Bài 15. Các phương pháp tách kim loại

Trang 81

Mở đầu

Sau khi khai thác quặng, cần thực hiện quá trình tách kim loại để thu được kim loại tinh khiết. Có những phương pháp nào để tách kim loại?

Gợi ý

Trình bày các phương pháp tách kim loại.

Đáp án

Các phương pháp tách kim loại:

- Phương pháp nhiệt luyện: Tách những kim loại hoạt động hoá học trung bình và yếu.

- Phương pháp thuỷ luyện: Tách những kim loại hoạt động hoá học yếu.

- Phương pháp điện phân:

+ Điện phân nóng chảy (muối, oxide): Tách những kim loại hoạt động hoá học mạnh.

+ Điện phân dung dịch muối: Tách những kim loại hoạt động hoá học trung bình và yếu.

Câu 1

Tìm hiểu và nêu trạng thái tự nhiên của một số kim loại.

Gợi ý

Trong tự nhiên, chỉ có một số ít kim loại tồn tại ở dạng đơn chất (như vàng, bạc, platinum,...), hầu hết các kim loại tồn tại ở dạng hợp chất trong các quặng, mỏ.

Đáp án

- Các kim loại tồn tại ở dạng đơn chất như vàng, bạc, platinum,...

- Hầu hết các kim loại tồn tại ở dạng hợp chất trong các quặng, mỏ, ví dụ như nhôm trong quặng bauxite \(\left(\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3}\right)\), sắt trong quặng pyrite \(\left(\mathrm{FeS}_{2}\right) \ldots\)

Câu 2

Xác định chất oxi hoá, chất khử trong các phản ứng ở Ví dụ 1.

Gợi ý

Trong phản ứng oxi hóa khử, chất oxi hóa có số oxi hóa giảm, chất khử có số oxi hóa tăng.

Đáp án

Luyện tập 1

Trình bày cách tách \(\mathrm{Cu}\) từ \(\mathrm{Cu}(\mathrm{OH})_{2}\) bằng phương pháp nhiệt luyện. Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra.

Gợi ý

Phương pháp nhiệt luyện được thực hiện bằng cách khử những ion của kim loại hoạt động trung bình và yếu (như Zn, Fe, Sn, Pb, Cu, ...) trong các oxide của chúng ở nhiệt độ cao bằng các chất khử như \(\mathrm{C}\), \(\mathrm{CO}, \ldots\)

Đáp án

- Nhiệt phân copper(II) hydroxide để thu được copper(II) oxide rồi khử copper(II) oxide bằng các chất khử như \(\mathrm{C}, \mathrm{CO}\) hoặc \(\mathrm{H}_{2}\).

- Phương trình hóa học:

\[\begin{array}{l}\mathrm{Cu}(\mathrm{OH})_{2} \xrightarrow{\mathrm{t}^{\circ}} \mathrm{CuO}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \\\mathrm{CuO}+\mathrm{CO} \xrightarrow{\mathrm{t}^{\circ}} \mathrm{Cu}+\mathrm{CO}_{2}\end{array}\]

Câu 3

Hãy so sánh phương pháp nhiệt luyện và phương pháp thủy luyện. Phương pháp nào thường dùng trong phòng thí nghiệm để tách kim loại? Giải thích.

Gợi ý

- Phương pháp nhiệt luyện: Tách những kim loại hoạt động hoá học trung bình và yếu.

- Phương pháp thuỷ luyện: Tách những kim loại hoạt động hoá học yếu.

Đáp án

* So sánh phương pháp nhiệt luyện và phương pháp thuỷ luyện:

- Giống nhau: cả hai phương pháp đều dùng nguyên tắc khử những ion của kim loại.

- Khác nhau:

+ Phương pháp nhiệt luyện thực hiện khử những ion của kim loại hoạt động yếu và trung bình trong các oxide của chúng ở nhiệt độ cao bằng chất khử C, CO,…

+ Phương pháp thuỷ luyện thực hiện bằng cách hoà tan kim loại hoặc hợp chất của những kim loại hoạt động yếu trong dung dịch thích hợp để tách ra khỏi phần không tan có trong quặng. Sau đó, các ion kim loại được khử bằng kim loại hoạt động mạnh hơn.

* Phương pháp thường được dùng trong phòng thí nghiệm là phương pháp thuỷ luyện vì phương pháp này dễ xảy ra trong dung dịch thích hợp, an toàn và không đòi hỏi nhiệt độ cao như phương pháp nhiệt luyện.

