Phương pháp điều chế kim loại và các dạng bài tập liên quan

Nguyên tắc điều chế kim loại là gì? Các phản ứng điều chế kim loại nào? Sơ đồ tư duy và phương pháp điều chế kim loại là gì? Bài tập điều chế kim loại cơ bản?… Trong phạm vi bài viết sau, chúng ta hãy Tip.edu.vn Tìm hiểu về chủ đề này!

Nguyên lý gia công kim loại

Thực hiện sự khử ion kim loại thành kim loại

(M ^ {n +} + ne rightarrow M )

Nhận xét: Kim loại có tính khử mạnh khó điều chế hơn kim loại có tính khử yếu.

Các phương pháp điều chế kim loại

Phương pháp xử lý nhiệt

• Qui định:

Sử dụng chất khử như (C, CO, H_ {2}, ) hoặc kim loại hoạt động để loại bỏ các ion kim loại ra khỏi hợp chất ở nhiệt độ cao.

Ví dụ: (PbO + H_ {2} overset {t ^ { circle}} { rightarrow} Pb + H_ {2} O )

(Fe_ {2} O_ {3} + 3CO overset {t ^ { circle}} { rightarrow} 2Fe + 3CO_ {2} )

• Phạm vi áp dụng

Thường được sử dụng để điều chế các kim loại có tính khử trung bình yếu ( rightarrow ) (sau Al).

Phương pháp này được sử dụng phổ biến trong công nghiệp.

Phương pháp luyện kim thủy lực

• 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 ^ { circle}} { rightarrow} FeSO_ {4} + Cu )

(Fe + Cu ^ {2+} overset {t ^ { circle}} { rightarrow} Fe ^ {2 +} )

Chú ý:

• Cơ sở của phương pháp này là sử dụng các dung dịch thích hợp như (H_ {2} SO_ {4}, NaOH, NaCN, .. ) để hoà tan kim loại hoặc hợp chất kim loại và tách nó ra khỏi phần không tan.
• Không dùng kim loại kiềm, kiềm thổ để khử.

Phương pháp điện phân

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

• Cấu trúc của tế bào điện phân:

1 lọ hóa chất cần điện phân

Có 2 điện cực

• K (-) làm bằng graphit, graphit, Pt (điện cực trơ)
• A (+) làm bằng kim loại khác Pt (điện cực không trơ)

Nguồn điện một chiều: cực âm của nguồn điện nối với katôt của bình điện phân, cực dương của nguồn điện nối với cực dương của bình điện phân.

• Cơ chế hoạt động của tế bào điện phân:

Dưới tác dụng của dòng điện một chiều, các ion chất điện li sẽ di chuyển đến các điện cực

• Cation thành K (ion dương đối với cực âm)
• Anion thành A (ion âm đối với cực dương)

Ở các điện cực, quá trình oxi hoá khử xảy ra:

• Tại K: xảy ra quá trình oxi hóa
• Tại A: xảy ra sự khử.
• 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 để thu được Na theo pth

(2NaCl overset {dpnc} { rightarrow} 2Na + Cl_ {2} )

• Điện phân dung dịch: Dùng để điều chế các kim loại yếu, trung bình bằng cách điện phân dung dịch muối của chúng.

Ví dụ: Điện phân dung dịch (CuCl_ {2} ) thu được Cu về thứ p

(CuCl_ {2} overset {dpdd} { rightarrow} Cu + Cl_ {2} )

Tính khối lượng chất thu được ở mỗi điện cực. Dựa trên định luật Faraday:

(m = frac {AIt} {nF} )

Trong đó:

• m: Khối lượng chất thu được trên mỗi điện cực (g)
• A: Khối lượng mol chất thu được ở điện cực
• n: Số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận
• I: Dòng điện của ampe kế (A)
• t: Thời gian điện phân (giây)
• F: hằng số Faraday (F = 96500)

Một số dạng bài tập gia công kim loại

Dạng 1: Dùng CO để khử (Fe_ {2} O_ {3} )

• Nếu CO dư thì phản ứng xảy ra hoàn toàn.

(Fe_ {2} O_ {3} + CO rightarrow Fe + CO_ {2} )

• Nếu phản ứng không hoàn toàn: CO sẽ khử dần oxit sắt qua 3 giai đoạn:

(Fe_ {2} O_ {3} + CO mũi tên phải 2Fe_ {3} O_ {4} + CO_ {2} )

(Fe_ {3} O_ {4} + CO mũi tên phải 3FeO + CO_ {2} )

(FeO + CO rightarrow Fe + CO_ {2} )

• Sử dụng công thức bảo toàn khối lượng:

(m_ {crg} = m_ {crbd} – m_ {crs} = m_ {Om} )

(n_ {Om} = n_ {Opu} = n_ {CO_ {2} sr} = n_ {H_ {2} pu} = n_ {H_ {2} Osr} )

Trong đó:

• (m_ {crg} ) là khối lượng chất rắn đã giảm
• (m_ {crbd} ) là khối lượng chất rắn ban đầu
• (m_ {crs} ) là khối lượng của chất rắn sau phản ứng
• (m_ {Om} ) là khối lượng O bị mất
• (n_ {Om} ) là số mol của O bị mất
• (n_ {Opu} ) là số mol O đã phản ứng
• (n_ {CO_ {2} sr} ) là số mol của (CO_ {2} ) được tạo ra
• (n_ {H_ {2} pu} ) là số mol của (H_ {2} ) đã phản ứng
• (n_ {H_ {2} Osr} ) là số mol của (H_ {2} O ) được tạo ra.

Dạng 2: Điều chế bằng phương pháp điện phân

Phương pháp:

• Khối lượng catot tăng là khối lượng kim loại tạo thành sau điện phân.
• (m_ {ddsdp} = m_ {ddtdp} – (m_ {kt} + m_ {k}) )

Trong đó:

• (m_ {ddsdp} ) là khối lượng dung dịch sau điện phân
• (m_ {ddtdp} ) là khối lượng của dung dịch trước khi điện phân
• (m_ {kt} ) là khối lượng kết tủa
• (m_ {k} ) là khối lượng của khí

Giảm khối lượng của dung dịch

( Delta m = m_ {kt} + m_ {k} )

Khi điện phân dung dịch

• Các hiđroxit kim loại có phản ứng hóa học ( (KOH, NaOH, Ba (OH) _ {2},… ))
• Axit ôxy hóa ( (HNO_ {3}, H_ {2} SO_ {4}, HClO_ {4},… ))
• Muối được tạo thành bởi axit với oxy và bazơ kiềm ( (KNO_ {3}, Na_ {2} SO_ {4},… ))

( rightarrow ) Trên thực tế điện phân (H_ {2} O ) để (H_ {2} ) (ở cực âm) và (O_ {2} ) (ở cực dương)

• Khi điện phân dung dịch với anot bằng kim loại không trơ ​​(không dùng điện cực Pt hay graphit) thì ở anot chỉ xảy ra quá trình oxi hóa.
• Giữa từng cặp có thể xảy ra phản ứng phụ: chất tạo thành ở điện cực, chất tan trong dung dịch, chất dùng làm điện cực.

Tip.edu.vn đã cung cấp cho các bạn thông tin về nguyên tắc điều chế kim loại, phản ứng điều chế kim loại, sơ đồ tư duy, phương pháp và các dạng bài tập điều chế kim loại cơ bản. Hy vọng những kiến ​​thức trên sẽ hữu ích với bạn trong quá trình học tập. Chúc may mắn với các nghiên cứu của bạn!