Bài giảng môn Hóa học Lớp 12 - Bài 21: Điều chế kim loại

ÑIEÀU CHEÁ KIM LOAÏI Bµi 211	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.2Khoaùng vaät Florit (CaF2)3 Quaëng saét trong töï nhieânCuFeS2Pyrit saét (FeS2)5I. Nguyeân taéc ñieàu cheá kim loaïiKhử ion kim loại thành kim loại tự do.Mn+ M + ne6Neáu khoâng coøn saét 01/11/201678Neáu khoâng coøn Al 91. Phöông phaùp thuyû luyeänII. Phöông phaùp ñieàu cheá kim loaïi 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 + 2Ag101. Phöông phaùp thuyû luyeän Quaëng,Chất rắnBb+AB1. H2SO42. NaOH3. NaCN .A > BA + H2O -->11A khác kim loại kiềm(Na, K, ); kiềm thổ(Ca, Ba, )1. Phöông phaùp thuyû luyeänCâu 1.Trường hợp nào sau đây kim loại được điều chế bằng phương pháp thuỷ luyện ?Cu + FeCl3 Zn + AgNO3 Na + CuSO4 Cu + AgCl121. Phöông phaùp thuyû luyeänII. Phöông phaùp ñieàu cheá kim loaïi Câu 2. Dùng dung dịch nào sau đây để tách Ag ra khỏi hỗn hợp Ag, Cu, Zn?Dung dịch HCl Dung dịch CuSO4 Dung dịch ZnSO4Dung dịch Fe(NO3)3 131. Phöông phaùp thuyû luyeänCâu 3. 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 dịch HCl Dung dịch FeSO4 Dung dịch ZnSO4Dung dịch AgNO3 142. Phương pháp nhiệt luyệna.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 + 9FePhản ứng nhiệt nhôm15Câu 4. Thổi luồng khí CO dư qua ống sứ đựng CuO, MgO, Al2O3, FeO, Fe3O4 thu được chất rắn gồm :Cu , Mg, Fe, AlCu, MgO, Al2O3, Fe Cu, Mg, Al2O3, Fe Cu, MgO, Al, Fe2. Phương pháp nhiệt luyện16Câu 5: 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.17	X + CO Y + CO2Theo ptpư: nCO = nCO2 = 0,25(mol)18Áp dụng ĐLBTKL : mX + mCO = mY + mCO2 m Y= 30 + 0,25.28 – 0,25.44 = 26(g) Câu 6: 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.19	X + H2 Y + H2OTheo ptpư: nH2O = nH2 = 0,1(mol)Áp dụng ĐLBTKL : mX + mH2 = mY + mH2O mY= 17,6 + 0,1.2 – 0,1.18 = 16(g) 20Câu 7: 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 làA. 0,8 gam. B. 8,3 gam. C. 2,0 gam. D. 4,0 gam.21Giải: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 8. 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. 22Giải: 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 phâna. Nguyên tắc: dùng dòng điện 1 chiều trên catot để khử ion dương kim loại trong hợp chấtb. Mục đích: điều chế hầu hết các kim loại.233.1/ Điện phân nóng chảy Điện phân nóng chảy muối halogen, riêng Al điện phân nóng chảy oxitDung dịch điện liDoøng ñieän Catot (-)Anot (+)Khöû Mn+Oxi hoaù X- hoaëc O2_ Mn+ + ne M2X- X2 + 2eHoặc 2O2- O2 + 4e Sơ đồ điện phânDùng để điều chế kim loại mạnh (từ Al trở về trước)24VD1: Điện phân nóng chảy NaClNa+, Cl-Doøng ñieän Catot (-)Anot (+)Khöû Na+Oxi