Giải bài tập SGK Hóa 12 Nâng cao Bài 24: Điều chế kim loại

Dãy các ion kim loại nào sau đây bị Zn khử thành kim loại?

A. Cu²⁺, Mg²⁺, Pb²⁺

B. Cu²⁺, Ag⁺, Na⁺

C. Sn²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺

D. Pb²⁺, Ag⁺, Al³⁺

Phương pháp giải

Để lựa chọn đáp án phù hợp cần dựa vào dãy điện hóa để xác định tính mạnh yếu của các cation.

Hướng dẫn giải

Dãy các ion kim loại bị Zn khử thành kim loại: Sn²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺

⇒ Đáp án C.

Phản ứng hóa học nào sau đây chỉ được thực hiện bằng phương pháp điện phân?

A. Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

B. CuSO₄ + H₂O → Cu + O₂ + H₂SO₄

C. CuSO₄ + NaOH → Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

D. Cu + AgNO₃ → Ag + Cu(NO₃)₂

Phương pháp giải

Để lựa chọn đáp án phù hợp cần dựa vào bản chất của phương pháp điện phân.

Hướng dẫn giải

Phản ứng hóa học chỉ được thực hiện bằng phương pháp điện phân: 

CuSO4 + H2O → Cu + O2 + H2SO4

⇒ Đáp án B.

Từ mỗi hợp chất sau: Cu(OH)₂, NaCl, FeS₂. Hãy lựa chọn những phương pháp thích hợp để điều chế kim loại tương ứng. Trình bày các phương pháp đó.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm rõ phương pháp điều chế các kim loại.

Hướng dẫn giải

- Phương pháp điều chế Cu từ Cu(OH)₂:

Phương pháp nhiệt luyện:

Cu(OH)₂ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) CuO + H₂O  

CuO + H₂ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) Cu + H₂O

- Phương pháp điều chế Na từ NaCl:

Phương pháp điện phân:

2NaCl \(\xrightarrow{{dpnc}}\) 2Na + Cl₂  

- Phương pháp điều chế Fe từ FeS₂:

Phương pháp nhiệt luyện:

2FeS₂ + 11O₂ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 2Fe₂O₃ + 4SO₂

Fe₂O₃ + 3CO \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 2Fe + 3CO₂

Điều chế Cu bằng cách điện phân dung dịch Cu(NO₃)₂

a. Trình bày sơ đồ điện phân.

b. Viết phương trình điện phân.

c. Cho biết vai trò của nước trong quá trình điện phân.

d. Có nhận xét gì về nồng độ ion trong dung dịch trước và sau khi điện phân?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm rõ quá trình điện phân dung dịch Cu(NO₃)₂ , từ đó viết sơ đồ, phương trình điện phân.

Hướng dẫn giải

Câu a

Sơ đồ điện phân:

Catot → Cu(NO₃)₂ dung dịch → Anot (+)

Cu²⁺, H₂O                               NO₃^-, H₂O

Cu²⁺ + 2e → Cu                      2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

Câu b

Phương trình điện phân:

2Cu(NO₃)₂ + 2H₂O \(\xrightarrow{{dp{\text{dd}}}}\) 2Cu + 4HNO₃ + O₂

Câu c

H₂O đóng vai trò là môi trường đồng thời cũng đóng vai trò là chất khử.

Điều chế Cu bằng cách điện phân dung dịch Cu(NO₃)₂

a. Trình bày sơ đồ điện phân.

b. Viết phương trình điện phân.

c. Cho biết vai trò của nước trong quá trình điện phân.

d. Có nhận xét gì về nồng độ ion trong dung dịch trước và sau khi điện phân?

Có hỗn hợp các bột kim loại Ag, Cu. Bằng những phương pháp hóa học nào ta có thể thu được Ag từ hỗn hợp? Giải thích và viết phương trình hóa học.

Phương pháp giải

Để  thu được Ag từ hỗn hợp ta cần lựa chọn hóa chất không tác dụng với Ag nhưng tác dụng với Cu.

Hướng dẫn giải

Phương pháp hóa học có thể thu được Ag từ hỗn hợp:

Ngâm hỗn hợp bột Ag-Cu vào dung dịch AgNO₃ dư, lọc lấy chất rắn là Ag.

Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag.

Điện phân 200ml một dung dịch có chứa hai muối là Cu(NO₃)₂ và AgNO₃ với cường độ dòng điện là 0,804 A, đến khi bọt khí bắt đầu thoát ra ở cực âm thì thời gian điện phàn là 2 giờ, người ta nhận thấy khối lượng cực âm tăng thêm 3,44 g. Hãy xác định nồng độ mol của mỗi muối trong dung dịch ban đầu?

