ sở phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp như \(H_{2}SO_{4}, NaOH, NaCN,..\) để hoà tan kim loại hoặc hợp chất kim loại và tách ra khỏi phần không tan.
  • Không dùng kim loại kiềm, kiềm thổ để khử.

Phương pháp điện phân

Dùng dòng điện một chiều để khử các ion kim loại ở catot ra khỏi hợp chất.

  • Cấu tạo của bình điện phân:

điều chế kim loại và hình ảnh cấu tạo của bình điện phân

1 bình đựng hóa chất cần điện phân

Có 2 điện cực

  • K (-) làm bằng than chì, graphit, Pt (điện cực trơ)
  • A (+) làm bằng 1 kim loại khác Pt (điện cực không trơ)

Nguồn điện một chiều: cực âm của nguồn điện nối với katot bình điện phân, cực dương có nguồn điện nối với anot của bình điện phân.

  • Cơ chế hoạt động của bình điện phân:

Dưới tác dụng của dòng điện một chiều, các ion điện phân sẽ di chuyển về các điện cực

  • Cation về K (ion dương về cực âm)
  • Anion về A (ion âm về cực dương)

Tại các điện cực xảy ra quá trình oxi hóa khử:

  • Tại K: xảy ra quá trình oxi hóa
  • Tại A: xảy ra quá trình khử.
  • Điện phân hợp chất nóng chảy: Dùng để điều chế các kim loại mạnh như Na, K, Mg, Ca, …

Ví dụ: Điều chế NaCl nóng chảy thu được Na theo pthh

\(2NaCl \overset{dpnc}{\rightarrow} 2Na + Cl_{2}\)​

  • Điện phân dung dịch: Dùng điều chế các kim loại trung bình, yếu bằng cách điện phân dung dịch muối của chúng.

Ví dụ: Điện phân dung dịch \(CuCl_{2}\) thu được Cu theo pthh

\(CuCl_{2} \overset{dpdd}{\rightarrow} Cu + Cl_{2}\)​

Tính lượng chất thu được ở mỗi điện cực. Dựa vào định luật Faraday:

\(m = \frac{A.I.t}{n.F}\)

Trong đó:

  • m: Khối lượng chất thu được mỗi 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 kế (A)
  • t: Thời gian điện phân (giây)
  • F: hằng số Faraday (F = 96500)

các phương pháp điều chế kim loại

Một số dạng bài tập điều chế kim loại

Dạng 1: Dùng CO để khử \(Fe_{2}O_{3}\)

  • Nếu CO dư, phản ứng hoàn toàn

\(Fe_{2}O_{3} + CO \rightarrow Fe + CO_{2}\)

  • Nếu phản ứng không hoàn toàn: CO sẽ khử dần oxit sắt qua 3 giai đoạn:

\(Fe_{2}O_{3} + CO \rightarrow 2Fe_{3}O_{4} + CO_{2}\)

\(Fe_{3}O_{4} + CO \rightarrow 3FeO+ CO_{2}\)

\(FeO + CO \rightarrow Fe + CO_{2}\)

  • Sử dụng công thức bảo toàn khối lượng:

\(m_{crg} = m_{crbd} – m_{crs} = m_{Om}\)

\(n_{Om} = n_{Opu} = n_{CO_{2}sr} = n_{H_{2}pu} = n_{H_{2}Osr}\)

Trong đó:

  • \(m_{crg}\) là khối lượng chất rắn giảm
  • \(m_{crbd}\) là khối lượng chất rắn ban đầu
  • \(m_{crs}\) là khối lượng chất rắn sau phản ứng
  • \(m_{Om}\) là khối lượng O mất
  • \(n_{Om}\) là số mol O mất
  • \(n_{Opu}\) là số mol O phản ứng
  • \(n_{CO_{2}sr}\) là số mol \(CO_{2}\) sinh ra
  • \(n_{H_{2}pu}\) là số mol \(H_{2}\) phản ứng
  • \(n_{H_{2}Osr}\) là số mol \(H_{2}O\) sinh ra.

một số dạng bài tập điều chế kim loại

Dạng 2: Điều chế bằng phương pháp điện phân

Phương pháp:

  • Khối lượng catot tăng chính là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân bám vào.
  • \(m_{ddsdp} = m_{ddtdp} – (m_{kt} + m_{k})\)

Trong đó:

  • \(m_{ddsdp}\) là khối lượng dung dịch sau điện phân
  • \(m_{ddtdp}\) là khối lượng dung dịch trước điện phân
  • \(m_{kt}\) là khối lượng kết tủa
  • \(m_{k}\) là khối lượng chất khí

Độ giảm khối lượng của dung dịch

\(\Delta m = m_{kt} + m_{k}\)

Khi điện phân các dung dịch

  • Hiđroxit của kim loại hoạt động hóa học mạnh (\(KOH, NaOH, Ba(OH)_{2},…\))
  • Axit có oxi (\(HNO_{3}, H_{2}SO_{4}, HClO_{4},…\))
  • Muối tạo bởi axit có oxi và bazơ kiềm (\(KNO_{3}, Na_{2}SO_{4},…\))

\(\rightarrow\) Thực tế là điện phân \(H_{2}O\) để cho \(H_{2}\) (ở catot) và \(O_{2}\) (ở anot)

  • Khi điện phân dung dịch với anot là một kim loại không trơ (không phải Pt hay điện cực than chì) thì tại anot chỉ xảy ra quá trình oxi hóa điện cực
  • Có thể có các phản ứng phụ xảy ra giữa từng cặp: chất tạo thành ở điện cực, chất tan trong dung dịch, chất dùng làm điện cực.

DINHNGHIA.VN đã cung cấp đến bạn những thông tin về nguyên tắc điều chế kim loại, những phản ứng điều chế kim loại, sơ đồ tư duy, phương pháp và bài tập điều chế kim loại cơ bản. Hy vọng những kiến thức trên sẽ hữu ích cho bạn trong quá trình học tập. Chúc bạn luôn học tốt!

Please follow and like us:
error
 

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *