1. Phương phỏp nhiệt luyện
- Nguyờn tắc: dựng chất khử CO, C, Al, H2 khử oxit kim loại ở nhiệt độ cao - Phạm vi sử dụng: thường dựng trong cụng nghiệp với kim loại sau Al - Sơ đồ chung:
- Vớ dụ: Điều chế Cu từ dung dịch CuSO4:
CuSO4 + 2NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4 Cu(OH)2 t 0 → CuO + H2O CuO + H2 t 0 → Cu + H2O
2. Phương phỏp thủy luyện
- Nguyờn tắc: Dựng dung dịch thớch hợp (HCl, HNO3, nước cường toan, CN-…) hũa tan nguyờn liệu sau đú lấy kim loại mạnh (khụng tan trong nước) đẩy kim loại yếu khỏi dung dịch của nú.
- Phạm vi sử dụng: thường dựng trong phũng thớ nghiệm để điều chế cỏc kim loại sau Mg (thường là kim loại yếu).
- Sơ đồ chung:
Muối tan Hidroxit oxit kim loại
muối không tan
Vớ dụ: Điều chế Cu từ CuO bằng phương phỏp thủy luyện: CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O
Mg + CuSO4 MgSO4 + Cu
3. Phương phỏp điện phõn
a. Điện phõn núng chảy
- Nguyờn tắc: Dựng dũng điện một chiều khử ion kim loại trong chất điện li núng chảy (muối halogenua, oxit, hidroxit).
- Phạm vi sử dụng: cú thể dựng để điều chế tất cả cỏc kim loại nhưng thường dựng với kim loại mạnh: K, Na, Mg, Ca, Ba và Al.
- Sơ đồ chung:
Vớ dụ: Điều chế Ca từ CaCO3:
CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2 CaCl2 điện phõn núng chảy→ Ca + Cl2
b. Điện phõn dung dịch
- Nguyờn tắc: Dựng dũng điện một chiều khử ion kim loại yếu trong dung dịch muối của nú. - Phạm vi sử dụng: Dựng điều chế cỏc kim loại yếu.
* Điện phõn dung dịch chứa một chất tan
- Điện phõn dung dịch kiềm, dung dịch axit cú oxi và dung dịch muối của kim loại mạnh và axit cú oxi thực chất là điện phõn nước. Cỏc chất tan chỉ cú tỏc dụng tăng độ dẫn điện. Vớ dụ điện phõn dung dịch muối Na2SO4, NaOH, H2SO4:
2H2O 2H2 + O2
- Nếu điện phõn dung dịch muối của kim loại mạnh và axit khụng cú oxi kiềm + H2 + phi kim. Vớ dụ điện phõn dung dịch muối NaCl cú màng ngăn:
2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2
- Nếu điện phõn dung dịch muối của kim loại yếu và axit cú oxi kim loại + O2 + axit. Vớ dụ điện phõn dung dịch muối CuSO4:
2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2 + 2H2SO4
- Nếu điện phõn dung dịch muối của kim loại yếu và axit khụng cú oxi kim loại + phi kim. Vớ dụ điện phõn dung dịch muối CuCl2:
CuCl2 Cu + Cl2
* Điện phõn dung dịch hỗn hợp cỏc chất tan
- Thứ tự điện phõn ở catot: cỏc ion kim loại bị điện phõn ngược với thứ tự dóy điện húa. Cụ thể là: Au3+, Pt2+, Ag+, Fe3+, Cu2+, H+, Fe2+, ... H2O. Cỏc ion kim loại mạnh khụng bị điện phõn trong dung dịch.
Muối tan Hidroxit
oxit
kim loại muối không tan
Muối halogenua Hidroxit
oxit
kim loại muối không tan
+ HCl + HCl
+ HCl
- Thứ tự điện phõn ở anot: gốc axit khụng cú oxi, CH3COO-, OH-, H2O. Cỏc anion gốc axit cú oxi khụng bị điện phõn trong dung dịch.
* Cụng thức tớnh lượng chất thoỏt ra ở điện cực
Trong đú: m: lượng chất thoỏt ra ở điện cực (g)
A: khối lượng mol của chất thoỏt ra ở điện cực I: cường độ dũng điện dựng điện phõn (A)
t: số giõy xảy ra quỏ trỡnh điện phõn tạo ra chất cần tớnh khối lượng F: hằng số Faraday (96500)
n: số e trao đổi khi tạo thành 1 mol chất ở điện cực tương ứng với A.
Chỳ ý: Cần phõn biệt rừ điện cực trong pin điện và trong bỡnh điện phõn: + Trong bỡnh điện phõn: cực dương (anot), cực õm (katot). + Trong pin điện: cực dương (katot), cực õm (anot).
Tuy nhiờn dự trong pin điện hay bỡnh điện phõn thỡ tại anot vẫn xảy ra quỏ trỡnh oxi hoỏ, katot xảy ra quỏ trỡnh khử.