ĐIỀU CHẾ CÁC HỢP CHẤT VÔ CƠ A.HALOGEN VÀ ĐỒNG BỌN I.Clo 1.Trạng thái tự nhiên Có trong khoáng vật cacnalit (KCl.MgCl2.6H2O) và xinvinit (NaCl.KCl) 2.Điều chế Nguyên tắc : oxi hóa Cl(-) thành Cl2 a.Trong phòng thí nghiệm Dùng HClđặctác dụng với các chất oxi hóa mạnh (MnO2,KMnO4,KClO3,K2Cr2O7, ) MnO2+4HCl > MnCl2+Cl2+H2O (đun nóng) 2KMnO4+16HCl >2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O (nhiệt độ thường) KClO3+6HCl >KCl+3Cl2+3H2O (nhiệt độ thường) K2Cr2O7+14HCl >2KCl+2CrCl3+3Cl2+7H2O b.Trong công nghiệp (sản phẩm phụ của công nghiệp sản xuất xút (NaOH)) Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn 2NaCl+2H2O >H2+Cl2+2NaOH II.Khí HCl 1.Trong phòng thí nghiệm Dùng NaClrắn (tinh thể)tác dụng H2SO4đặc (phương pháp này cũng được dùng để điều chế HNO3 và HF) NaCl+H2SO4 >NaHSO4+HCl (nhiệt độ không quá 250 độ C hoặc nhiệt độ thường) 2NaCl+H2SO4 >Na2SO4+2HCl (nhiệt độ > 400 độ C) 2.Trong công nghiệp a.Phương pháp sunfat : tương tự điều chế trong phòng thí nghiệm b.Phương pháp tổng hợp H2+Cl2 >2HCl (H2 và Cl2 thu được từ điện phân dd NaCl có màng ngăn) c.Thu HCl tinh khiết từ “clo hóa các chất hữu cơ” III.Các hợp chất khác của Clo 1.Nước Gia-ven Dùng NaOHloãng nguộitác dụng với Clo 2NaOH+Cl2 >NaCl+NaClO+H2O (Hoặc điện phân dd NaCl không màng ngăn) 2.Clorua vôi Dùng Clo tác dụng với vôi tôi hoăc sữa vôi Ca(OH)2+Cl2 >CaOCl2+H2O (30 độ C) 3.Muối Clorat(quan trọng nhất là KClO3) Dùng Clo tác dụng với dd kiềmnóng 3Cl2+6KOH >5KCl+KClO3+3H2O Điện phân dd KCl 25% 3H2O+KCl >KClO3+3H2 (70-75 độ C) IV.Flo 1.Trạng thái tự nhiên Có trong khoáng vật florit (CaF2) và criolit (Na3AlF6 hay AlF3.3NaF) 2.Điều chế a.Trong công nghiệp Do F2 là chất oxi hóa rất mạnh nên không có chất khử nào đủ mạnh để tách được Flo ra khỏi hỗn hợp của nó. Vìvậy phương pháp tối ưu nhất là điện phân hỗn hợp KF+2HF (nhiệt độ nóng chảy 70 độ C)(dùng hỗn hợp này cũng bởi vì giúp giảm nhiệt độ nóng chảy) (Cực dương làm bằng than chì và cực âm làm bằng thép đặc biệt hoặc Cu) V.Khí HF Do F2 tác dụng quá mãnh liệt với nước nên phương phápduy nhất để điều chế HF là dùng CaF2 tác dụng với H2SO4đặc CaF2+H2SO4 >CaSO4+2HF (250 độ C) VI.Brom và Iốt Sau khi lấy muối ăn ra khỏi nước biển, phần còn lại chứa nhiều muối NaBr và KBr.Ta sục khí Cl2 vào dd Bromua: 2NaBr+Cl2 >2NaCl+Br2 (điều chế Iôt tương tự) VII.Khí HBr Thủy phân PBr3 PBr3+3H2O >H3PO3+3HBr Thực tế, cho Br2 tác dụng trực tiếp với P và H2O (PT như trên) VIII.Một số chất khác 