Hóa học 12 Bài 21: Điều chế kim loại
Để hiểu các nguyên tắc điều chế kim loại và biết các phương pháp điều chế kim loại. eLib chia sẻ với các bạn bài: Điều chế kim loại dựa theo cấu trúc SGK hóa học lớp 12. Hi vọng rằng, đây sẽ là tài liệu hữu ích giúp các em học tập tốt hơn.
Mục lục nội dung
1. Tóm tắt lý thuyết
1.1. Nguyên tắc điều chế kim loại
- Là sự khử ion kim loại thành kim loại: Mn+ + ne → M
1.2. Phương pháp điều chế kim loại
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 + Cl2
- 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 + Cl2
- 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)
2. Bài tập minh họa
2.1. Dạng 1: Bài tập về nhiệt luyện
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
mc/r giảm = 9,1 – 8,3 = 0,8g
Al2O3 không bị khử ⇒ mc/r giảm = mO(CuO) = 0,8g
n[O] = nCuO = 0,05 ⇒ mCuO = 4g
→ Đáp án D
Bài 2: Dẫn luồng khí CO dư qua ống đựng một bột oxit sắt ( FexOy) 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 FexOy là:
A. Fe3O4
B. FeO
C. Fe2O3
D. Fe2O
Hướng dẫn giải
n↓ = nCO2 = nO oxit = 0,02mol
nFe = 0,015
x : y = nFe : nO = 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
nBaCO3 = nCO2 = nCO = nO(oxit) = 0,046 mol
mX = mY + mO(oxit) = 4,784 + 0,046.16 = 5,52g
Ta có: nFeO + nFe2O3 = 0,04
mFeO + mFe2O3 = 5,52g
⇒ nFeO = 0,01; nFe2O3 = 0,03 mol
⇒ mFeO = 0,72g ; mFe2O3 = 4,8g
→ Đáp án D
2.2. Dạng 2: Bài tập về điện phân
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; nHNO3 = 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
nOH- = nHNO3 = 0,06 mol
Dung dịch sau điện phân tạo kết tủa với AgNO3, nAgCl = 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
ne cho = 2nCl2 = 0,3 = ne nhận = nOH- + 2nCu2+
⇒ nCu2+ =nCuCl2= 0,12mol ⇒ [CuCl2] = 0,12 : 0,4 = 0,3M
nCl- = 2 nCl2 + nAgCl = 0,32 = nKCl + 2 nCuCl2
⇒ nKCl = 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
3. Luyện tập
3.1. Bài tập tự luận
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?
3.2. Bài tập trắc nghiệm
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.
3.3. Trắc nghiệm Online
Các em hãy luyện tập bài trắc nghiệm Điều chế kim loại Hóa học 12 sau để nắm rõ thêm kiến thức bài học.
4. Kết luận
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.
Tham khảo thêm
- docx Hóa 12 Bài 17: Vị trí của kim loại trong BTH và cấu tạo của kim loại
- docx Hóa học 12 Bài 18: Tính chất của kim loại và dãy điện hóa của kim loại
- docx Hóa học 12 Bài 19: Hợp kim
- docx Hóa học 12 Bài 20: Sự ăn mòn kim loại
- docx Hóa học 12 Bài 22: Luyện tập Tính chất của kim loại
- docx Hóa học 12 Bài 23: Luyện tập Điều chế kim loại và sự ăn mòn kim loại
- docx Hóa học 12 Bài 24: Thực hành Tính chất, điều chế kim loại, sự ăn mòn kim loại