Bài 21. Điều chế kim loại

ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI

Bài
21
01/11/2016
1
Trong tự nhiên, đa số kim loại tồn tại trong tự nhiên ở dạng hợp chất, chỉ một số rất ít kim loại như vàng, platin,… tồn tại ở trạng thái tự do. Những khoáng vật và đất đá chứa hợp chất của kim loại gọi là quặng.
01/11/2016
2
Khoáng vật Florit (CaF2)
01/11/2016
3



Quặng sắt trong tự nhiên
CuFeS2
Pyrit sắt (FeS2)
01/11/2016
5
I. Nguyên tắc điều chế kim loại
Khử ion kim loại thành kim loại tự do.
Mn+ M
+ ne
01/11/2016
6
Nếu không còn sắt
01/11/2016
7
01/11/2016
8
Nếu không còn Al
01/11/2016
9
1. Phương pháp thuỷ luyện
II. Phương pháp điều chế kim loại
bA + aBb+ --> bAa+ + aB
a.Nguyên tắc: dùng kim loại tự do có tính khử mạnh hơn để khử ion dương kim loại khác trong dung dịch muối.
b.Mục đích: điều chế các kim loại có tính khử yếu.
VD: Zn + CuSO4  ZnSO4 + Cu
Cu + 2AgNO3  Cu(NO3)2 + 2Ag
01/11/2016
10
1. Phương pháp thuỷ luyện
II. Phương pháp điều chế kim loại
Quặng,
Ch?t r?n
A
B
1. H2SO4
2. NaOH
3. NaCN..
A > B
A + H2O -->
01/11/2016
11
A khác kim loại kiềm(Na, K, …); kiềm thổ(Ca, Ba, …)
1. Phương pháp thuỷ luyện
II. Phương pháp điều chế kim loại
Câu 1.Trường hợp nào sau đây kim loại được điều chế bằng phương pháp thuỷ luyện ?
Cu + FeCl3
Zn + AgNO3
Na + CuSO4
Cu + AgCl
01/11/2016
12
1. Phương pháp thuỷ luyện
II. Phương pháp điều chế kim loại
Câu 2. Bao nhiêu kim loại sau đây có thể điều chế bằng phương pháp thủy luyện
Na, Zn, Al, Fe, Cu, Ba, Ca, Ag, Au
2
3
4
5
01/11/2016
13
1. Phương pháp thuỷ luyện
II. Phương pháp điều chế kim loại
Câu 3. Dùng dung dịch nào sau đây để tách Ag ra khỏi hỗn hợp Ag, Cu, Zn?
Dung d?ch HCl
Dung d?ch CuSO4
Dung d?ch ZnSO4
Dung d?ch Fe(NO3)3
01/11/2016
14
1. Phương pháp thuỷ luyện
II. Phương pháp điều chế kim loại
Câu 4. Dùng một dung dịch nào sau đây để tách Ag ra khỏi hỗn hợp Ag, Fe, Zn mà không làm thay đổi khối lượng ?
Dung d?ch HCl
Dung d?ch FeSO4
Dung d?ch ZnSO4
Dung d?ch AgNO3
01/11/2016
15
2. Phuong ph�p nhi?t luy?n
II. Phương pháp điều chế kim loại
a.Nguyên tắc: dùng chất khử C, CO, H2 hoặc kim loại mạnh (Al,Na,…) để khử ion dương kim loại trong hợp chất oxit ở nhiệt độ cao.
b.Mục đích: điều chế các kim loại có tính khử trung bình và yếu (kim loại sau Al).
VD: CuO + H2 Cu + H2O
3Fe3O4 + 8Al 4Al2O3 + 9Fe
Phản ứng nhiệt nhôm
01/11/2016
16
Câu 5. Thổi luồng khí CO dư qua ống sứ đựng CuO, MgO, Al2O3, FeO, Fe3O4 thu được chất rắn gồm :
Cu , Mg, Fe, Al
Cu, MgO, Al2O3, Fe
Cu, Mg, Al2O3, Fe
Cu, MgO, Al, Fe
2. Phương pháp nhiệt luyện
II. Phương pháp điều chế kim loại
01/11/2016
17
Câu 6: Để khử hoàn toàn 30 gam hỗn hợp (X) gồm CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, MgO cần dùng 5,6 lít khí CO (ở đktc). Khối lượng chất rắn (Y) sau phản ứng là:
A. 28 gam. B. 26 gam.
C. 22 gam. D. 24 gam.

