Title Bài 20. Kim loại trong tự nhiên và phương pháp tách kim loại - GV.docx ✅

KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 6. ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI 1 Trong tự nhiên, hầu hết các kim loại tồn tại ở dạng hợp chất (oxide, muối,...) trong quặng, chỉ một số kim loại kém hoạt động như vàng, bạc, platinum,... được tìm thấy dưới dạng đơn chất Quặng là những loại đất, đá tồn tại trong tự nhiên có chứa khoáng vật của kim loại hoặc hợp chất kim loại với trữ lượng đủ lớn để có thể khai thác (Hình 20.1). Quặng thường chứa tạp chất. Phương pháp được sử dụng để tách một kim loại nhất định từ quặn của nó phụ thuộc vào tính chất của kim loại và của quặng. Một số loại quặng kim loại thông dụng được trình bày trong Bảng 20.1. Bảng 20.1. Một số quặng kim loại thông dụng Kim loại Quặng Thành phần chính Al Bauxite AI 2 O 3 -2H 2 O Zn Zinc blende ZnS Fe Hematite Fe 2 O 3 Pyrite FeS 2 Cu Chalcopyrite CuFeS 2 Ví dụ 1. a) Tìm hiểu và nêu trạng thái tự nhiên của một số kim loại. b) Hãy cho biết những kim loại nào tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên. c) Hãy tìm hiểu và cho biết một số mỏ quặng kim loại quan trọng ở Việt Nam. Đáp án: a) Trong tự nhiên, chỉ có một số ít kim loại tồn tại ở dạng đơn chất (như vàng, bạc, platinum …), hầu hết các kim loại tồn tại ở dạng hợp chất trong các quặng, mỏ. b) Những kim loại tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên: vàng, bạc, platinum… c) Một số mỏ quặng kim loại quan trọng ở Việt Nam: mỏ quặng sắt Thạch Khê (Hà Tĩnh); mỏ quặng sắt Quý Sa (Lào Cai); mỏ vonfram (tungsten) Núi Pháo (Thái Nguyên); mỏ bauxite ở Tây Nguyên … Ví dụ 2. Hoàn thành bảng sau: Kim loại Quặng Thành phần chính Al Bauxite ….. Zinc blende ZnS Fe Hematite ….. ….. FeS 2 ….. Chalcopyrite CuFeS 2 Ca Calcite …..
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 6. ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI 2 Đáp án: Kim loại Quặng Thành phần chính Al Bauxite AI 2 O 3 -2H 2 O Zn Zinc blende ZnS Fe Hematite Fe 2 O 3 Pyrite FeS 2 Cu Chalcopyrite CuFeS 2 Ca Calcite CaCO 3 1. Nguyên tắc: Nguyên tắc điều chế kim loại là khử ion kim loại thành nguyên tử: M n+ + ne  M 2. Tách kim loại hoạt động hoá học mạnh - Điện phân nóng chảy: Những kim loại hoạt động hoá học mạnh như K, Na, Ca, Mg, Al,... được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy các hợp chất của chúng (oxide, muối chloride). a) Điện phân oxide nóng chảy: Hãy tìm hiểu quá trình điện phân Al 2 O 3 nóng chảy và thực hiện các yêu cầu sau: 1. Nêu vai trò của cryolite trong quá trình điện phân. 2. Tại sao sau một thời gian, cần phải thay cực dương của bình điện phân. Viết các phương trình hoá học để giải thích. Đáp án: 1. Vai trò của cryolite trong quá trình điện phân: + Tăng độ dẫn điện của Al 2 O 3  nóng chảy; + Làm giảm nhiệt độ nóng chảy của Al 2 O 3 ; + Tạo lớp ngăn cách để bảo vệ Al 2 O 3  nóng chảy. 2. Trong quá trình điện phân, O 2  sinh ra tại cực dương, tại đây xảy ra phản ứng ăn mòn điện cực than chì: C + O 2  → CO 2 . Do đó, sau một thời gian người ta thấy cực dương bị ăn mòn và phải thay thế. b) Điện phân muối chloride nóng chảy: Để điều chế các kim loại như K, Na, Ca, Mg,... người ta điện phân muối chloride của chủng ở trạng thái nóng chảy. Ví dụ: Điện phân MgCI 2 nóng chảy. MgCI 2 nóng chảy phân li thành các ion Mg 2+ và ion Cl – . Cation Mg 2+ di chuyển về cực âm (cathode) và anion Cl - di chuyển về cực dương (anode) của bình điện phân. Ở cathode: Mg 2+ + 2e  Mg Ở anode: 2Cl –  Cl 2 + 2e Phương trình hoá học của phản ứng điện phân: MgCl 2 (l) ®pnc Mg(l) + Cl 2 (g). 3. Tách kim loại hoạt động trung bình, yếu: a) Phương pháp nhiệt luyện: • Nguyên tắc: Khử các oxide kim loại ở nhiệt độ cao bằng chất khử như C, CO,... Những kim loại có độ hoạt động trung bình, yếu như Zn, Fe, Sn, Pb, Cu,... thường được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện. Ví dụ 1: Tách kẽm từ quặng zinc blende. Đốt quặng zinc blende: 2ZnS(s) + 3O 2 (g) ot 2ZnO(s) + 2SO 2 (g).
