Bài 21: Lí thuyết và giải bài tập về điều chế kim loại

I. TÓM TẮT LÍ THUYẾt

1. Nguyên tắc điều chế kim loại

- Là sự khử ion kim loại thành kim loại: \({M^{n + }} + ne \to M\)

2. Phương pháp điều chế kim loại

a. Phương pháp nhiệt luyện

Dùng chất khử như C,CO,H₂, hoặc kim loại hoạt động để khử ion kim loại ra khỏi hợp chất ở nhiệt độ cao.

PbO + H₂ \[\overset{{{t}^{0}}}{\mathop{\to }}\,\]Pb + H₂O

Fe₂O₃+ 3CO\[\overset{{{t}^{0}}}{\mathop{\to }}\,\]2Fe + 3CO₂

Chú ý:
- Phương pháp này thường được sử dụng trong công nghiệp
- Dùng để điều chế các kim loại trung bình, yếu như: Zn, Fe, Sn, Pb,...

b. 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\[\overset{{{t}^{0}}}{\mathop{\to }}\,\]}FeSO₄+ Cu

Fe + Cu^{2+\[\overset{{{t}^{0}}}{\mathop{\to }}\,\]}Fe²⁺+ Cu

Chú ý:
- Cơ sở phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp như H₂SO₄, 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.

c. Phương pháp điện phân

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

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 \[\overset{\text{dpnc}}{\mathop{\to }}\,\] 2Na + Cl_{2\[\uparrow \]}

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 CuCl₂ thu được Cu theo pthh

CuCl₂ \[\to \] Cu + Cl_{2\[\uparrow \]}

Tính lượng chất thu được ở mỗi điện cực. Dựa vào định luật Faraday: \(m=\frac{A.I.t}{n.F}\)
- 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)

II. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu 1. (Trang 98 SGK) Trình bày cách để

đều chế Ca từ CaCO₃.
điều chế Cu từ CuSO₄

Viết phương trình hoá học của các phản ứng

Bài làm:

Các điều chế Ca từ CaCO₃

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

CaCl₂ →(đpnc) Ca + Cl₂

Điều chế Cu từ CuSO₄

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

Cu(OH)₂ + 2HCl → CuCl₂ + 2H₂O

Câu 2. (Trang 98 SGK)

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.

Bài làm:

Từ Cu(OH)₂ điều chế Cu

Cu(OH)₂ →(t^o) CuO + H₂O

CuO + H₂ →(t^o) Cu + H₂O

Từ MgO điều chế Mg

MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O

MgCl₂ →(đpnc) Mg + Cl₂

Từ Fe₂O₃ điều chế Fe

Fe₂O₃ + 3H₂ →(t^o) 2Fe + 3H₂O

Câu 3. (Trang 98 SGK)

Một loại quặng sắt chứa 80% Fe₂O₃, 10% SiO₂ và một số tạp chất khác không chứa Fe và Si. Hàm lượng các nguyên tố 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.

Bài làm:

Đáp án A

%Fe trong Fe₂O₃ là: (\[\frac{56.2}{160}\]) . 100% = 70%

=>%Fe trong quặng là: 70%.80% = 56%

%Si trong SiO₂ là: (\[\frac{28}{60}\]) . 100% = 46,67%

=>%Si trong quặng là: 10%. 46,67% = 4,7%

Câu 4. (Trang 98 SGK)

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. 28 gam.

B. 26 gam.

C. 24 gam.

D. 22 gam.

Bài làm:

Đáp án B

Bảo toàn nguyên tố C ta có => n_CO2= n_CO = \[\frac{5,6}{22,4}\] = 0,25 (mol)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

=> m_{chất rắn} = m_oxit + m_CO – m_CO2 = 26 (gam)

Câu 5. (Trang 98 SGK)

Điện phân (điện cực trơ) dung dịch muối sunfat của một kim loại hoá trị II với dòng điện cường độ 3A. Sau 1930 giây điện phân thấy khối lượng catot tăng 1,92 gam.

a) Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra tại mỗi điện cực và phương trình hoá học của sự điện phân.

b) Xác định tên kim loại.

Bài làm:

Catot: M²⁺ + 2e → M

Anot: 2H₂O →4H⁺ + O₂ + 4e

PT điện phân: 2MSO₄ + 2H₂O →( đp) 2M +O₂ + 2H₂SO₄

Theo định luật Faraday ta có: A = \[\frac{mlt}{nF}=\frac{1,92.2.96500}{3.1930}\] = 64

=> A là kim loại đồng ( Cu = 64)