01/11/2016
18
Câu 6: Để khử hoàn toàn 30 gam hỗn hợp (X) gồm CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, MgO cần dùng 5,6 lít khí CO (ở đktc). Khối lượng chất rắn (Y) sau phản ứng là:

X + CO  Y + CO2
Theo ptpư: nCO = nCO2 = 0,25(mol)

01/11/2016
19
Áp dụng ĐLBTKL :
mX + mCO = mY + mCO2
m Y= 30 + 0,25.28 – 0,25.44 = 26(g)


Câu 7: Khử hoàn toàn 17,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 cần 2,24 lít H2 (ở đktc). Khối lượng sắt thu được là:
5,6 gam. B. 6,72 gam.
C. 16,0 gam. D. 8,0 gam.


01/11/2016
20

Câu 7: Khử hoàn toàn 17,6 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 cần 2,24 lít H2 (ở đktc). Khối lượng sắt thu được là

X + H2  Y + H2O
Theo ptpư: nH2O = nH2 = 0,1(mol)
Áp dụng ĐLBTKL :
mX + mH2 = mY + mH2O
mY= 17,6 + 0,1.2 – 0,1.18 = 16(g)

01/11/2016
21
Câu 8: Cho luồng khí CO (dư) đi qua 9,1 gam hỗn hợp gồm CuO và Al2O3 nung nóng đến khi phản ứng hoàn toàn, thu được 8,3 gam chất rắn. Khối lượng CuO có trong hỗn hợp ban đầu là
A. 0,8 gam. B. 8,3 gam. C. 2,0 gam. D. 4,0 gam.
01/11/2016
22
Giải:
Gọi số mol của CuO và Al2O3 lần lượt là x và y.
Ta có : 80 x + 102y = 9,1 (*)
64x + 102y = 8,3 (**)
Từ (*) và (**) => x= 0,05(mol) và y = 0,05(mol)
=> mCuO = 0,05*80 = 4(g)
Câu 9. Cho dòng khí CO dư đi qua hỗn hợp (X) chứa 31,9 gam gồm Al2O3, ZnO, FeO và CaO thì thu được 28,7 gam hỗn hợp chất rắn (Y). Cho toàn bộ hỗn hợp chất rắn (Y) tác dụng với dung dịch HCl dư thu được V lít H2 (đkc). Giá trị V là
A. 5,60 lít. B. 4,48 lít. C. 6,72 lít. D. 2,24 lít.
01/11/2016
23
Giải:
Khối lượng Oxi trong oxit = 31,9 – 28,7 = 3,2(g)
=> nO = 0,2(mol)
nO = nH2 = 0,2 .22,4 = 4,48 (l)
3. Phương pháp điện phân
II. Phương pháp điều chế kim loại
a. Nguyên tắc: dùng dòng điện 1 chiều trên catot để khử ion dương kim loại trong hợp chất