1.OF2(oxi florua) Cho F2 qua dd NAOH loãng (khoảng 2%) và lạnh 2F2+2NaOH >2NaF+H2O+OF2 B.OXI VÀ ĐỒNG BỌN I.Oxi 1.Trong phòng thí nghiệm Phân hủy hợp chất chứa oxi vàkém bền nhiệt(thường là những chất có tính oxi hóa mạnh) (KMnO4,KClO3,H2O2, ) 2KMnO4 >K2MnO4+MnO2+O2 (đun nóng) 2KClO3 >2KCl+3O2 (xúc tác MnO2 đun nóng hoặc >500 độ C) 2H2O2 >2H2O+O2 (xúc tác MnO2) ( Nhiệt phân muối nitrat của kim loại kiềm(hoặc kiềm thổ) cũng tạo ra được O2 nhưng chắc do tính nguy hiểm của phản ứng này nên nó không được dùng để điều chế O2 trong phòng thí nghiệm 2RNO3 >2RNO2+O2) 2.Trong công nghiệp a.Từ không khí Không khí hóa lỏng ở áp suất cao, nhiệt độ thấp sau đó chưng cất phân đoạn không khí lỏng thu O2 ở -183 độ C, Ar ở -186 độ C, N2 ở -196 độ C b.Điện phân H2O (có hòa tan các chất điện li như H2SO4, NaOH, để tăng tính dẫn điện) 2H2O >2H2+O2 II.Lưu huỳnh 1.Khai thác lưu huỳnh tự do trong lòng đất Sử dụng hệ thống thiết bị nén H2O siêu nóng (170 độ C) vào mỏ S đẩy S nóng chảy lên (phương pháp Frasch) 2.Sản xuất từ hợp chất a.Đốt H2S trong điều kiện thiếu không khí H2S+O2 >2S+2H2O b.Dùng H2S khử SO2 2H2S+SO2 >3S+2H2O (Thu hồi >90% lượng S trong khí độc SO2 và H2S) III.H2S Trong công nghiệp, không sản xuất H2S (do đây là khí độc và không có ứng dụng trong thực tiễn) Trong phòng thí nghiệm, FeS+HCl(dd) >H2S+FeCl2 IV.SO2 1.Trong phòng thí nghiệm Na2SO3+H2SO4(dd) >Na2SO4+H2O+SO2 (đun nóng) 2.Trong công nghiệp -Đốt cháy S: S+O2 >SO2 -Đốt quặng sunfua kim loại như FeS2,Cu2S, 4FeS2+11O2 >2Fe2O3+8SO2 V.SO3 2SO2+O2< >2SO3 (xúc tác V2O5 450-500 độ C) VI.H2SO4 (3 công đoạn) 1.Sản xuất SO2 2.Sản xuất SO3 3.Sản xuất H2SO4 H2SO4 98% hấp thụ SO3 thu Oleum H2SO4.nSO3 H2SO4+nSO3 >H2SO4.nSO3 Dùng nước thích hợp pha loãng Oleum H2SO4.nSO3+H2O >(n+1)H2SO4 C.NITƠ VÀ ĐỒNG BỌN I.N2 1.Trạng thái tự nhiên Có trong khoáng vật “diêm tiêu natri”(NaNO3) 2.Điều chế a.Trong phòng thí nghiệm NH4NO2 >N2+H2O (đun nóng nhẹ) Hoặc đun nóng nhẹ hỗn hợpbão hòaNH4Cl và NaNO2 NH4Cl+NaNO2 >N2+NaCl+2H2O (đun nóng nhẹ) Hoặc 2NH4Cl+4CuO >N2+H2+CuCl2+3Cu (nhiệt độ) b.Trong công nghiệp Chưng cất phân đoạn không khí lỏng thu N2 ở -196 độ C(xem điều chế O2) II.NH3 1.Trong phòng thí nghiệm -Muối amoni tác dụng chất kiềm đun nóng nhẹ 2NH4Cl+Ca(OH)2 >2NH3+CaCl2+2H2O (Làm khô NH3: cho qua bình đựng CaO) -Điều chế nhanh 1 lượng nhỏ NH3: đun nóng dd NH3 đậmđặc (làm khô như trên) 2.Trong công nghiệp N2+3H2 >2NH3 (450-500 độ C, 200-300 atm, xúc tác Al2O3,K2O, ) III.Một