Phương pháp thủy luyện là phương pháp dùng kim loại
|
Câu hỏi: Phương pháp thủy luyện trong điều chế kim loại là gì? Show Lời giải: Phương pháp thủy luyện còn gọi là phương pháp ướt, được dùng để điều chế những kim loại có độ hoạt độnghóa họcthấp như Au, Ag, Hg, Cu… - Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp, như dung dịch H2SO4, NaOH, NaCN…để hòa tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có trong quặng. Sau đó các ion kim loại trong dung dịch được khử bằng kim loại có tính khử mạnh hơn, như Fe, Zn… - 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 Cách giải bài tập điều chế kim loại bằngPhương pháp thủy luyện* Một số lưu ý cần nhớ: Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung môi thích hợp như dung dịch H2SO4, NaOH, NaCN,... để hoà tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có trong quặng. Sau đó khử những ion kim loại này bằng kim loại có tính khử mạnh như Fe, Zn, ... Ví dụ : Dùng Fe để khử ion Cu2+trong dung dịch muối đồng. Fe + CuSO4→ FeSO4+ Cu¯ Fe + Cu2+→ Fe2++ Cu¯ * Một số ví dụ điển hình: Ví dụ 1:Cho thanh sắt Fe vào dung dịch X chứa 0,1 mol AgNO3và 0,2 mol Cu(NO3)2. Khi thấy thanh kim loại tăng lên 8,8 gam thì dừng lại. Tính khối lượng kim loại bám vào thanh sắt Hướng dẫn giải chi tiết: nAg+= 0,1 mol; nCu2+= 0,2 mol Nếu Ag+phản ứng hết : Fe + 2Ag+→ Fe2++ 2Ag 0,05 ← 0,1 → 0,1 => mtăng= 0,1.108 – 0,05.56 = 8 < 8,8 => Ag+phản ứng hết; Cu2+phản ứng 1 phần Fe + Cu2+→ Fe2++ Cu x → x → x => mtăng= 64x – 56x = 8x => tổng khối lượng tăng ở 2 phản ứng là: mtăng= 8 + 8x = 8,8 => x = 0,1 mol => mkim loại bám vào= mAg+ mCu= 17,2 gam Ví dụ 2:Cho 0,56 gam bột sắt vào 100 ml dung dịch gồm AgNO30,3M và Cu(NO3)20,5M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn X. Giá trị của m là Hướng dẫn giải chi tiết: nFe= 0,01 mol; nAgNO3= 0,03 mol; nCu(NO3)2= 0,05 mol Ta thấy : ne Fe cho tối đa= 0,01.3 = 0,03 mol = ne Ag+ nhận tối đa => Fe phản ứng hết với Ag, tạo thành Fe3+và Ag => nAg = nAgNO3= 0,03 mol => m = 0,03.108 = 3,24 gam Ví dụ 3:Cho m gam Zn vào dung dịch chứa 0,15 mol FeCl3. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 3,92 gam chất rắn. Giá trị của m là: Hướng dẫn giải chi tiết: nFeCl3= 0,15mol => mFe tối đa sinh ra= 0,15 . 56 = 8,4 gam > 3,92 gam => chất rắn chỉ có Fe, còn Zn đã phản ứng hết nFe= 3,92 / 56 = 0,07 mol FeCl3phản ứng với Zn tạo thành Fe (0,07 mol) và FeCl2(0,15 – 0,07 = 0,08 mol) Bảo toàn e: 2nZn= 3nFe+ nFeCl2=> nZn= 0,145 mol => m = 9,425 gam Câu hỏi: Phương pháp thuỷ luyện thường dùng để điều chế các kim loại thuộc nhóm: A.Kim loại có tính khử yếu từ sau Fe trong dãy điện hoá . B.Kim loại có tính khử yếu từ Cu về sau trong dãy điện hoá. C.Kim loại có tính khử mạnh. D.Kim loại trung bình và yếu từ sau Al trong dãy điện hóa. Đáp án: B - Phương pháp thuỷ luyện thường dùng để điều chế các kim loại thuộc nhóm:Kim loại có tính khử yếu từ Cu về sau trong dãy điện hoá Lời giải chi tiết Phương pháp thủy luyện: -Phương pháp thủy luyện còn gọi là phương pháp ướt, được dùng để điều chế những kim loại có độ hoạt động hóa học thấp như Au, Ag, Hg, Cu,... -Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp, như dung dịchH2SO4,NaOH,NaCN...