Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Điều chế kim loại

Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Điều chế kim loại. Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Điều chế kim loại. Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Điều chế kim loại. Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Điều chế kim loại. Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Điều chế kim loại. Tóm tắt lý thuyết Hóa học 12: Điều chế kim loại.

Bài 21: ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI A NGUYÊN TẮC Thực q trình khử ion (ion hố ) kim loại kimn loại tự do: Mn+ ne  M B PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ I Phương pháp thuỷ luyện (thuỷ luyện kim ) * Nguyên tắc: Dùng kim loại có tính khử mạnh để khử ion kim loại có tính khử yếu từ dung dịch muối kim loại tự * Phạm vi sử dụng: Điều chế kim loại hoạt động yếu ( thường kim loại đứng sau H2 ) VD: Fe + CuSO4  FeSO4 + Cu Fe + Cu2+  Fe2+ + Cu II Phương pháp nhiệt luyện ( hỏa luyện kim) * Nguyên tắc: Dùng chất khử mạnh CO, C, H2 hay kim loại Al để khử ion kim loại oxit nhiệt độ cao kim loại tự * Phạm vi sử dụng: Thường dùng điều chế kim loại trung bình yếu ( thường sau Al ) Cụ thể: + Với chất khử CO, H2 khử kim loại sau Zn t0 CuO + H2 �� � Cu + H2O Fe2O3 + 3CO dư  2Fe + 3CO2 t0 Al2O3 + CO �� � không xảy t MgO + CO �� � t FeO + H2 �� � Fe + H2O + Với chất khử C khử oxit kim loại từ Zn trở đi: t0 ZnO + C �� � Zn + CO t CuO + C �� � Cu + CO Al2O3 + C không phản ứng + Với chất khử Al (xem phản ứng nhiệt phân Al) III Phương pháp điện phân( điện luyện kim) Ví dụ: Sơ đồ điện phân NaCl nóng chảy Sơ đồ điện phân: Catot (-) NaCl Anot (+) Na+ (nóng chảy) Cl- Cl2 + 1e Na+ + 1e  Na Cl-  ( Quá trình khử ) ( Q trình oxi hố ) Phương trình điện phân nóng chảy: dpnc 2NaCl ��� � 2Na + Cl2 (K) (A) Trang 1 Định nghĩa : Sự điện phân qua trình oxi hóa - khử xảy bề mặt điện cực bình điện phân có dòng điện chiều chạy qua dung dịch chất điện phân trạng tháI dung dịch trạng thái nóng chảy Chú ý : * Điện cực dương bình điện phân gọi anơt : xảy q trình oxi hố điện cực âm bình điện phân gọi catơt : xảy q trình khử * Chất điện phân axit , bazơ , muối , oxit kim loại * Nguyên tắc : Dùng dòng điện chiều để khử ion kim loại catot (K) (cực âm) * Phạm vi sử dụng: Dùng để điều chế hầu hết kim loại với độ tinh khiết cao * Phân loại điện phân : Có kiểu điện phân điện phân nóng chảy điện phân dung dịch Điện phân nóng chảy : * Ở trạng thái nóng chảy, tinh thể chất điện phân bị phá vỡ thành ion chuyển động hỗn loạn Khi có dòng điện chiều chạy qua , ion dương chạy catơt bị khử đó, ion âm chạy anơt bị oxi hố Ví dụ: Điện phân KOH nóng chảy KOH � K+ + OHCatot (-) KOH Anot (+) K+ (nóng chảy) OH 2K+ + 2e  2K 2OH -  H2O + O2 + 2e Phương trình điện phân * Điện phân nóng chảy xảy nhiệt độ cao nên xảy phản ứng phụ sản phẩm điện phân (O2, Cl2 ) điện cực (anôt) thường làm than chì Ví dụ: điện phân Al2O3 nóng chảy (có pha thêm criolit 3NaF.AlF3) 1000oC Catot (-) Al2O3 Anot (+) 3+ AL (nóng chảy) O 22Al3+ +6e  2Al 3O2-  O2 + 6e Phương trình điện phân Phản ứng phụ : (Than chì làm anôt bị dần, nên sau thời gian phải bổ sung vào điện cực) * Chú ý : Ứng dụng: Phương pháp điện phân hợp chất nóng chảy dùng để điều chế kim loại hoạt động mạnh: + Điều chế kim loại kiềm: Điện phân muối clorua hiđroxit nóng chảy + Điều chế kim loại kiềm thổ: Điện phân muối clorua nóng chảy + Điều chế Al: Điện phân Al2O3 nóng chảy Điện phân dung dịch ( dung môi nước) Trang a) Nguyên tắc: Khi điện phân dung dịch, tham gia trình oxi hố - khử điện cực ngồi ion chất điện phân có ion H+ OH nước thân kim loại làm điện cực Khi q trình oxi hố - khử thực tế xảy phụ thuộc vào so sánh tính oxihoá - khử mạnh hay yếu chất bình điện phân.cu thể : * catơt : ion có tính oxihóa mạnh điện phân trước * anơt : ion có tính khử mạnh điện phân trước b) Thứ tự khử catơt Kim loại yếu cation có tính oxi hố mạnh dễ bị khử catơt (trừ trường hợp ion H+) Có thể áp dụng quy tắc sau : 1- Dễ khử cation kim loại đứng sau Al dãy điện hố ( trừ ion H+ ), ion kim loại cưối dãy dễ bị khử 2- Tiếp đến ion H+ dung dịch : 2H+ + 2e � H2 hay 2H2O + 2e � H2 + 2OH3- Khó khử ion kim loại mạnh, kể từ K � Al ( dãy điện hố.) (Al3+,Mg2+,Ca2+,Na+, ).Những ion thực tế khơng bị khử điện phân dung dịch c) Thứ tự oxi hố canơt Nói chung ion phân tử có tính khử mạnh dễ bị oxi hố Có thể áp dụng kinh nghiệm sau: 1-Dễ bị oxi hoá thân kim loại dùng làm anôt Trừ trường hợp anôt trơ (khơng bị ăn mòn) làm Pt, hay than chì(C) 2- Sau đến ion gốc axit khơng có oxi : I- > Br – > Cl - > S2- > RCOO- … CH3COO - � CH3- CH3 � + 2CO2 �+ 2e 3- Rồi đến ion 2OH-  nước kiềm tan dung dịch 4OH- � O2 + 2H2O + 4e hay 2H2O � 4H+ + O2 + 4e 4- Khó bị oxi hố anion gốc axit có oxi như, , … Thực tế anion khơng bị oxi hố điện phân dung dịch d) Ứng dụng điện phân dung dịch : Phương pháp điện phân dung dịch dùng để điều chế kim loại có tính khử trung bình yếu (sau Al) * Điều chế kim loại đứng sau Al dãy điện hoá * Tinh chế kim loại * Mạ đúc kim loại điện * Điều chế số hố chất thơng dụng: H2, Cl2, O2,…, hiđroxit kim loại kiềm * Tách riêng số kim loại khỏi hỗn hợp dung dịch e) Một số ví dụ áp dụng quy tắc Ví dụ 1: Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực than chì : dpdd CuCl2 ��� � Cu + Cl2 (K) (A) Ví dụ 2: Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực Pt: Phương trình điện phân: Ví dụ 3: Điện phân dung dịch Na2SO4 với điện cực Pt: Trang Phương trình điện phân: Ví dụ 4: Điện phân dung dịch NaCl với anơt than chì: Phương trình điện phân: Trong trình điện phân, dung dịch khu vực xung quanh catôt, ion H + bị dần., H2O tiếp tục điện li, khu vực giàu ion OH tạo thành (cùng với Na+) dung dịch NaOH Ở anơt, ion Cl bị oxi hố thành Cl2 Một phần hoà tan vào dung dịch phần khuếch tán sang catôt, tác dụng với NaOH tạo thành nước Javen: Vì muốn thu NaOH phải tránh phản ứng tạo nước Javen cách dùng màng ngăn bao bọc lấy khu vực anôt để ngăn khí Cl2 khuếch tán vào dung dịch Ví dụ 5: Điện phân dung dịch KNO3 với anôt Cu Khi điện phân, khu vực catôt, ion H + dần, nồng độ OH  tăng dần, dung dịch có tính kiềm tăng dần anơt ion Cu2+ tan vào dung dịch Trong dung dịch xảy phản ứng Phương trình điện phân: Bản thân KNO3 khơng bị biến đổi nồng độ tăng dần Trang 4 Cơng thức Farađây: Trong đó: m khối lượng chất giải phóng điện phân (gam) A khối lượng mol chất n số e trao đổi tạo thành nguyên tử hay phân tử chất Q điện lượng phóng qua bình điện phân (Culông) F số Farađây (F = 96500 Culông.mol-1) I cường độ dòng điện (Ampe) t thời gian điện phân (giây) ( A : gọi đương lượng điện hố, gọi tắt đương lượng, kí hiệu Đ ) n Ví dụ: Tính khối lượng oxi giải phóng anơt cho dòng điện ampe qua bình điện phân đựng dung dịch Na2SO4 20 phút 25 giây Giải: Áp dụng công thức Farađây: A = 16 , n = , t = 4825 giây , I = 5; Trang ... phân dung dịch dùng để điều chế kim loại có tính khử trung bình yếu (sau Al) * Điều chế kim loại đứng sau Al dãy điện hoá * Tinh chế kim loại * Mạ đúc kim loại điện * Điều chế số hố chất thơng... chảy dùng để điều chế kim loại hoạt động mạnh: + Điều chế kim loại kiềm: Điện phân muối clorua hiđroxit nóng chảy + Điều chế kim loại kiềm thổ: Điện phân muối clorua nóng chảy + Điều chế Al: Điện... muối , oxit kim loại * Nguyên tắc : Dùng dòng điện chiều để khử ion kim loại catot (K) (cực âm) * Phạm vi sử dụng: Dùng để điều chế hầu hết kim loại với độ tinh khiết cao * Phân loại điện phân