Chuyên đề luyện thi Hóa học 12 năm 2023 cực hay - Phần 5: Điều chế kim loại

CHƯƠNG 5
BÀI 10: ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI Mục tiêu  Kiến thức
+ Trình bày được nguyên tắc chung để điều chế kim loại.
+ Nêu được nguyên tắc điều chế kim loại bằng phương pháp điện phân.
+ Nêu được nguyên tắc điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện.
+ Nêu được nguyên tắc điều chế kim loại bằng phương pháp thủy luyện.  Kĩ năng
+ Biết cách lựa chọn được phương pháp điều chế kim loại cụ thể cho phù hợp.
+ Viết được các phương trình hóa học điều chế kim loại cụ thể.
+ Giải được các bài tập về tính khối lượng nguyên liệu sản xuất được một lượng kim loại xác
định theo hiệu suất hoặc ngược lại…

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM A. Nguyên tắc chung
Khử ion kim loại thành nguyên tử: B. Phương pháp
1. Phương pháp nhiệt luyện
 Điều chế kim loại có tính khử trung bình như: Zn, Fe, Sn, Pb…
Ví dụ: Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
 Nguyên tắc: Oxit kim loại Kim loại
2. Phương pháp thủy luyện
 Điều chế những kim loại có tính khử yếu như: Cu, Hg, Ag, Au… Ví dụ: Fe + → + Cu
 Nguyên tắc: Kim loại mạnh đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối của nó.
3. Phương pháp điện phân
a. Điện phân nóng chảy
 Điều chế kim loại hoạt động hóa học mạnh như: K, Na,
Ví dụ: 2Al2O3 4Al + 3O2 ↑ Ca, Mg, Al. Ở catot:
 Nguyên tắc: Khử ion kim loại bằng dòng điện (Điện phân Ở anot:
nóng chảy muối, bazơ, oxit của các kim loại có tính khử mạnh).
b. Điện phân dung dịch Ví dụ: CuCl2 Cu + Cl2
 Điều chế kim loại hoạt động trung bình hoặc yếu. Ở catot:
 Nguyên tắc: Điện phân dung dịch muối của chúng. Ở anot:  Công thức Faraday: Trong đó:
m: Khối lượng chất thu được ở cực âm (gam).
A: Khối lượng mol nguyên tử chất thu được ở điện cực.
n: Số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận.
I: Cường độ dòng điện (ampe).
t: Thời gian điện phân (giây).
F: Hằng số Faraday (F = 96500).


SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA
Điều chế kim loại có tính khử trung bình như: Zn, Fe, Sn, Pb… NHIỆT LUYỆN loại thành nguyên tử: M
Nguyên tắc: Oxit kim loại Kim loại ne → +
Điều chế những kim loại có tính khử yếu như: Cu, Hg, Ag, Au.. hử ion kim n+ M THỦY LUYỆN ng: K
Nguyên tắc: Kim loại mạnh đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch u muối của nó. tắc ch yên
Điện phân nóng chảy muối, bazơ, oxit của gu N
các kim loại có tính khử mạnh như: K, Na, Điện phân Ca, Al. nóng chảy I I I Đ U H O Ề C Ế K M L Ạ ĐIỆN PHÂN
Điện phân dung dịch muối của các kim loại
có tính khử yếu và trung bình như Zn, Fe, Sn, Pb, Cu, Hg, Ag,… Điện phân Catot (-): sự khử dung dịch : không bị điện phân. Thứ tự điện phân: Anot (+): sự oxi hóa
Một số anion gốc axit Công thức Faraday không bị điện phân. Khối lượng mol Cường độ Thời gian nguyên tử của dòng điện điện phân Thứ tự điện phân: chất thu được ở (A). (giây). điện cực. Khối lượng Số electron mà Hằng số chất thu được nguyên tử hoặc Faraday ở điện cực
ion đã cho hoặc (F = 96500). (gam). nhận.


II. CÁC DẠNG BÀI TẬP
Dạng 1: Lí thuyết trọng tâm Ví dụ mẫu
Ví dụ 1: Nguyên tắc chung để điều chế kim loại là
A. oxi hóa ion kim loại trong hợp chất thành nguyên tử kim loại.
B. khử ion kim loại trong hợp chất thành nguyên tử kim loại.
C. cho hợp chất chứa ion kim loại tác dụng với chất oxi hóa.
D. cho hợp chất chứa ion kim loại tác dụng với chất khử.
Hướng dẫn giải
Nguyên tắc điều chế kim loại là khử ion kim loại thành nguyên tử. → Chọn B.
Ví dụ 2: Dãy các kim loại có thể điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện là: A. Na, Fe, Cu B. Fe, Cu, Zn C. Mg, K, Cu D. Na, Ca, Ba
Hướng dẫn giải
Phương pháp nhiệt luyện dùng để điều chế các kim loại trung bình và yếu.
→ Các kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa đều có thể được điều chế bằng
phương pháp nhiệt luyện.
Vì Na, Mg, K, Ca, Ba đều đứng trước Al trong dãy điện hóa → Loại A, C, D. → Chọn B.
Ví dụ 3: Cho một luồng khí H2 dư đi qua ống sứ chứa CuO, PbO, CaO, Al2O3,
Fe2O3 nung nóng ở nhiệt độ cao. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, chất rắn
còn lại trong ống sứ là:
A. Cu, Pb, Ca, Al2O3, Fe B. CuO, PbO, Ca, Al, Fe
C. Cu, Pb, CaO, Al2O3, Fe D. Cu, PbO, CaO, Al, Fe
Hướng dẫn giải
H2 khử được oxit của các kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa thành kim loại.
→ H2 khử được CuO, PbO, Fe2O3 thành Cu, Pb và Fe.
→ Chất rắn còn lại trong ống sử là Cu, Pb, CaO, Al2O3, Fe. → Chọn C.
Ví dụ 4: Trong quá trình điện phân dung dịch Pb(NO3)2 với các điện cực trơ, ion di chuyển về
A. anot và bị khử. B. catot và bị oxi hóa.
C. catot và bị khử.
D. anot và bị oxi hóa.
Hướng dẫn giải