số chất khác(trong phòng thí nghiệm) 1.N2O NH4NO3 >N2O+2H2O (đun nóng nhẹ) 2.NO 3Cu+8HNO3(loãng) >2NO+4H2O+3Cu(NO3)2 3.NO2 Cu+4HNO3(đặc) >2NO2+2H2O+Cu(NO3)2 4.N2O5 2HNO3 (P2O5) >N2O5+H2O 5.N2H4(hidrazin-nhiên liệu tên lửa) trong công nghiệp 2NH3 < > N2H4+H2 (tia cực tím) IV.HNO3 1.Trong phòng thí nghiệm NaNO3 (hoặc KNO3)rắntác dụng với H2SO4đặc nóng NaNO3+H2SO4 >HNO3+NaHSO4 (phương pháp này chỉ điều chế một lượng nhỏ HNO3 bốc khói) 2.Trong công nghiệp PHƯƠNG PHÁP OXI HÓA (3 giai đoạn) a.Oxi hóa NH3 bằng oxi không khí 4NH3+5O2 >4NO+6H2O (800-900 độ C, xúc tác Pt)phảnứng tỏa 907KJ b.Oxi hóa NO thành NO2 (làm nguội NO hóa hợp với O2) 2NO+O2 >NO2 c.Chuyển hóa NO2 thành HNO3 4NO2+2H2O+O2 >4HNO3 PHƯƠNG PHÁP HỒ QUANG N2 >NO >NO2 >HNO3 V.Phốt pho 1.Trạng thái tự nhiên Có trong khoáng vật apatit (3Ca3(PO4)2.CaF2), phốtphorit (Ca3(PO4)2) 2.Điều chế trong công nghiệp Nung hỗn hợp quặng phốtphorit, cát, than cốc ở 1200 độ C trong lò điện Ca3(PO4)2+3SiO2+5C >3CaSiO3+2P+5CO (Hơi P thoát ra ngưng tụ khi làm lạnh, thu P trắng dạng rắn) VI.H3PO4 1.Trong phòng thí nghiệm P+5HNO3(đặc) >H3PO4+5NO2+H2O PCl5+4H2O >H3PO4+5HCl 2.Trong công nghiệp a.Phương pháp trích li: H2SO4đặc+ quặng phốtphorit (hoặc apatit) Ca3(PO4)2+3H2SO4 >3CaSO4+2H3PO4 (nhiệt độ) (Tách muối CaSO4 kết tinh và cô đặc dd, làm lạnh để axit kết tinh.Axit H3PO4 điều chế được không tinh khiết, chất lượng thấp=>chủ yếu để sản xuất phân bón) b.Phương pháp nhiệt: Điều chế H3PO4 tinh khiết và nồngđộ cao hơn 4P+5O2 >2P2O5 (nhiệt độ) P2O5+3H2O >3H3PO4 CACBON VÀ ĐỒNG BỌN I.Cacbon 1.Trạng thái tự nhiên Có trong khoáng vật canxit (CaCO3), magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3.MgCO3) 2.Điều chế a.Kim cương nhân tạo Nung than chì ở 2000 độ C, áp suất 50-100 nghìn atm, xúc tác Fe,Cr hay Ni b.Than chì nhân tạo Nung than cốc ở 2500-3000 độ C trong lò điện (không cókhông khí) c.Than cốc Nung than mỡ khoảng 1000 độ C trong lò cốc (không có không khí) d.Than gỗ Tạo nên khi đốt cháy gỗ trong điều kiện thiếu không khí e.Than muội Nhiệt phân CH4 có xúc tác CH4 >C+H2 6.Than mỏ Khai thác trực tiếp từ các vỉa than trong lòng đất II.CO 1.Trong phòng thí nghiệm Cho H2SO4 đặc và axit HCOOH, đun nóng HCOOH >CO+H2O (nhiệt độ H2SO4 đặc) 2.Trong công nghiệp -Cho hơi nước qua than nung đỏ C+H2O >CO+H2 (Hỗn hợp khí tạo thành gọi làkhí than ướt, chứa trung bình khoảng 44% CO, còn lại là CO2,N2,H2, ) -Sản xuất trong lò gas: thổi không khí qua than nung đỏCO2 bị khử