Hóa học 12 Bài 21: Điều chế kim loại

- Là sự khử ion kim loại thành kim loại: Mⁿ⁺ + ne → M

a. Phương pháp nhiệt luyện

- Dùng chất khử như C,CO,H₂, hoặc kim loại hoạt động để khử ion kim loại ra khỏi hợp chất ở nhiệt độ cao.

PbO + H₂ → Pb + H₂O

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

- Chú ý:

+ Phương pháp này thường được sử dụng trong công nghiệp

+ Dùng để điều chế các kim loại trung bình, yếu như: Zn, Fe, Sn, Pb,...

b. Phương pháp thủy luyện

- Dùng chất khử mạnh Zn, Fe,..để khử kim loại có tính khử yếu hơn trong dung dịch ra khỏi hợp chất. 

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Fe + Cu²⁺ →  Fe²⁺ + Cu

- Chú ý:

+ Cơ sở phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp như H₂SO₄, NaOH, NaCN,..để hoà tan kim loại hoặc hợp chất kim loại và tách ra khỏi phần không tan.

+ Không dùng kim loại kiềm, kiềm thổ để khử.

c. Phương pháp điện phân

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

- 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 thu được Na theo pthh 2NaCl (đpnc) → 2Na + Cl_2​

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

Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCl₂ thu được Cu theo pthh CuCl₂ → Cu + Cl_2 ​

- Tính lượng chất thu được ở mỗi điện cực. Dựa vào định luật Faraday: 

\(m = \frac{{A.I.t}}{{n.F}}\)

m: Khối lượng chất thu được mỗi 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 kế (A)

t: Thời gian điện phân (giây)

F: hằng số Faraday (F = 96500)

Bài 1: Cho luồng khí CO (dư) đi qua 9,1g hỗn hợp gồm CuO và Al₂O₃ nung nóng đến khi phản ứng hoàn toàn, thu được 8,3g chất rắn. Khối lượng CuO có trong hỗn hợp ban đầu là:

A. 0,8g   

B. 8,3g    

C. 2,0g   

D. 4,0g

Hướng dẫn giải

m_{c/r giảm} = 9,1 – 8,3 = 0,8g

Al₂O₃ không bị khử ⇒ m_{c/r giảm} = m_O(CuO) = 0,8g

n_[O] = n_CuO = 0,05 ⇒ m_CuO = 4g

→ Đáp án D

Bài 2: Dẫn luồng khí CO dư qua ống đựng một bột oxit sắt ( Fe_xO_y) ở nhiệt độ cao. Sau khi phản ứng kết thúc thu được 0,84g sắt và dẫn khí sinh ra vào nước vôi trong dư thì thu được 2g kết tủa. Công thức phân tử của Fe_xO_y là:

A. Fe₃O₄

B. FeO

C. Fe₂O₃

D. Fe₂O

Hướng dẫn giải

n↓ = n_CO2 = n_{O oxit} = 0,02mol

n_Fe = 0,015

x : y = n_Fe : n_O = 0,015 : 0,02 = 3:4 ⇒ Fe₃O₄

→ Đáp án A

Bài 3: Cho một luồng CO qua ống sứ đựng 0,04 mol hỗn hợp X gồm FeO và Fe₂O₃ đốt nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được chất rắn Y gồm 4 chất, nặng 4,784 gam. Khí đi ra khỏi ống sứ cho hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)₂ dư thu được 9,062 gam kết tủa. Khối lượng của FeO và Fe₂O₃ trong 0,04 mol hỗn hợp X lần lượt là:

A. 0,72 gam và 4,6 gam.

B. 0,84 gam và 4,8 gam.

C. 0,84 gam và 4,8 gam.

D. 0,72 gam và 4,8 gam.

Hướng dẫn giải

n_BaCO3 = n_CO2 = n_CO = n_O(oxit) = 0,046 mol

m_X = m_Y + m_O(oxit) = 4,784 + 0,046.16 = 5,52g

Ta có: n_FeO + n_Fe2O₃ = 0,04

m_FeO + m_Fe2O₃ = 5,52g

⇒ n_FeO = 0,01; n_Fe2O₃ = 0,03 mol

⇒ m_FeO = 0,72g ; m_Fe2O₃ = 4,8g

→ Đáp án D

Bài 1: Điện phân 400ml dung dịch 2 muối KCl và CuCl₂ với điện cực trơ và màng ngăn cho đến khi ở anot thoát ra 3,36l khí (đktc) thì ngừng điện phân. Để trung hòa dung dịch sau điện phân cần 100ml dung dịch HNO₃ 0,6M. Dung dịch sau trung hòa tác dụng AgNO₃ dư sinh ra 2,87g kết tủa trắng. Nồng độ mol của mối muỗi trong dung dịch trước điện phân là:

