Nguyên tắc tách kim loại và các phương pháp tách kim loại

Nguyên tắc điều chế kim loại và các phương pháp điều chế kim loại được VnDoc biên soạn tổng hợp đưa ra nguyên tắc điều chế kim loại, cũng như các dạng bài tập điều chế kim loại giúp các bạn học sinh có thể ghi nhớ vận dụng các phương pháp điều chế kim loại vào các dạng bài tập câu hỏi tách kim loại.

I. Nguyên tắc điều chế kim loại

Quặng kim loại thường chứa nhiều tạp chất. Để tách được kim loại từ quặng, cần thực hiện hai giai đoạn chính sau:

• Xử lí quặng bằng các quá trình vật lí (nghiền, tuyển,...) và quá trình hoá học (hoà tan, chuyển hoá,...) để thu được hợp chất của kim loại.
• Sử dụng phương pháp phù hợp (thường là nhiệt luyện, thuỷ luyện hoặc điện phân) để tách kim loại ra khỏi hợp chất (thực hiện phản ứng khử cation kim loại thành nguyên tử):

Mⁿ⁺ + ne → M

Tuỳ thuộc vào độ hoạt động hoá học của kim loại, cần áp dụng phương pháp phù hợp để tách chúng ra khỏi hợp chất.

II. Các phương pháp điều chế kim loại

1. Phương pháp tách các kim loại hoạt động hóa học trung bình và yếu

2. Tách kim loại hoạt động hoá học mạnh - Điện phân nóng chảy

Những kim loại hoạt động hoá học mạnh như K, Na, Ca, Mg, Al,... được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy các hợp chất của chúng (oxide, muối chloride).

2.1. Điện phân oxide nóng chảy

Các phản ứng xảy ra tại các điện cực khi điện phân Al₂O₃ nóng chảy trong quá trình sản xuất Al như sau:

Ở cực âm xảy ra sự khử ion Al³⁺:

Al³⁺ + 3e → Al

Ở cực dương xảy ra sự oxi hoá ion O^2-:

$O^{2-}\to \frac{1}{2}{O}_2+2e$

Phương trình hoá học của phản ứng điện phân:

2Al₂O₃(l) → 4Al(l) + 3O₂(g)

Trong thực tế Al₂O₃ nóng chảy ở nhiệt độ rất cao (2072^oC). Bằng cách thêm cryolite (Na₃AlF₆), nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp còn khoảng 1000^oC từ đó tiết kiệm được nhiều năng lượng cũng như giảm giá thành chế tạo bể điện phân.

2.2. Điện phân muối chloride nóng chảy

Để điều chế các kim loại như K, Na, Ca, Mg,... người ta điện phân muối chloride của chúng ở trạng thái nóng chảy.

2MgCl₂(l)  $\stackrel{đpnc}{\to }$ 2Mg(l) + Cl₂(g)

Trong đó, tại anode và cathode xảy ra các quá trình sau:

Anode (+) : 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e

Cathode (-): Mg²⁺ + 2e → Mg

III. 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

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

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 Cathode hoặc ở Anode (F = 1,602.10^-19.6,022.10²³ ≈ 96500 C.mol^-1)

IV. Bài tập tách kim loại

Hướng dẫn giải bài tập

Khi oxit bị khử bởi CO:

n_O(oxit) = n_CO =  7,437 /24,79 = 0,3 mol

Bảo toàn nguyên tố Oxygen: 3n_Fe2O3 = n_O(oxide) = 0,3.

⇒ n_Fe2O3 = 0,1 mol

⇒ m = 160.0,1 = 16 gam

Hướng dẫn giải bài tập

Gọi x, y lần lượt là số mol của: n_CO = x (mol); n_CO2 = y (mol)

Theo đề bài

n_hh = 12,395 /24,79 = 0,5 mol

Ta có hệ phương trình:

n_hh = x + y = 0,5

m_hh = 28x + 44y = 0,5.(20,8.2)

x = 0,1

y = 0,4

n_COpư = n_CO2 = 0,4 mol

BTKL: m_COpu  + m_X = m_A + m_CO2

→ m_X = 64 − 0.4 (44−28) = 70,4g

Hướng dẫn giải bài tập

n_Ag+ = 0,1 mol;

n_Cu2+ = 0,2 mol

Nếu Ag+ phản ứng hết :

Fe + 2Ag⁺ → Fe²⁺ + 2Ag

0,1 ← 0,2 → 0,2

⇒ m_tăng = 0,2.108 – 0,1.56 = 16 < 17,6

⇒ Ag⁺ phản ứng hết; Cu²⁺ phản ứng 1 phần

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

x → x → x

⇒ m_^tăng = 64x – 56x = 16x

⇒ tổng khối lượng tăng ở 2 phản ứng là:

m_tăng = 16 + 16x =  17,6 => x = 0,1 mol

⇒ m_{kim loại bám vào} = m_Ag + m_Cu = 17,2 gam

Hướng dẫn giải bài tập

n_NO2 = 0,39 mol

Xét toàn bộ quá trình chỉ có CO cho e (tạo CO₂) và HNO₃ nhận e (tạo NO₂)

Bảo toàn e: 2.n_CO = n_NO2 => n_CO = 0,195 mol

⇒ n_CO2 = n_CO = 0,195 mol

Bảo toàn khối lượng: m_CO + m_Fe2O3 = m_CO2 + m_{hh oxide}

⇒ m_Fe2O3 = 0,195.44 + 20,88 – 0,195.28 = 24 gam

Hướng dẫn giải bài tập

n_Fe = 0,02 mol; n_AgNO3 = 0,06 mol; n_Cu(NO3)2 = 0,1 mol

n_{e Fe cho tối đa} = 0,02.3 = 0,06 mol = n_{e Ag+} nhận tối đa

⇒ Fe phản ứng hết với Ag, tạo thành Fe³⁺ và Ag

⇒ n_Ag = n_AgNO3 = 0,06 mol ⇒ m = 0,06.108 = 6,48 gam

V. Trắc nghiệm phương pháp tách kim loại

Câu 1. Để điều chế Al kim loại ta có thể dùng phương pháp nào trong các phương pháp sau đây ?

A. Dùng Zn đẩy AlCl₃ ra khỏi muối

B. Dùng CO khử Al₂O₃

C. Điện phân nóng chảy Al₂O₃

D. Điện phân dung dịch AlCl₃

Câu 2. Dãy các kim loại nào sau đây được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện?

A. Na, Mg, Fe

B. Ni, Fe, Pb

C. Zn, Al, Cu

D. K, Mg, Cu

Câu 3. Kim loại nào sau đây có thể điều chế được bằng phản ứng nhiệt nhôm?

A. Na.

B. Al

C. Ca.

D. Fe.

Câu 4. Hai kim loại nào sau đây có thể điều chế bằng phương pháp thủy luyện

A. Fe và Ca

B. Mg và Na

C. Ag và Cu

D. Fe và Ba

Câu 5. Nguyên tắc tách kim loại ra khỏi hợp chất của chúng là

A. khử ion kim loại trong hợp chất thành nguyên tử.

B. oxi hoá ion kim loại trong hợp chất thành nguyên tử.

C. hoà tan các khoáng vật có trong quặng để thu được kim loại.

D. dựa trên tính chất của kim loại như từ tính, khối lượng riêng lớn để tách chúng ra khỏi quặng.

Chi tiết bộ câu hỏi kèm đáp án nằm trong FILE TẢI VỀ