Bài 20: Điều chế kim loại

BÀI 20 : ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI.

I. NGUYÊN TẮC:     khử ion dương kim loại thành nguyên tử kim loại tự do.

                                                Mⁿ⁺  +     ne   →    M

II. PHƯƠNG PHÁP:

1. Phương pháp thủy luyện :  Dùng điều chế kim loại có tính khử yếu.

Dùng kim loại mạnh ( không khử nước) để khử ion kim loại trong dd muối.

                              Kim loại  +  muối          muối mới  +  kim loại mới          

Thí dụ:          Fe   +   CuSO₄     FeSO₄  +    Cu

Fe   +   Cu²⁺           Fe²⁺ + Cu.

2. Phương pháp nhiệt luyện:  dùng điều chế kim loại trung bình và yếu.( sau nhôm)

3. Phương pháp điện phân:

a. Khái niệm: Sụ điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra trên bề mặt các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li

b. Các quá trình oxi hóa –khử xảy ra ở điện cực:

Ø  Ở catot ( −) xảy ra quá trình khử ( quá trình nhận electron)

Al³⁺      H₂O    Mn²⁺ …Pb²⁺  H⁺    Cu²⁺ ,  Fe³⁺, Ag⁺ , Hg²⁺ , Pt²⁺ , Au³⁺.

     không bị đp trong dd                      Thứ tự nhận electron tăng dần

  Mⁿ⁺  +  ne →  M                   2H⁺  +  2e  →  H₂                        2H₂O +  2e  →  H₂  +  2OH⁻  

Ø  Ở anot (+): xảy ra quá trình oxi hóa ( quá trình nhường electron)

I⁻ ,  Br⁻ , Cl⁻ ,  OH⁻ ,  H₂O  ,    NO₃⁻ , CO₃ ²⁻ ,  SO₄²⁻ 

Khả năng nhường e tăng                         không bị oxi hóa

 2Cl⁻   →  Cl₂ +  2e                2OH⁻  →  ½ O₂ + H₂O + 2e             2H₂O → ½ O₂ + 2H⁺ + 2e

c. Công thức Faraday: tính khối lượng sản phẩm tại các điện cực.

                               m =      với A: khối lượng mol nguyên tử của chất thu được

                                                           I: cường độ dòng điện

                                                           t: thời gian (s)

                                                           n: số e trao đổi ( nhường hoặc nhận)

                                                           F: Hằng số Faraday = 96500

d. Điều chế kim loại :

Ø  Điện phân nóng chảy: dùng để điều chế kim loại hoạt động mạnh  từ K → Al

v  Điều chế kim loại IA: điện phân nóng chảy muối clorua hoặc hidroxit.

v  Thí dụ: 1)  điều chế Na bằng cách điện phân nóng chảy NaCl

                                      Catot (−)                  NaCl                  Anot ( +)

                                        Na⁺                                                     Cl⁻ 

                                           Ptđp :  2NaCl              2Na  +  Cl₂ ↑ 

                       2)  điều chế K bằng cách điện phân nóng chảy KOH

                                       Catot (−)                   KOH                   Anot ( +)

                                            K⁺                                                          OH⁻ 

                                          Ptđp :   2 KOH                2 K + ½ O₂ ↑ +  H₂O

v  Điều chế kim loại IIA: điện phân nóng chảy muối clorua

Thí dụ:  điều chế Mg bằng cách điện phân nóng chảy MgCl₂

               Catot (−)                   MgCl₂                   Anot ( +)

                  Mg²⁺                                                       Cl⁻ 

                 Ptđp :   MgCl₂                  Mg  +  Cl₂ ↑

v  Điều chế Nhôm: điện phân nóng chảy Al₂O₃

Catot (−)                   Al₂O₃                    Anot ( +)

  Al³⁺                                                         O²⁻ 

                                        Ptđp :   2 Al₂O₃                 4Al   +   3O₂↑

Ø  Điện phân dung dịch: Dùng để điều chế kim loại trung bình yếu (từ Mn → Au) bằng cách điện phân dung dịch muối clorua

 Thí dụ: 1. điện phân dung dịch CuSO₄ để điều chế Cu.

                                        Catot (−)                    CuSO₄                   Anot ( +)

                                        Cu²⁺ , H₂O                    H₂O                     SO₄²⁻, H₂O

                         Ptđp :  2CuSO₄  +  2H₂O                2Cu  +   O₂  +  2H₂SO₄

                                  2. điện phân dung dịch PbCl₂ để điều chế Pb:

                                       Catot (−)                    PbCl₂                   Anot ( +)

                                         Pb²⁺ , H₂O                 H₂O                 .    Cl^-, H₂O

                                        Pb²⁺ +2e → Pb                                       2Cl^- → Cl₂ + 2e

                        Ptđp:

Tổng kết: Cách chọn phương pháp điều chế kim loại:

v  Kim loại yếu: Thủy luyện, nhiệt luyện, điện phân dung dịch muối

v  Kim loại trung bình: ( từ Mn →Pb): Nhiệt luyện, điện phân dung dịch muối

v  Kim loại mạnh ( trước Mn) : điện phân nóng chảy.