thành CO CO2+C >2CO (Hỗn họp khí thu được gọi làkhí lò gashaykhí than khô, chứa trung bình khoảng 25% CO, ngoài ra là N2,CO2 và một lượng nhỏ khí khác) III.CO2 1.Trong phòng thí nghiệm Cho dd HCl tác dụng với đá vôi trong bình kíp CaCO3+2HCl >CaCl2+CO2+H2O 2.Trong công nghiệp Được tạo ra trong quá trình đốt than để thu năng lượng ngoài ra trong quá trình chuyển hóa khí thiên nhiên, các sản phẩm dầu mỏ, nung vôi, lên men rượu từ glucozo, IV.Si 1.Trạng thái tự nhiên Có trong khoáng vật cao lanh (Al2O3.2SiO2.2H2O), xecpentin (3MgO.2SiO2.2H2O), fenspat (Na2O.Al2O3.6SiO2) 2.Điều chế a.Trong phòng thí nhiệm Đốt cháy hỗn hợp bột Mg với cát nghiền mịn SiO2+2Mg >Si+MgO (đốt cháy) b.Trong công nghiệp Dùng than cốc khử SiO2 trong lò điện ở nhiệt độ cao SiO2+2C >Si+2CO (nhiệt độ) KIM LOẠI I.Phương pháp chung điều chế kim loại(trong công nghiệp) 1.Phương pháp thủy luyện (điều chế kim loại có tính khử yếu như Cu,Hg,Ag,Au, ) Cơ sở của phương pháp là dùng những dung dịch thích hợp như dd H2SO4, NaOH, NaCN, để hòa tan KL và tách ra khỏi phần không tan có trong quặng. Sau đó, các ion KL trong dd được khử bằng KL có tính khử mạnh hơn như Fe,Zn, VD Ag2S+4KCN >2K(Ag(CN)2)+K2S 2K(Ag(CN)2)+Zn >K2(Zn(CN)4)+2Ag 2.Phương pháp nhiệt luyện (điều chế KL có tính khử trung bình và yếu như Zn,Fe,Sn,Pb,Cu, ) Cơ sở của phương pháp là khử những ion LK trong các hợp chất ở nhiệt độ cao bằng các chất khử mạnh như C,CO,H2 hoạc kim loại Al, kim loại kiềm và kiềm thổ -Trường hợp là quặng sunfua KL như Cu2S,ZnS,FeS2, thì phải chuyển sunfua KL thành oxit KL sau đó khử oxit KL bằng chất khử thích hợp. 2ZnS+3O2 >2ZnO+2SO2 (nung) ZnO+C >CO+Zn (nhiệt độ cao) -Đối với những KL khó nóng chảy như Cr,Fe dùng Al làm chất khử (phương pháp nhiệt nhôm) Cr2O3+2Al >2Cr+Al2O3 -Với những KL kém hoạt động như Hg,Ag chỉ cần đốt cháy quặng cũng thu được KL mà không cần phải khử bằng các tác nhân khác. 3.Phương pháp điện phân (điều chế được hầu hết các KL) Cơ sở của phương pháp là dùng dòng điệnmột chiềuđể khử các ion KL. -Điều chế những KL có tính khử mạnh như Li,Na,Al,K, bằng cách điện phân những hợp chất (muối, bazơ, oxit)nóng chảycủa chúng 2KCl >2K+Cl2 -Điều chế KL có tính khử trung bình và KL có tính khử yếu như Zn,Cu, bằng cách điện phân dung dịch muối của chúng 2ZnSO4+2H2O >2Zn+2H2SO4+H2 II.Kim loại kiềm và kiềm thổ Do không có chất nào khử được ion KL kiềm nên phương pháp thường dùng là điện phân nóng chảy muốihalogenua của chúng thu KL ở Catot Điều