Phương pháp giải

• Bước 1: 

Gọi thời gian điện phân muối bạc là t₁

Gọi thời gian điện phân muối đồng là t₂

• Bước 2: Từ định luật Faraday và dữ kiện đề bài, lập hệ phương trình chứa t₁ và t₂
• Bước 3: Giải hệ phương trình, suy ra mol muối, suy ra nồng độ mol.

Hướng dẫn giải

2 giờ = 7200 s

Gọi thời gian điện phân muối bạc là t₁

Gọi thời gian điện phân muối đồng là t₂

 t₁ + t₂ = 7200 (1)

Theo định luật Faraday: 

\(\begin{array}{l}
{m_{Ag}} = \frac{{108.0,804.{t_1}}}{{96500}} = {9.10^{ - 4}}{t_1}\\
{m_{Cu}} = \frac{{64.0,804.{t_2}}}{{2.96500}} = 2,{666.10^{ - 4}}{t_2}
\end{array}\)

mà m_Ag + m_Cu = 3,44 (g) ⇒ (9t₁ + 2,666t₂).10^-4 = 3,44 (2)

Từ (1), (2) ⇒ t₁ = 2400 (s) ⇒ m_Ag = 2,16 gam ⇒ n_Ag = 0,02 mol.

t₂ = 4800 (s) ⇒ m_Cu = 1,28 gam ⇒ n_Cu = 0,02 mol.

Nồng độ dung dịch thu được là:

C_{M Cu(NO3)2} = 0,02 / 0,2 = 0,1M ; C_{M AgNO3} = 0,02 / 0,2 = 0,1 M.

Điện phân hoàn toàn 3,33 gam muối clorua của một kim loại nhóm IIA, người ta thu được 6,72 lit khí clo (đktc). Hãy xác định tên của muối clorua kim loại.

Phương pháp giải

Từ phương trình điện phân, tính mol muối theo mol clo. Từ đo suy ra khối lượng mol muối.

⇒ Tên của muối clorua kim loại

Hướng dẫn giải

Phương trình hóa học của phản ứng:

\(\begin{array}{*{20}{l}} {MC{l_2}\xrightarrow{{dpnc}}M + C{l_2}} \\ {{n_{MC{l_2}}} = {n_{C{l_2}}} = \frac{{6,72}}{{22,4}} = 0,3\;(mol)} \\ {{M_{MC{l_2}}} = \frac{{33,3}}{{0,3}} = 111} \\ { \Rightarrow M + 71 = 111 \Rightarrow M = 40\;(Ca)} \end{array}\)

Vậy muối đã dùng là CaCl₂: canxi clorua.

Điện phân một dung dịch AgNO₃ trong thời gian 15 phút với cường độ dòng điện là 5 ampe. Để làm kết tủa hết ion Ag⁺ còn lại trong dung dịch sau điện phân, cần dùng 25 ml dd NaCl 0,4M.

a. Viết phương trình điện phân và phương trình hóa học của phản ứng xảy ra.

b. Tính khối lượng Ag thu được ở catot.

c. Tính khối lượng AgNO₃ có trong dung dịch ban đầu.

Phương pháp giải

• Bước 1:  Viết phương trình điện phân và phương trình hóa họ
• Bước 2: Dựa vào định luật Faraday tính khối lượng Ag thu được ở catot.
• Bước 3: Tính mol AgNO₃ theo mol NaCl và mol Ag. Suy ra  khối lượng AgNO₃ có trong dung dịch ban đầu.

Hướng dẫn giải

Câu a

Sơ đồ điện phân và các phương trình hóa học đã xảy ra:

Catot (-) → Cu(NO₃)₂ dung dịch → Anot (+)

Ag⁺, H₂O                                     NO₃^-, H₂O

Ag⁺ + e → Ag                             2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

4AgNO₃ + 2H₂O \(\xrightarrow{{dp{\text{dd}}}}\) 4Ag + 4HNO₃ + O₂

AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃

Câu b

Khối lượng Ag thu được:

\(m_{Ag} = \frac{108.5.15.60}{96500} = 5,04 \ gam\)

Câu c

\(\begin{array}{l}
{n_{NaCl}} = 0,025.0,4 = 0,01\;mol\\
{n_{Ag}} = \frac{{5,04}}{{108}}\;mol\\
Theo\;(1):\;{n_{AgN{O_3}}} = {n_{Ag}} \approx 0,0466\;mol\\
Theo\;(2):\;{n_{AgN{O_3}}} = {n_{NaCl}} = 0,01\; mol
\end{array}\)

\(\begin{array}{l}
 \Rightarrow {n_{AgN{O_3}bd}} \approx 0,0566\\
 \Rightarrow {m_{AgN{O_3}bd}}=0,0566.170 \approx 9,62\;gam
\end{array}\)