để hòa tan kim loại trong dung dịch được khử bằng kim loại có tính khử mạnh hơn như Fe, Zn, ... => Chọn kim loại có tính khử yếu từ Cu về sau trong dãy điện hóa. Sau đây, mời bạn đọc cùng với Top lời giải tìm hiểu chi tiết về phương pháp thuỷ luyện kim loại và các phương pháp điều chế kim loại khác nhé! 1. Phương pháp thủy luyện-Phương pháp thủy luyện còn gọi là phương pháp ướt, được dùng để điều chế những kim loại có độ hoạt động hóa học thấp như Au, Ag, Hg, Cu… -Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp, như dung dịch H2SO4, NaOH, NaCN…để hòa tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có trong quặng. Sau đó các ion kim loại trong dung dịch được khử bằng kim loại có tính khử mạnh hơn, như Fe, Zn… -Nguyên tắc: Dùng kim loại mạnh đẩy kim loại yếu khỏi dung dịch của nó. -Phạm vi sử dụng: Thường dùng trong phòng thí nghiệm để điều chế kim loại yếu. Ví dụ 1: Cu + 2AgNO3→ Cu(NO3)2+ 2Ag Cu + 2Ag+→ Cu2++ 2Ag Ví dụ 2: Fe + CuSO4→ FeSO4+ Cu Fe +Cu2+→ Fe2++ Cu * Lưu ý:Không dùng các kim loại mạnh như Li, Na, k, Ba, Ca để đẩy các ion kim loại yếu hơn. 2. Phương pháp nhiệt luyện-Phương pháp nhiệt luyện được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để điều chế những kim loại có độ hoạt động hóa học trung bình như Zn, Cr, Fe, Sn, Pb,… -Nguyên tắc: Dùng chất khử CO, C, Al, H2khử oxit kim loại ở nhiệt độ cao. -Phạm vi sử dụng: Thường dùng trong công nghiệp với kim loại có tính khử trung bình và yếu (sau Al). Ví dụ: 3Fe3O4 + 8Al→9Fe + 4Al2O3 Fe2O3+ 3CO→2Fe + 3CO2 * Lưu ý: -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 Ví dụ với ZnS: 2ZnS + 3O2→ 2ZnO + 2SO2 ZnO + C→ Zn + CO - 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 3. Phương pháp điện phân-Phương pháp điện phân là phương pháp vạn năng, được dùng để điều chế hầu hết các kim loại, từ những kim loại có độ hoạt động hóa học cao đến trung bình và thấp -Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li. * Lưu ý:Khác với phản ứng oxi hóa – khử thông thường, phản ứng điện phân do tác dụng của điện năng và các chất trong môi trường điện phân không trực tiếp cho nhau electron mà phải truyền qua dây dẫn. K Ca Na Mg Al Zn Fe ..... Pt Au điện phân nóng chảy điện phân dung dịch a. Điện phân chất điện li nóng chảy -Điều chế được hầu hết các kim loại. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ dùng điều chế các kim loạinhư: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al. Vì phương pháp này tốn kém hơn so với phương pháp điện phân dung dịch. b. Điện phân dung dịch chất điện li trong nước -Điều chế các kim loại trung bình, yếu (sau Al). Mn+ + ne → M * Lưu ý: -Nếu điện phân dung dịch mà có các ion K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+thì nước sẽ tham gia điện phân. 2H2O + 2e → H2+ 2OH– -Nếu trong dung dịch có nhiều cation thì cation nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước. Ví dụ: -Điện phân dung dịch mà catot có chứa các ion Na+, Fe2+, Cu2+, Ag+và Zn2+thì thứ tự điện phân sẽ là Ag++ 1e→ Ag Cu2++ 2e→ Cu Fe2++ 2e→ Fe Zn2++ 2e→ Zn 2H2O + 2e → H2+ 2OH– -Các ion H+của axit dễ bị khử hơn các ion H+của nước Ví dụ 1:Viết sơ đồ điện phânnóng chảyNaCl Phương trình điện phân là: 2NaCl→2Na + Cl2 Ví dụ 2:Viết sơ đồ điện phânnóng chảyNaOH Phương trình điện phân là: 4NaOH→4Na + O2+ 2H2O Ví dụ 3:Điện phân Al2O3nóng chảy pha thêm criolit (Na3AlF6) có thể biểu diễn bằng sơ đồ: Phương trình điện phân là: 2Al2O3→4Al + 3O2 Ví dụ 4: Viết sơ đồ điện phân dung dịch CuCl2 Phương trình điện phân là: CuCl2→Cu + Cl2 c. 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 Trong đó: -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 catot hoặc ở anot (F = 1,602.10-19.6,022.1023≈ 96500 C.mol-1) |
