Trong tự nhiên, hầu hết các kim loại tồn tại dưới dạng hợp chất, ngoại trừ vài loại như vàng và bạch kim. Chúng tồn tại dưới dạng ion dương trong các hợp chất đó. Do đó, để điều chế kim loại, chúng ta cần khử ion kim loại thành dạng nguyên tử độc lập, tức là tách các hợp chất chứa kim loại thành nguyên tử kim loại.
Mục lục
Nguyên tắc cơ bản của điều chế kim loại
Đầu tiên, chúng ta cần nhớ phương trình phản ứng tổng quát trong quá trình điều chế kim loại: Mn+ + ne -> M. Sơ đồ tư duy điều chế kim loại cũng được áp dụng để tách các hợp chất chứa kim loại thành nguyên tử chứa kim loại độc lập.
Các phương pháp điều chế kim loại
1. Phương pháp thủy luyện
Phương pháp này còn được gọi là phương pháp ướt và áp dụng để điều chế các kim loại có hoạt động thấp như Đồng, Thủy Ngân, Vàng, Bạc… Phương pháp này thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm để điều chế những kim loại yếu sau Magie. Cách điều chế là sử dụng các dung dịch như HNO3, H2SO4, HCl, nước cường toan để hòa tan hợp chất chứa kim loại cần điều chế. Sau đó, sử dụng một kim loại không tan trong nước để đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch thu được sau khi hòa tan.
Ví dụ:
- Để điều chế kim loại Bạc, ta nghiền nhỏ quặng Bạc sunfua Ag2S rồi cho vào dung dịch NaCN. Sau khi lọc, ta thu được dung dịch muối phức Bạc. Tiếp theo, cho dung dịch muối phức Bạc đó tác dụng với kẽm để thu được Bạc cần điều chế.
2. Phương pháp nhiệt luyện
Đây là phương pháp rộng rãi được áp dụng trong công nghiệp để điều chế các kim loại có hoạt động trung bình như Chì, Sắt, Kẽm, Crom, Thiếc… Cách điều chế là sử dụng các chất khử mạnh như C, H2, CO, kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ để khử ion kim loại trong hợp chất ở nhiệt độ cao.
Ví dụ:
- Để điều chế kim loại Sắt, ta sử dụng phản ứng: Fe2O3 + 3H2 -> 2Fe + 3H2O.
- Để điều chế kim loại Kẽm, ta sử dụng phản ứng: ZnO + C -> Zn + CO.
3. Phương pháp điện phân
Phương pháp điện phân sử dụng dòng điện 1 chiều để khử ion kim loại thành ion tự do. Phương pháp này có thể áp dụng để điều chế hầu hết tất cả các kim loại. Trong phản ứng này, electron không trực tiếp chuyển giao cho nhau mà phải truyền qua dây dẫn do tác dụng của điện năng.
- Điện phân nóng chảy: Dùng dòng điện 1 chiều để khử ion kim loại trong chất điện li nóng chảy. Thường được sử dụng để điều chế các kim loại mạnh như Natri, Magie, Bari, Canxi, Nhôm…
Ví dụ:
-
Để điều chế Nhôm, ta điện phân nóng chảy dung dịch Al2O3.
-
Điện phân dung dịch: Sử dụng dòng điện 1 chiều để khử ion kim loại yếu trong dung dịch muối của nó, áp dụng trong điều chế các kim loại yếu.
Ví dụ:
- Điện phân dung dịch CuCl2 để điều chế Đồng.
Định luật Faraday cho biết khối lượng của chất giải phóng ở mỗi điện cực tỷ lệ với điện lượng đi qua dung dịch và đương lượng của chất. Công thức tính khối lượng là: m = A n I * t / F, trong đó A là khối lượng mol của nguyên tử chất thu được ở điện cực, n là số electron cho hoặc nhận, I là cường độ dòng điện, t là thời gian điện phân và F là hằng số Faraday.
Đó là những kiến thức cơ bản về cách điều chế kim loại. Hi vọng rằng những kiến thức này sẽ giúp bạn giải đáp các câu hỏi và bài tập liên quan đến chủ đề này.