chế Na: điện phân hỗn hợp 2NaCl+CaCl2 (để hạ nhiệt độ nóng chảy xuống còn khoảng 600 độ C) 2NaCl >2Na+Cl2 *Điều chế NaOH Điện phân dd có màng ngăn 2NaCl+2H2O >H2+Cl2+2NaOH (dd NaOH lẫn nhiều NaCl. Người ta cô đặc dd NaCl ít tan sovới NaOH nên kết tinh trước.Tách NaCl còn lại NaOH) III.Al Điện phân nóng chảy Al2O3 và Na3AlF6 (nhiệt độ nóng chảy 900 độ C) (Tác dụng: tiết kiệm năng lượng,tạo chất lỏng có tính dẫn điện tốt hơn Al2O3,hỗn hợp này có khối lượng riêng < Al nổi lên trên Al, ngăn cản Al tiếp xúc với không khí) 2Al2O3 >4Al+3O2 IV.Cr 1.Trạng thái tự nhiên Có trong quặng cromit (FeO.Cr2O3) 2.Điều chế Tách Cr2O3 từ quặng cromit, điều chế Cr bằng phương pháp nhiệt nhôm Cr2O3+2Al >2Cr+Al2O3 (nhiệt độ) (Độ tinh khiết của Cr 97-99%, tạp chất là Al,Fe,Si) V.Fe và đồng bọn 1.Trạng thái tự nhiên Có trong quặng hematit đỏ (Fe2O3), hematit nâu (Fe2O3.nH2O), manhetit (Fe3O4)-quặng giàu Fe nhất, xiderit (FeCO3), pirit sắt (FeS2) 2.Điều chế a.Fe 3Fe2O3+CO >2Fe3O4+CO2 (400 độ C) Fe3O4+CO >3FeO+CO2 (500-600 độ C) FeO+CO >Fe+CO2 (700-800 độ C) b.FeO (phòng thí nghiệm) phân hủy Fe(OH)2 ở nhiệt độ cao (không có không khí) Fe(OH)2 >FeO+H2O (nhiệt độ) c.Fe(OH)2 (phòng thí nghiệm) Phản ứng trao đổi ion của dd muối Fe(II) + dd bazo (không có không khí) FeCl2+2NaOH >Fe(OH)2+ 2NaClhayFe(2+)+2OH(-) >Fe(OH)2 c.Muối Fe(II) (phòng thí nghiệm) -Fe hoặc hợp chất Fe(II) như FeO, Fe(OH)2 tác dụng với dd HCl hoặc H2SO4 (không có không khí) -Từ muối Fe(III) 2FeCl3+Fe >3FeCl2 d.Fe2O3 Phân hủy Fe(OH)3 ở nhiệt độ cao 2Fe(OH)3 >Fe2O3+3H2O e.Fe(OH)3 Phản ứng trao đổi ion của dd muối Fe(III) hoặc phản ứng oxi hóa Fe(OH)2 FeCl3+3NaOH >2NaCl+Fe(OH)3hayFe(3+)+3OH(-) >Fe(OH)3 f.Muối Fe(III) Điều chế trực tiếp từ phản ứng Fe tác dụng với chất oxi hóa mạnh như Cl2,HNO3,H2SO4(đặc, nóng), phản ứng hợp chất Fe(III) với axit 2Fe(OH)3+3H2SO4 >Fe2(SO4)3+6H2O Fe2O3+6HCl >2FeCl3+3H2O . ĐIỀU CHẾ CÁC HỢP CHẤT VÔ CƠ A.HALOGEN VÀ ĐỒNG BỌN I.Clo 1.Trạng thái tự nhiên Có trong khoáng vật cacnalit (KCl.MgCl2.6H2O) và xinvinit (NaCl.KCl) 2 .Điều chế Nguyên tắc : oxi. tự điều chế trong phòng thí nghiệm b.Phương pháp tổng hợp H2+Cl2 >2HCl (H2 và Cl2 thu được từ điện phân dd NaCl có màng ngăn) c.Thu HCl tinh khiết từ “clo hóa các chất hữu cơ III .Các hợp chất. không cần phải khử bằng các tác nhân khác. 3.Phương pháp điện phân (điều chế được hầu hết các KL) Cơ sở của phương pháp là dùng dòng điệnmột chiềuđể khử các ion KL. -Điều chế những KL có tính khử