A. [CuCl₂] = 0,3M; [KCl] = 0,02M

B. [CuCl₂]=0,25M; [KCl] = 3M

C. [CuCl₂] = 2,5M; [KCl]=0,3M

D. [CuCl₂]=0,3M; [KCl]=0,2M

Hướng dẫn giải

(K): K⁺, Cu₂⁺, H₂O      

(A): Cl^-, H₂O

Dung dịch sau khi điện phân được trung hòa bằng HNO₃; n_HNO3 = 0,06

⇒ Ở (K) sau khi Cu₂+ điện phân hết, xảy ra sự điện phân của H₂O

Cu₂⁺ +2e → Cu

H₂O + e → OH^- + 1/2H₂

n_OH^- = n_HNO3 = 0,06 mol

Dung dịch sau điện phân tạo kết tủa với AgNO₃, n_AgCl = 0,02 mol

⇒ Ở (A) Cl^- chưa bị điện phân hết

Khí thoát ra ở (A) là Cl₂, n Cl₂ = 0,15mol

2Cl^- → Cl₂ + 2e

n_{e cho} = 2n_Cl2 = 0,3 = n_{e nhận} = n_OH^- + 2n_Cu2⁺

⇒ n_Cu2+ =n_CuCl2= 0,12mol ⇒ [CuCl₂] = 0,12 : 0,4 = 0,3M

n_Cl^- = 2 n_Cl2 + n_AgCl = 0,32 = n_KCl + 2 n_CuCl2

⇒ n_KCl = 0,08 ⇒ [KCl] = 0,08 : 0,4 = 0,2M

→ Đáp án D

Bài 2: Điện phân điện cực trơ dung dịch chứa 0,02 mol NiSO₄ với cường độ dòng điện I = 5A trong 6 phút 26 giây. Khối lượng catot tăng lên bao nhiêu gam

A. 0,02g   

B. 0,25g   

D. 0,75g   

D. 0,59g

Hướng dẫn giải

Ở (K):

Ni²⁺ + 2e → Ni

mNi = m K tăng = \(\frac{{A.I.t}}{{n.F}} = \frac{{59.5.386}}{{2.96500}} = 0,59g\)

→ Đáp án D

Câu 1: Cho hơi nước qua than nóng đỏ thu được 2,24 lít hồn hợp khí X gồm CO₂, CO và 112 (đo ở đktc). Dẫn X qua hổn hợp gồm CuO và Al₂O₃ dư nung nóng thu dược m gam chất rắn và hỗn hợp khí và hơi Y. Dẫn Y qua dung dịch Ca(OH)₂ dư, lọc bỏ kết tủa thấy khối lượng dung dịch giảm 1,16 gam. Khối lượng kim loại có trong m là?

Câu 2: Điện phân 1 lit dung dịch có chứa 18,8 gam Cu(NO₃)₂ và 29,8 gam KCl bằng điện cực trơ, có màng ngăn xốp. Sau 1 thời gian thấy khối lượng dung dịch giảm 34,3 gam so với ban đầu. Coi thẻ tích dung dịch không đổi trong quá trình điện phân, Nồng độ các chất trong dung dịch sau khi điện phân là?

Câu 3: Trộn 0,54 gam bột nhôm với hỗn hợp gồm bột Fe₂O₃ và CuO rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhôm thu được hỗn hợp A. Hòa tan hoàn toàn A trong dung dịch HNO₃ thu được hỗn hợp khí gồm NO và NO₂ có tỉ lệ số mol tương ứng là 1: 3. Thể tích khí NO (ở đktc) là?

Câu 4: Cho khí CO (dư) đi qua ống sứ nung nóng đựng hỗn hợp X gồm: Al₂O₃, MgO, Fe₃O₄, CuO thu được chất rắn Y. Cho Y vào dung dịch NaOH (dư), khuấy kĩ, thấy còn lại phần không tan Z. Giả sử các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Phần không tan Z gồm?

Câu 1: Để điều chế Ca từ CaCO₃ cần thực hiện ít nhất mấy phản ứng?

A. 2   

B. 3    

C. 4    

D. 5

Câu 2: Những kim loại nào sau đây có thể được điều chế từ oxít bằng phương pháp nhiệt luyện nhờ chất khử CO?

A, Zn, Mg, Fe

B, Ni, Cu, Ca

C. Fe, Ni Zn

D. Fe, Al, Cu

Câu 3: Khẳng định nào sau đây không đúng

A. Khí điện phân dung dịch Zn(NO₃)₃ sẽ thu được Zn ở catot.

B. Có thể điều chế Ag bằng cách nhiệt phân AgNO₃ khan.

C. Cho một luồng H₂ dư qua bột Al₂O₃ nung nóng sẽ thu được Al.

D. Có thể điều chế đồng bằng cách dùng kẽm để khử ion Cu²⁺ trong dung dịch muối.

Câu 4: Cho các kim loụl : Li, Na, Cu, Al, Fe, Cu, Ag, Pt. Bằng phương pháp điện phân có thể điều chế được bao nhiêu kim loại trong số các kim loại trên ?

A. 3    

B. 4   

C. 6   

D. 8

Câu 5: Điện phân một dung dịch chứa đồng thời các cation Mg²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, Ag⁺. Thứ tự các kim loại sinh ra ở catot lần lượt là

A. Ag, Fe, Pb, Zn,    

B. Ag, Pb, Fe, Zn.

C. Ag, Fe, Pb, Zn, Mg.    

D. Ag, Pb, Fe, Zn, Mg.

Qua nội dung bài học các em sẽ được nắm:

• Một số nguyên tắc cơ bản về điều chế kim loại, sau đó là giải các bài tập trong sách giáo khoa.
• Nguyên tắc điều chế kim loại
• Biết được một số phương pháp điều chế kim loại như phương pháp nhiệt luyện, thủy luyện, điện phân.