Điều chế kim loại Cu bằng phương pháp
08:30:3902/11/2021 Show Trong tự nhiên chỉ có một số ít kim loại như vàng, palatin,... tồn tại ở dạng tự do, hầu hết các kim loại còn lại đều tồn tại ở dạng hợp chất. Trong kim loại kim loại tồn tại dưới dạng ion dương Mn+. Vậy làm sao để điều chế kim loại, bài viết này sẽ giúp các em biết nguyên tắc điều chế kim loại? cách điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện, thủy luyện và điện phân (điện phân nóng chảy và điện phân dung dịch). I. Nguyên tắc điều chế kim loại • Nguyên tắc để điều chế kim loại là khử ion kim loại thành nguyên tử: Mn+ + ne → M II. Phương pháp điều chế kim loại Tùy thuộc vào độ hoạt động hóa học của kim loại mà người ta chọn phương pháp điều chế phù hợp. Dưới đây là các phương pháp điều chế kim loại thường được sử dụng. 1. Điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện - Được sử dụng để điều chế các kim loại có mức hoạt động trung bình (Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb) - Phương pháp này sẽ khử ion kim loại trong hợp chất ở nhiệt độ cao bằng các chất khử như C, CO, H2, Al hoặc các kim loại hoạt động. * Ví dụ: Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 - Phương pháp này được dùng để sản xuất kim loại trong công nghiệp. Chất khử hay được sử dụng là cacbon. 2. Điều chế kim loại bằng phương pháp thủy luyện - Được sử dụng để điều chế các kim loại có mức hoạt động trung bình và yếu (như: Cu, Hg, Ag, Pt, Au) - 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 khử những ion kim loại này trong dung dịch bằng kim loại có tính khử mạnh như Fe, Zn,... * Ví dụ: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu 3. Điều chế kim loại bằng phương pháp điện phân a) Điều chế kim loại bằng phương pháp điện phân nóng chảy - Được sử dụng để điều chế các kim loại có mức độ hoạt động mạnh (K, Ba, Ca, Na, Mg, Al) - Là phương pháp dùng dòng điện một chiều khử ion kim loại trong chất điện li nóng chảy (muối halogenua, oxit, hidroxit) * Ví dụ: Điện phân MgCl2 nóng chảy để điều chế Mg Ở catot (cực âm): Mg2+ + 2e → Mg Ở anot (cực dương): 2Cl- → Cl2↑ + 2e MgCl2 Mg + Cl2↑ b) Điều chế kim loại bằng phương pháp điện phân dung dịch - Được sử dụng để điều chế các kim loại hoạt động trung bình hoặc yếu - Là phương pháp dùng dòng điện một chiều để khử ion kim loại yếu trong dung dịch muối của nó. * Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCl2 để điều chế Cu Ở catot (cực âm): Cu2+ + 2e → Cu Ở anot (cực dương): 2Cl- → Cl2 + 2e CuCl2 Cu + Cl2
c) Công thức tính lượng chất thu được ở các điện cực - Dựa vào công thức biểu diễn định luật Farađây, có thể xác định được khối lượng các chất thu được ở điện cực: , trong đó m: Khối lượng chất thu được 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 (ampe). t: Thời gian điện phân (giây). F:Hằng số Farađây (F = 96500). Trên đây KhoiA.Vn đã giới thiệu với các em về cách điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện, thủy luyện và điện phân. Hy vọng bài viết giúp các em hiểu rõ hơn. Nếu có câu hỏi hay góp ý các em hãy để lại bình luận dưới bài viết, chúc các em thành công.