hoaù Cl-2Na+ + 2.1e 2Na2Cl- Cl2 + 2eSơ đồ điện phânPhương trình: 2NaCl 2Na + Cl225VD2: Điện phân nóng chảy Al2O3Al3+, O2-Doøng ñieän Catot (-)Anot (+)Khöû Al3+Oxi hoaù O2-4Al3+ + 4.3e 4Al3.2O2- 3O2 + 3.4eSơ đồ điện phânPhương trình: 2Al2O3 4Al + 3O226Lưu ý: Anot bằng than chì sẽ bị oxi hóa bởi oxi sinh ra:C + O2 → CO2C + CO2 → 2COhỗn hợp khí gồm: CO, CO2, O2 dư. Dùng pp đường chéoMuoái, H2O Doøng ñieän Catot (-)Anot (+)Khöû Mn+ hoaëc H2O Oxi hoaù goác axit hoaëc H2O Từ Al3+về trước : 2H2O + 2e 2OH- + H2Sau Al3+ : Mn+ + ne MHalogenua : 2X- X2 + 2eGoác coù oxi : NO3-, SO42-.. 2H2O O2 + 4H+ + 4e 3.2/ Điện phân dung dịchDùng để điều chế kim loại sau AlQui tắc điện phân dung dịch27dp dd* Phöông trình2CuSO4 + 2H2OH2O, Cu2+, SO42- Doøng ñieän Catot (-)Anot (+)Cu2+, H2OKhöû Cu2+2Cu2+ + 2.2e 2Cu2H2O O2 + 4H+ + 4e SO42-, H2OOxi hoaù H2O 2Cu + O2 + 2H2SO4VD1: Điện phân dung dịch CuSO428dp dd* Phöông trìnhCuCl2H2O, Cu2+, Cl- Doøng ñieän Catot (-)Anot (+)Cu2+, H2OKhöû Cu2+Cu2+ + 2e Cu2Cl- Cl2 + 2e Cl-, H2OOxi hoaù Cl- Cu + Cl2 VD2: Điện phân dung dịch CuCl229BiÓu thøc: m =A.I. tn.FTrong ®ã: m : lµ khèi l­ưîng cña chÊt thu ®ư­îc ë ®iÖn cùc, tÝnh b»ng (g)	 A : lµ khèi lư­îng mol nguyªn tö cña chÊt thu ®­ưîc ë ®iÖn cùc	 n : lµ sè electron mµ nguyªn tö hoÆc ion nh­êng hoÆc nhËn	 I : lµ c­ưêng ®é dßng ®iÖn ®­ưîc tÝnh b»ng ampe (A)	 t : lµ thêi gian ®iÖn ph©n ®­ưîc tÝnh b»ng gi©y (s)	 F : lµ h»ng sè faraday( = 96500 Culong/mol)Bµi to¸n vÝ dô: TÝnh khèi l­ượng cña Cu thu ®­ược ë catot sau thêi gian ®iÖn ph©n 48 phót 15 gi©y dung dÞch CuCl2 víi c­ường ®é dßng ®iÖn lµ 5(A) . (BiÕt nguyªn tö khèi cña Cu lµ 64 )III. Ñònh luaät Faraday m =64.5. 28952.96500m = 4,8 gam3031Câu 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. 6Câu 1: Điện phân dung dịch muối CuSO4 trong thời gian 1930 giây thu được 1,92g Cu ở catot. Cường độ dòng điện trong quá trình điện phân là:A. 3,0A.	B. 4,5A.	C. 1,5A.	D. 6,0A.Câu 2: Trong quá trình điện phân dung dịch Pb(NO3)2 với điện cực trơ, ion Pb2+ di chuyển về A. cực dương và bị oxi hoá. B. cực dương và bị khử. C. cực âm và bị oxi hoá. D. cực âm và bị khử.Câu 3: Khi điện phân dung dịch hỗn hợp gồm KCl, FeCl3 và CuCl2 thì thứ tự bị khử ở catot là A. Fe3+, Cu2+, Fe2+, H2O. B. Fe3+, Cu2+, H2O. C. Cu2+, Fe3+, Fe2+, H2O. D. Fe3+, Cu2+, Fe2+, K+. Câu 4: Töø dd CuCl2, coù maáy caùch ñeå ñieàu cheá kim loaïi Cu ? a. 1 caùch. b. 2 caùch. c. 3 caùch.Caùch 1 : ñieän phaân dd CuCl2.. Caùch 2 : duøng kim loaïi coù tínhkhöû maïnh hôn khöû ion Cu2+ trong dd. Caùch 3 : chuyeånCuCl2 Cu(OH)2 CuO sau ñoù duøng CO, H2 , ñeå khöû CuO ôû nhieät ñoä cao.