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 6. ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI 3 Khử zinc oxide ở nhiệt độ cao bằng than cốc: ZnO(s) + C(s) ot Zn(g) + CO(g). Ví dụ 2: Tách sắt từ quặng hematite. Ở nhiệt độ cao, sắt được tách ra khỏi iron(lll) oxide bởi carbon monoxide: Fe 2 O 3 (s) + 3CO(g) ot 2Fe(s) + 3CO 2 (g) b) Phương pháp điện phân dung dịch: Kim loại hoạt động trung bình hoặc yếu có thể được điều chế bằng cách điện phân dung dịch muối của chúng. Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCI 2 để điều chế Cu. Phương trình hoá học của phản ứng điện phân: CuCl 2 (aq) ñpdd Cu(s) + Cl 2 (g) Quan sát Hình 20.2 và thực hiện các yêu cầu sau: Cho biết điện cực nào là điện cực dương, điện cực nào là điện cực âm. Hãy viết các quá trình xảy ra trên các điện cực và phương trình hoá học của phản ứng điện phân dung dịch CuSO 4 . c) Phương pháp thuỷ luyện: Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp như dung dịch H 2 SO 4 , NaOH, NaCN,... để hoà tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại, tách phần không tan ra khỏi dung dịch. Sau đó khử những ion kim loại này trong dung dịch bằng kim loại có tính khử mạnh hơn như Fe, Zn,... Ví dụ: Dùng Fe để khử ion Cu 2+ trong dung dịch muối đồng. Fe(s) + CuSO 4 (aq)  FeSO 4 (aq) + Cu(s) EM CÓ BIẾT Trong công nghiệp, phương pháp thuỷ luyện thường được dùng để điểu chế các kim loại quý như Au, Ag. Ví dụ: Au tồn tại trong tự nhiên dưới dạng đơn chất nhưng quặng vàng thường có hàm lượng vàng thấp. Người ta nghiền quặng, hoà tan chúng vào dung dịch KCN và liên tục sục không khí vào. Vàng bị hoà tan tạo thành phức chất: 4Au(s) + 8KCN(aq) + O 2 (g) + 2H 2 O(/)⟶ 4K[Au(CN) 2 ](aq) + 4KOH(aq) Dùng bột kẽm đẩy vàng ra khỏi hợp chất: 2K[Au(CN) 2 ](aq) + Zn(s) ⟶ K 2 [Zn(CN) 4 ](aq) + 2Au(s) Ví dụ 1. a) Hãy cho biết những kim loại nào thường được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy. Giải thích. b) Hãy viết các quá trình xảy ra trên các điện cực và phương trình hoá học của phản ứng khi điện phân nóng chảy muối ăn. Đáp án: a) Để điều chế các kim loại như K, Na, Ca, Mg … người ta điện phân muối chloride của chúng ở trạng thái nóng chảy do các kim loại này hoạt động hoá học rất mạnh.
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 6. ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI 4 b) Quá trình xảy ra ở mỗi điện cực: Cực dương (anode):  Cực âm (cathode):  Phương trình hoá học của phản ứng xảy ra trong quá trình điện phân: Ví dụ 2. a) Hãy kể tên một số kim loại được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện. b) Trình bày cách tách Cu từ Cu(OH) 2  bằng phương pháp nhiệt luyện. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra. Đáp án: a) Những kim loại hoạt động trung bình và yếu như: Zn, Fe, Sn, Pb, Cu … thường được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện. b) Sơ đồ tách: 00tCO,t 2Cu(OH)CuOCu Phương trình hóa học 0 0 t 22 t 2 Cu(OH)CuOHO CuOCOCuCO   Ví dụ 3. Cho luồng khí CO dư đi qua hỗn hợp X gồm: Al 2 O 3 , ZnO, Fe 2 O 3 , CuO nung nóng. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn Y gồm A. Al 2 O 3 , ZnO, Fe, Cu. B. Al, Zn, Fe, Cu. C. Al 2 O 3 , ZnO, Fe 2 O 3 , Cu. D. Al 2 O 3 , Zn, Fe, Cu. Ví dụ 4. Kim loại kẽm được tách từ hợp chất zinc sulfide trong khoáng vật sphalerite. Đốt quặng zinc blende: 2ZnS(s) + 3O 2 (g) ot 2ZnO(s) + 2SO 2 (g) (1) Khử zinc oxide ở nhiệt độ cao bằng than cốc: ZnO(s) + C(s) ot Zn(g) + CO(g) (2) Mỗi phát biểu sau là đúng hay sai? a. Trong phản ứng (1), chất khử là ZnS và chất oxi hóa là O 2 . b. Trong phản ứng (2), ZnO bị oxi hóa thành Zn. c. Phương pháp sử dụng điều chế kẽm trong quá trình trên là phương pháp nhiệt luyện. d. Sau phản ứng (2), làm nguội, hơi kẽm ngưng tụ thành kẽm lỏng hoặc rắn. Đáp án: a. Đúng. b. Sai, ZnO bị khử. c. Đúng. d. Đúng. Ví dụ 5. a) Hãy kể tên một số kim loại được điều chế bằng phương pháp thủy luyện. b) Trình bày tách Cu ra khỏi dung dịch CuSO 4 bằng phương pháp thủy luyện. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra. Đáp án: a) Những kim loại hoạt động yếu như: Cu, Ag, Au, Pt,… thường được điều chế bằng phương pháp thủy luyện. b) Dùng kim loại có tính khử mạnh hơn Cu như Fe, Zn để đẩy Cu ra khỏi dung dịch muối tương ứng. Fe + CuSO 4  FeSO 4 + Cu Ví dụ 6. Hãy so sánh phương pháp nhiệt luyện và phương pháp thuỷ luyện. Phương pháp nào thường