I. NGUYÊN TẮC ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI Khử ion kim loại thành nguyên tử. Mn+ + ne → M I CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI 1. Phương pháp nhiệt luyện - Đối tượng KL: KL có mức độ hoạt động trung bình - Phương thức điều chế: khử ion kim loại trong hợp chất ở nhiệt độ cao bằng các chất khử thông thường như C, CO, H2, Al. VD: Fe2O3 + 3 CO \(\xrightarrow{{{t}^{o}}}\) 2Fe + 3CO2 2. Phương pháp thủy luyện - Đối tượng KL: KL có mức độ hoạt động trung bình và yếu - Phương thức điều chế: Khử những in kim loại cần điều chế bằng những kim loại có tính khử mạnh như Fe, Zn,.... VD: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu 3. Phương pháp điện phân a) Điện phân nóng chảy: - Đối tượng KL: KL có mức độ hoạt động mạnh - Phương thức điều chế: Dùng dòng điện một chiều khử ion kim loại trong chất điện li nóng chảy (muối halogenua, oxit, hidroxit). Ví dụ: Điện phân MgCl2 nóng chảy để điều chế Mg. Phương trình điện phân b) Điện phân dung dịch: - Đối tượng KL: Dùng điều chế các kim loại yếu. - Phương thức điều chế: Dùng dòng điện một chiều khử ion kim loại yếu trong dung dịch muối của nó. Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCl2 để điều chế kim loại Cu. Phương trình điện phân Video mô phỏng - Quá trình điện phân muối ăn NaCl c) Tính lượng chất thu được ở các điện cực - Dựa vào công thức Farađây: - Trong đó: m: Khối lượng chất thu được ở điện cực (g). 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). t: Thời gian điện phân (giây). F: Hằng số Farađây (F = 96500). Sơ đồ tư duy: Điều chế kim loại Loigiaihay.com Phương pháp điều chế 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 dnagj bài tập câu hỏi. Mời các bạn tham khảo. >> Mời các bạn tham khảo thêm một số tài liệu liên quan:
I. Nguyên tắc điều chế kim loạiThực hiện phản ứng khử ion kim loại thành kim (Mn+ ) loại thành kim loại tự do (M) Mn+ + ne → M Thí dụ: Na+ + 1e → Na Cu2+ + 2e → Cu II. Các phương pháp điều chế kim loại1. Phương pháp thủy luyệna. Nguyên tắc chung: Dùng kim loại tự do có tính khử mạnh đẩy kim loại yếu khỏi dung dịch muối của nó. b. Phạm vi sử dụng: Thường dùng trong phòng thí nghiệm để điều chế các kim loại có tính khử yếu như: Pb, Ag, Cu,... Thí dụ: Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag Cu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag c. Lưu ý khi dùng phương pháp thủy luyện Ba điều kiện để kim loại A đẩy được kim loại B ra khỏi dung dịch muối của nó dưới dạng tự do là:
Ví dụ: Na + CuSO4 sẽ xảy ra các phản ứng sau: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 2NaOH + CuSO4 → Cu(OH)2 + Na2SO4 (kết tủa màu xanh)
Thí dụ: Zn + PbSO4 không phản ứng vì PbSO4 không tan 2. Phương pháp nhiệt luyệna. Nguyên tắc: Dùng chất khử thích hợp như CO, C, Al, H2 khử ion kim loại trong oxit của chúng ở nhiệt độ cao. b. Phạm vi sử dụng: Thường dùng trong công nghiệp với kim loại có tính khử trung bình đến yếu (sau Al). Thí dụ: 3Fe3O4 + 8Al → 9Fe + 4Al2O3 Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 c. Lưu ý Để thu được kim loại tính khiết nên dùng CO hay H2 dư (vì khí dư sẽ thoát ra, không ảnh hưởng đến độ tinh khiết của kim loại cần điều chế). Nếu dùng CO thiếu để khử oxit sắt ở nhiệt độ cao (do sắt có nhiều hóa trị) quá trình phản ứng xảy ra theo từng giai đoạn Có thể dùng nhiệt để phân hủy một số hợp chất (oxit, muối, ...) của các kim loại yếu để điều chế kim loại tự do. Trường hợp quặng là sunfua kim loại như Cu2S, ZnS, FeS2…thì phải chuyển sunfua kim loại thành oxit kim loại. Sau đó khử oxit kim loại bằng chất khử thích hợp Ví dụ với ZnS: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2 ZnO + C → Zn + CO 3. Phương pháp điện phânNguyên tắc chung: Dùng dòng điện một chiều để khử các ion kim loại thành kim loại tự do Phạm vi áp dụng: Bằng phương pháp điện phân có thể điều chế được hầu hết các kim loại 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 3.1. 