b. Mục đích: điều chế hầu hết các kim loại.
01/11/2016
24
3.1/ Điện phân nóng chảy
Điện phân nóng chảy muối halogen, riêng Al điện phân nóng chảy oxit
Dung d?ch di?n li
Dòng điện
Catot (-)
Anot (+)
Khử Mn+
Oxi hoá X- hoặc O2_
Mn+ + ne ? M
2X- ? X2 + 2e
Ho?c 2O2- ? O2 + 4e
Sơ đồ điện phân
Dùng để điều chế kim loại mạnh (từ Al trở về trước)
01/11/2016
25
VD1: Điện phân nóng chảy NaCl
Na+, Cl-
Dòng điện
Catot (-)
Anot (+)
Khử Na+
Oxi hoá Cl-
2Na+ + 2.1e ? 2Na
2Cl- ? Cl2 + 2e
Sơ đồ điện phân
Phương trình: 2NaCl 2Na + Cl2
01/11/2016
26
VD2: Điện phân nóng chảy Al2O3
Al3+, O2-
Dòng điện
Catot (-)
Anot (+)
Khử Al3+
Oxi hoá O2-
4Al3+ + 4.3e ? 4Al
3.2O2- ? 3O2 + 3.4e
Sơ đồ điện phân
Phương trình: 2Al2O3 4Al + 3O2
01/11/2016
27
Lưu ý:
Anot bằng than chì sẽ bị oxi hóa bởi oxi sinh ra:
C + O2 → CO2
C + CO2 → 2CO
hỗn hợp khí gồm: CO, CO2, O2 dư.
Dùng pp đường chéo
Muối, H2O
Dòng điện
Catot (-)
Anot (+)
Khử Mn+ hoặc H2O
Oxi hoá gốc axit hoặc H2O
T? Al3+v? tru?c :
2H2O + 2e ? 2OH- + H2
Sau Al3+ : Mn+ + ne ? M
Halogenua : 2X- ? X2 + 2e
Gốc có oxi : NO3-, SO42-..
2H2O ? O2 + 4H+ + 4e
3.2/ Điện phân dung dịch
Dùng để điều chế kim loại sau Al
Qui tắc điện phân dung dịch
01/11/2016
28
dp dd
* Phương trình
2CuSO4 + 2H2O
H2O, Cu2+, SO42-
Dòng điện
Catot (-)
Anot (+)
Cu2+, H2O
Khử Cu2+
2Cu2+ + 2.2e ? 2Cu
2H2O ? O2 + 4H+ + 4e
SO42-, H2O
Oxi hoá H2O
2Cu + O2 + 2H2SO4
VD1: Điện phân dung dịch CuSO4
01/11/2016
29
dp dd
* Phương trình
CuCl2
H2O, Cu2+, Cl-
Dòng điện
Catot (-)
Anot (+)
Cu2+, H2O
Khử Cu2+
Cu2+ + 2e ? Cu
2Cl- ? Cl2 + 2e
Cl-, H2O
Oxi hoá Cl-
Cu + Cl2
VD2: Điện phân dung dịch CuCl2
01/11/2016
30
Biểu thức:
Trong đó: m : là khối lượng của chất thu được ở điện cực, tính bằng (g)
A : là khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực
n : là số electron mà nguyên tử hoặc ion nhường hoặc nhận
I : là cường độ dòng điện được tính bằng ampe (A)
t : là thời gian điện phân được tính bằng giây (s)
F : là hằng số faraday( = 96500 Culong/mol)
Bài toán ví dụ: Tính khối lưu?ng của Cu thu đưu?c ở catot sau thời gian điện phân
48 phút 15 giây dung dịch CuCl2 với cưu?ng độ dòng điện là 5(A) .
(Biết nguyên tử khối của Cu là 64 )
III. Định luật Faraday
m = 4,8 gam
01/11/2016
31
01/11/2016
32
Câu 10: Những kim loại nào sau đây có thể có điều kiện bằng phương pháp đpnc Al, Zn, Cu, Fe, Ag, K, Ba, Mg
A. 2 B. 4 C. 3 D. 5
Câu 11: Những kim loại nào sau đây có thể đ/c bằng pp điện phân dung dịch?
Zn, Fe,Ca, Ba, Al, Ag, Cu, Pb
A. 3 B. 4 C. 5 D. 6