Title CHUYÊN ĐỀ 29. BÀI TOÁN VỀ QUẶNG VÀ KHOÁNG CHẤT - FILE HS.pdf ✅

TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HSG HÓA 9 1 BÀI TẬP VỀ QUẶNG VÀ KHOÁNG CHẤT A. LÝ THUYẾT VỀ QUẶNG VÀ KHOÁNG CHẤT I. Quặng là gì? - Quặng là loại đá hoặc khoáng vật tự nhiên chứa kim loại hoặc hợp chất có giá trị kinh tế, có thể khai thác và chế biến để thu hồi nguyên tố hữu ích. - Khoáng chất là các hợp chất hóa học tự nhiên, có thành phần và cấu trúc tinh thể xác định. II. Một số loại quặng phổ biến trong vỏ trái đất 1. Quặng Sắt (Fe) - Hematite (Fe2O3): Quặng sắt phổ biến nhất, màu đỏ nâu, chứa 70% Fe. - Magnetite (Fe3O4): Có từ tính, chứa 72% Fe, màu đen. - Pyrite (FeS2): "Vàng của kẻ ngốc", thường dùng để sản xuất axit sulfuric hơn là sắt. - Siderite (FeCO3): Chứa sắt dưới dạng cacbonat, ít phổ biến hơn. - Ứng dụng: Sản xuất gang, thép, vật liệu xây dựng. 2. Quặng Nhôm (Al) - Bauxite (Al2O3.nH2O): Thành phần chính là Al2O3. - Cryolite (Na3AlF6): Dùng trong sản xuất nhôm điện phân. - Ứng dụng: Sản xuất nhôm, bao bì, ngành hàng không. 3. Quặng Đồng (Cu) - Chalcopyrite (CuFeS2): Quặng đồng phổ biến nhất, màu vàng đồng. - Malachite (Cu2CO3(OH)2): Màu xanh lục, dùng làm đá quý hoặc luyện đồng. - Bornite (Cu5FeS4): Có màu tím ánh kim, còn gọi là "quặng bồ câu". - Ứng dụng: Linh kiện điện tử, dây dẫn, hợp kim (đồng thau, đồng đỏ). 4. Quặng Chì (Pb) và Kẽm (Zn) - Galena (PbS): Quặng chì chính, màu xám bạc, dễ tách kim loại. - Sphalerite (ZnS): Quặng kẽm chủ yếu, thường đi kèm với galena. - Ứng dụng: sản xuất Pin, hợp kim, chống ăn mòn. III. Một số phương pháp chế biến quặng. 1. Làm giàu quặng - Mục đích: Loại bỏ tạp chất (đất, đá, tạp chất vô cơ), tăng hàm lượng kim loại trong quặng. - Nghiền và sàng: Quặng được nghiền nhỏ thành hạt mịn, sau đó sàng để phân loại kích thước. - Tuyển nổi: Dùng hóa chất và bọt khí để tách khoáng vật có ích (ví dụ: tách chalcopyrite khỏi đá thải). - Rửa trôi (Quặng bauxite): Loại bỏ silic và tạp chất bằng dung dịch NaOH. 2. Nung - Thiêu kết - Mục đích: Chuyển quặng thành dạng dễ xử lý hơn bằng nhiệt.
TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HSG HÓA 9 2 - Quặng sulfide (Pyrite FeS2, Chalcopyrite CuFeS2): Nung trong không khí để oxy hóa thành oxit: 4FeS2 + 11O2 o t Fe2O3 + 4SO2 - Quặng carbonate (Siderite FeCO3): Nung để phân hủy thành oxit: 4FeCO3 + O2 o t 2Fe2O3 + 4CO2 3. Tách kim loại từ quặng - Mục đích: Tách kim loại từ quặng oxit hoặc hợp chất. a. Phương pháp nhiệt luyện - Phương pháp nhiệt luyện thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hoá học trung bình như Fe, Zn,...: có thể dùng các chất như C, CO, H2, Al,... tác dụng với oxide kim loại ở nhiệt độ cao, thu được kim loại. - Quặng sắt (Hematite, Magnetite): Khử trong lò cao (blast furnace) bằng CO: Fe2O3 + 3CO o t 2Fe + 3CO2 - Quặng thiếc, (Cassiterite SnO2): Khử bằng than cốc: SnO2 + 2C→ Sn + 2CO b. Phương pháp thủy luyện (Dùng dung dịch hóa chất) - Nguyên tắc: Dùng những dung dịch thích hợp như: H2SO4, NaOH, NaCN, ... để hoà tan kim loại hoặc các hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có ở trong quặng. Sau đó khử những ion kim loại này trong dung dịch bằng những kim loại có tính khử mạnh như Fe, Zn, ... * Ví dụ: Mg + 2AgNO3 → Mg(NO3)2 + 2Ag↓ Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu c. Điện phân nóng chảy - Phương pháp điện phân nóng chảy được áp dụng để tách các kim loại hoạt động hoá học mạnh như Na, Ca, Mg, Al,... * Ví dụ: Al2O3 được điện phân ở nhiệt độ cao (~950°C) để thu Al tinh khiết. 2Al2O3 ñpnc  cryolite 4Al + 3O2 B. BÀI TẬP TRONG ĐỀ THI Câu 1. Trong tự nhiên khi X chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Từ một loại quặng trong tự nhiên có công thức aKX.bMgX2.cH2O với a, b, c là các số nguyên. Một học sinh đã tiến hành 2 thí nghiệm sau: - Thí nghiệm 1: Nung 83,25 gam quặng đến khối lượng không đổi thu được 50,85 gam chất răn. - Thí nghiệm 2: Hòa tan hoàn toàn 83,25 gam quặng vào nước cất, bổ sung dung dịch Na2CO3 dư, lọc tách kết tùa, làm khô rồi đem nung tới khối lượng không đổi thu được 12 gam chất rắn.

TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HSG HÓA 9 4 - Bước 3. Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa tạo thành, đem nung đến khi khối lượng không đổi thu được chất rắn Z. - Bước 4. Cho Z tác dụng với khí CO dư nung nóng, thu được y gam chất rắn T. Tổng khối lượng NaOH đã phản ứng ở bước 1 và bước 3 là z gam, biết rằng z = (2,25y + 10) và các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Tìm x, y, z? Câu 7. Hòa tan m1 gam hỗn hợp X gồm 2 4   3 Al SO và 2 4 2 4 2    3 K SO Al SO .24H O vào nước thu được dung dịch Y chứa hai chất tan có tỉ lệ mol là 1 : 2 . Cho từ từ đến hết V ml dung dịch Ba(OH) 2M2 vào dung dịch Y , sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được m2 gam kết tủa và dung dịch Z chỉ chứa 0,02 mol một chất tan duy nhất. Tìm giá trị của m , m1 2 và V . Câu 8. Từ một loại quặng người ta tách được một hợp chất vô cơ X chỉ chứa 2 nguyên tố là Cu và S. Biết khối lượng phân từ của X bằng 160 amu, trong đó Cu chiếm 80% khối lượng. a. Lập công thức hóa học của chất X. b. Sử dụng quặng chứa chất X, người ta thực hiện điều chế CuSO4 theo sơ đồ: X o O ,t 2   CuO H SO 2 4   CuSO4 Từ 1 tấn quặng chứa 40% khối lượng chất X (còn lại là tạp chất trơ) sẽ điều chế được bao nhiêu kg CuSO4, biết hiệu suất cả quá trình đạt 80%. Câu 9. Muối kép ngậm nước x(NH4)2SO4.yFeSO4.zH2O – được gọi là muối Mohr để ghi nhớ công lao của nhà bác học người Đức Mohr Karl Fricdrich đã tìm ra vào thế kỷ XIX. Biết trong môi trường khí trơ dung dịch chứa 29,4 gam muối Mohr phản ứng tối đa với 300 ml dung dịch NaOH 1M, toàn bộ lượng kết tủa sinh ra sau phản ứng được nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 6,0 gam chất rắn. Các phản ứng hóa học xảy ra hoàn toàn. Xác định công thức hóa học của muối Mohr. Câu 10: Chalcopyrite là một khoáng vật phổ biến trong tự nhiên có thành phần chính là chất T (T có công thức XYZ2; X, Y là kim loại, Z là phi kim). Đốt cháy hoàn toàn chất T trong oxygen dư, thu được chất rắn A và khí B. Phân tích thành phần A thu được hai oxide A1 và A2 (trong A1, A2 các kim loại thể hiện hóa trị cao nhất). Hòa tan hoàn toàn A, trong dung dịch H2SO4 loãng thì thu được dung dịch D màu xanh lam (chứa muối của X). Khử hoàn toàn A2 bằng khí CO dư, thu được đơn chất Y màu trắng xám là thành phần chính của thép. Trong thành phần B có khí C là nguyên nhân gây ô nhiễm không khí. Sục B vào nước Br2 (dư), thu được dung dịch E. Cho E tác dụng với dung dịch BaCl2 dư, thu được kết tủa trắng không tan trong acid. Xác định công thức các chất T, A1, A2, C; viết phương trình hóa học các phản ứng xảy ra. Câu 11. Khoáng vật X chứa 64% Fe2O3 về khối lượng và khoáng vật Y chứa 92,8% Fe3O4 về khối lượng (tạp chất trong khoáng vật không chứa nguyên tố iron). Trộn a tấn X với b tấn Y thu được 1 tấn hỗn hợp Z. Tiến hành luyện gang toàn bộ Z, rồi sau đó tiến hành luyện thép thì thu được 426,3