Câu 4

Có thể điện phân dung dịch muối của bạc để tách kim loại này được không? Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra (nếu có).

Gợi ý

Điện phân dung dịch muối của các kim loại để tách những kim loại có độ hoạt động trung bình hoặc yếu như Zn, Fe, \(\mathrm{Sn}, \mathrm{Pb}, \mathrm{Cu} . \mathrm{Ag}, \ldots\)

Đáp án

- Có thể điện phân dung dịch muối của bạc để tách kim loại này.

- Phương trình hóa học:

\[4 \mathrm{AgNO}_{3}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \xrightarrow{\text { ñpdd }} 4 \mathrm{Ag}+4 \mathrm{HNO}_{3}+\mathrm{O}_{2}\]

Câu 5

Tìm hiểu về một số làng nghề tái chế kim loại phổ biến Al, Fe, Cu ở Việt Nam. Nêu thực trạng về môi trường tại làng nghề đó.

Gợi ý

Tìm hiểu về một số làng nghề tái chế kim loại phổ biến Al, Fe, Cu ở Việt Nam. Nêu thực trạng về môi trường tại làng nghề đó.

Đáp án

Ở nước ta, tái chế kim loại ở các địa phương chưa hiệu quả do khả năng tái chế mỗi kim loại cũng như việc thu gom vật liệu để tái chế đang gặp khó khăn. Bên cạnh đó, quy trình, công nghệ tái chế lạc hậu làm cho tình trạng ô nhiễm môi trường ở mức báo động đỏ.

Bài tâp 1

Viết sơ đồ tách các kim loại bằng một phương pháp hoá học thích hợp từ mỗi nguyên liệu \(\mathrm{MgO}\) và \(\mathrm{Fe}_{2} \mathrm{O}_{3}\). Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra (nếu có).

Gợi ý

Các phương pháp tách kim loại:

- Phương pháp nhiệt luyện: Tách những kim loại hoạt động hoá học trung bình và yếu.

- Phương pháp thuỷ luyện: Tách những kim loại hoạt động hoá học yếu.

- Phương pháp điện phân:

+ Điện phân nóng chảy (muối, oxide): Tách những kim loại hoạt động hoá học mạnh.

+ Điện phân dung dịch muối: Tách những kim loại hoạt động hoá học trung bình và yếu.

Đáp án

Bài tập 2

Trình bày phương pháp hoá học thích hợp để tách kim loại bạc ra khỏi hỗn hợp kim loại bạc và đồng. Viết phương trình hoá học của các phản ứng.

Gợi ý

Phương pháp thuỷ luyện thực hiện bằng cách hoà tan kim loại hoặc hợp chất của những kim loại hoạt động yếu trong dung dịch thích hợp để tách ra khỏi phần không tan có trong quặng. Sau đó, các ion kim loại được khử bằng kim loại hoạt động mạnh hơn.

Đáp án

Cho hỗn hợp kim loại bạc và đồng vào dung dịch silver nitrate \(\left(\mathrm{AgNO}_{3}\right)\) dư, đồng tan hết trong dung dịch, bạc không tan, lọc hỗn hợp ta thu được bạc.

\[\mathrm{Cu}+2 \mathrm{AgNO}_{3} \rightarrow \mathrm{Cu}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{2}+\mathrm{Ag} \downarrow\]

Bài tập 3

Đá vôi là loại đá trầm tích bao gồm các khoáng vật calcite và các dạng kết tinh khác nhau của calcium carbonate. Đá vôi (thành phần chính \(\left.\mathrm{CaCO}_{3}\right)\) có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất. Hãy lựa chọn và trình bày phương pháp hoá học thích hợp điều chế calcium từ \(\mathrm{CaCO}_{3}\). Viết phương trình hoá học của các phản ứng.

Gợi ý

Điện phân nóng chảy (muối, oxide): Tách những kim loại hoạt động hoá học mạnh.

Đáp án

Hòa tan muối calcium carbonate bằng dung dịch hydrochloric acid, cô cạn dung dịch và điện phân nóng chảy calcium chloride khan.

\[\begin{array}{l}\mathrm{CaCO}_{3}+2 \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{CaCl}_{2}+\mathrm{CO}_{2} \uparrow+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \\\mathrm{CaCl}_{2} \xrightarrow{\text { üpnc }} \mathrm{Ca}+\mathrm{Cl}_{2} \uparrow\end{array}\]