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 loại như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al. Vì phương pháp này tốn kém hơn so với phương pháp điện phân dung dịch. 3.2. 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 phân nóng chảy NaCl Catot ( – ) ← NaCl→ Anot ( + ) 2Na+ + e → Na 2Cl- → Cl2 + 2e Phương trình điện phân là: 2NaCl → 2Na + Cl2 Ví dụ 2: Điện phân Al2O3 nóng chảy pha thêm criolit (Na3AlF6) có thể biểu diễn bằng sơ đồ: Catot ( – ) ← Al2O3 → Anot ( + ) Al3+ + 3e → Al 2O2- → O2 + 4e Phương trình điện phân là: 2Al2O3 → 4Al + 3O2 3.3. 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: 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 catot hoặc ở anot (F = 1,602.10-19.6,022.1023 ≈ 96500 C.mol-1) III. Bài tập điều chế kim loạiBài tập 1: Khử hoàn toàn m gam Fe2O3 cần vừa đủ 6,72 lít khí CO (đktc). Giá trị của m là Hướng dẫn giải bài tập Khi oxit bị khử bởi CO: nO(oxit) = nCO = 6,72/22,4 = 0,3 mol Bảo toàn nguyên tố Oxi: 3nFe2O3 = nO(oxit) = 0,3. => nFe2O3 = 0,1 mol => m = 160.0,1 = 16 gam Bài tập 2: Hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3. Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m g hỗn hợp X nung nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được 64 g chất rắn A và 11,2 lít khí B (đktc) có tỉ khối so với hiđro là 20,4. Giá trị của a là Hướng dẫn giải bài tập Gọi x, y lần lượt là số mol của: nCO = x (mol); nCO2 = y (mol) Theo đề bài nhh = 11,2/22,4 = 0,5 mol Ta có hệ phương trình: nhh = x + y = 0,5 mhh = 28x + 44y = 0,5.(20,8.2) x = 0,1 y = 0,4 nCOpư = nCO2 = 0,4 mol BTKL: mCOpu + mX = mA + mCO2 → mX = 64 − 0.4 (44−28) = 70,4g Bài tập 3. Cho thanh sắt Fe vào dung dịch X chứa 0,2 mol AgNO3 và 0,4 mol Cu(NO3)2. Khi thấy thanh kim loại tăng lên 17,6 gam thì dừng lại. Tính khối lượng kim loại bám vào thanh sắt Hướng dẫn giải bài tập nAg+ = 0,1 mol; nCu2+ = 0,2 mol Nếu Ag+ phản ứng hết : Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag 0,1 ← 0,2 → 0,2 => mtăng = 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 => mtăng = 64x – 56x = 16x => tổng khối lượng tăng ở 2 phản ứng là: mtăng = 16 + 16x = 17,6 => x = 0,1 mol => mkim loại bám vào = mAg + mCu = 17,2 gam Bài tập 4. Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 nung nóng. Sau một thời gian thu được 20,88 gam chất rắn X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và Fe3O4. Hòa tan hết X trong dung dịch HNO3 đặc, nóng thu được 8,736 lít NO2 (sản phẩm khử duy nhất ở đktc). Giá trị của m là Hướng dẫn giải bài tập nNO2 = 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.nCO = nNO2 => nCO = 0,195 mol => nCO2 = nCO = 0,195 mol Bảo toàn khối lượng: mCO + mFe2O3 = mCO2 + mhh oxit => mFe2O3 = 0,195.44 + 20,88 – 0,195.28 = 24 gam Bài tập 5. Cho 1,12 gam bột sắt vào 200 ml dung dịch gồm AgNO3 0,3M và Cu(NO3)2 0,5M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn X. Giá trị của m là Hướng dẫn giải bài tập nFe = 0,02 mol; nAgNO3 = 0,06 mol; nCu(NO3)2 = 0,1 mol ne Fe cho tối đa = 0,02.3 = 0,06 mol = ne Ag+ nhận tối đa => Fe phản ứng hết với Ag, tạo thành Fe3+ và Ag => nAg = nAgNO3 = 0,06 mol => m = 0,06.108 = 6,48 gam Bài tập 6.Cho m gam Zn vào dung dịch chứa 0,3 mol FeCl3. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 7,84 gam chất rắn. Giá trị của m là: Hướng dẫn giải bài tập nFeCl3 = 0,15mol => mFe tối đa sinh ra = 0,3. 56 = 16,8 gam > 7,84 gam => chất rắn chỉ có Fe, còn Zn đã phản ứng hết nFe = 7,84/56 = 0,14 mol FeCl3 phản ứng với Zn tạo thành Fe (0,14 mol) và FeCl2 (0,3 – 0,14 = 0,16 mol) Bảo toàn e: 2nZn = 3nFe + nFeCl2 => nZn = 0,29 mol => m = 18,85 gam Bài tập 7.Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ, cường độ dòng điện 10A. Khi ở anot có 4 gam khí oxi bay ra thì ngưng.Khối lượng đồng thu được ở catot là bao nhiêu? Hướng dẫn giải bài tập nO2 = 0,125 mol Catot: Cu2+ + 2e → Cu Anot: 2H2O → O2 ↑ + 4H+ + 4e => ne trao đổi = 4.nO2 = 0,5 mol => nCu = 0,5 / 2 = 0,25 mol => m = 16 gam IV. Câu hỏi trắc nghiệm điều chế kim loạiCâu 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 Xem đáp án Đáp án C 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 Xem đáp án Đáp án B 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. Xem đáp án Đáp án D Phản ứng nhiệt nhôm là dùng Al để khử các oxit kim loại sau Al trong dãy điện hóa => Fe là kim loại sau Al nên điều chế được bằng phương pháp này 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 Xem đáp án Đáp án C Phương pháp thủy luyện dùng để điều chế kim loại trung bình và yếu (những kim loại đứng sau Al). => Kim loại Ag và Cu được điều chế bằng phương pháp thủy luyện. Câu 5. Nguyên tắc chung để điều chế kim loại là A. oxi hóa kim loại thành ion kim loại. B. khử kim loại thành ion kim loại. C. khử ion kim loại thành kim loại. D. oxi hóa ion kim loại thành kim loại. Xem đáp án Đáp án C Câu 6. Điều chế kim loại K bằng phương pháp A. Dùng khí CO khử ion K+ trong K2O ở nhiệt độ cao B. Điện phân dung dịch KCl không có màng ngăn C. Điện phân dung dịch KCl có màng ngăn D. Điện phân KCl nóng chảy Xem đáp án Đáp án D Câu 7. Khẳng định nào sau đây là đúng về: A. Nguyên tắc chung được dùng để điều chế kim loại là khử ion kim loại trong hợp chất thành nguyên tử kim loại. B. Nguyên tắc chung được dùng để điều chế kim loại là cho hợp chất chứa ion kim loại tác dụng với chất oxi hoá. C. Nguyên tắc chung được dùng để điều chế kim loại là cho hợp chất chứa ion kim loại tác dụng với chất khử. D.Nguyên tắc chung được dùng để điều chế kim loại là oxi hoá ion kim loại trong hợp chất thành nguyên tử kim loại. Xem đáp án Đáp án A Nguyên tắc chung được dùng để điều chế kim loại là khử ion kim loại trong hợp chất thành nguyên tử kim loại. Câu 8. Phương trình hóa học nào sau đây biểu diễn cách điều chế Ag từ AgNO3 theo phương pháp thuỷ luyện? A. 2AgNO3 + Zn → 2Ag + Zn(NO3)2 B. 2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2 C. 4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + O2 D. Ag2O + CO → Ag + CO2 Xem đáp án Đáp án A Phương pháp thủy luyện là dùng các kim loại mạnh hơn (như Mg, Al) để khử ion kim loại thành kim loại cần điều chế Phương trình hóa học: 2AgNO3 + Zn → 2Ag + Zn(NO3)2 Câu 9. Để điều chế K kim loại người ta có thể dùng các phương pháp sau: (1) Điện phân dung dịch KCl có vách ngăn xốp. (2) Điện phân KCl nóng chảy. (3) Dùng Li để khử K ra khỏi dd KCl (4) Dùng CO để khử K ra khỏi K2O. (5) Điện phân nóng chảy KOH Phương pháp nào thu được K? A. Chỉ có 1, 2. B. Chỉ có 2, 5. C. Chỉ có 3, 4, 5. D. 1, 2, 3, 4, 5. Xem đáp án Đáp án B Để điều chế K người ta dùng phương pháp điện phân nóng chảy muối và bazơ của K => điện phân nóng chảy KCl và KOH Câu 10. Dung dịch FeSO4 có lẫn tạp chất CuSO4. Phương pháp hoá học đơn giản để loại được tạp chất là A. Điện phân dung dịch với điện cực trơ đến khi hết màu xanh. B. Chuyển hai muối thành hiđroxit; nhiệt phân thành oxit kim loại; khử bằng CO dư; rồi cho chất rắn vào dung dịch H2SO4 loãng dư. C. Cho Mg vào dung dịch cho đến khi hết màu xanh. D. Cho Fe dư vào dung dịch, sau khi phản ứng xong lọc bỏ chất rắn. Xem đáp án Đáp án D Phương pháp hoá học đơn giản để loại được tạp chất là cho Fe dư vào dung dịch, sau khi phản ứng xong lọc bỏ chất rắn. Vì Fe loại bỏ được muối CuSO4 Theo phương trình hóa học Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu .......................................... VnDoc đã gửi tới nội dung tài liệu Nguyên tắc điều chế kim loại và các phương pháp điều chế kim loại, nội dung tài liệu đưa ra nguyên tắc điều chế kim loại cũng như các phương pháp để giúp các bạn học sinh hệ thống lại kiến thức trọng tâm. Mời các bạn cùng tham khảo thêm Hóa lớp 12,Hóa học lớp 11, Hóa học lớp 10. Ngoài ra các tài liệu trên, VnDoc.com đã thành lập group chia sẻ tài liệu học tập, cũng như bài giảng, giáo án hay miễn phí trên Facebook: Tài Liệu Học Tập VnDoc.com. Mời quý thầy cô cùng các bạn đọc tham gia, để có thể cùng nhau chia sẻ nhận được những tài liệu mới nhất. Chúc các bạn học tập tốt. |