Giải Hóa học 12 trang 97
Lời giải chi tiết SGK Lớp 12 · Môn HĂ³a Há»c · Trang 97–98
Hai trang này thuộc bài "Tách kim loại". Mình tóm tắt lý thuyết rồi giải lần lượt từng câu hỏi nhé.
Tóm tắt lý thuyết
Nguyên tắc tách (điều chế) kim loại: khử ion kim loại thành nguyên tử.
$$M^{n+} + ne \longrightarrow M$$
Có các nhóm phương pháp chính, chọn theo độ hoạt động của kim loại:
| Nhóm kim loại | Ví dụ | Phương pháp |
|---|---|---|
| Hoạt động mạnh | K, Na, Ca, Mg, Al | Điện phân nóng chảy (oxide hoặc muối chloride) |
| Trung bình – yếu | Zn, Fe, Sn, Pb, Cu | Nhiệt luyện, điện phân dung dịch, thủy luyện |
Một số phản ứng minh họa trong bài:
- Điện phân MgCl₂ nóng chảy:
$$MgCl_2 (l) \xrightarrow{đpnc} Mg (l) + Cl_2 (g)$$
- Nhiệt luyện tách sắt:
$$Fe_2O_3 (s) + 3CO (g) \xrightarrow{t^o} 2Fe (l) + 3CO_2 (g)$$
- Điện phân dung dịch CuCl₂:
$$CuCl_2 (aq) \xrightarrow{đpdd} Cu (s) + Cl_2 (g)$$
- Thủy luyện (dùng Fe khử Cu²⁺):
$$Fe (s) + CuSO_4 (aq) \longrightarrow FeSO_4 (aq) + Cu (s)$$
Câu hỏi 1
Đề:
a) Hãy cho biết những kim loại nào tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên.
b) Hãy tìm hiểu và cho biết một số mỏ quặng kim loại quan trọng ở Việt Nam.
Lời giải:
a) Những kim loại tồn tại được ở dạng đơn chất trong tự nhiên là các kim loại kém hoạt động, không bị oxi hóa bởi oxygen, hơi nước hay các chất khác trong môi trường. Đó là các kim loại quý như vàng (Au), bạc (Ag), platinum (Pt), và một phần đồng (Cu).
Lý do: vì chúng có tính khử rất yếu nên không phản ứng (hoặc rất khó phản ứng) với các chất xung quanh, do đó giữ được trạng thái đơn chất. Còn các kim loại hoạt động mạnh và trung bình luôn tồn tại ở dạng hợp chất (oxide, sulfide, muối...).
b) Một số mỏ quặng kim loại quan trọng ở Việt Nam:
| Kim loại | Quặng / mỏ tiêu biểu |
|---|---|
| Sắt (Fe) | Mỏ sắt Thạch Khê (Hà Tĩnh), Trại Cau (Thái Nguyên) – quặng hematite, magnetite |
| Nhôm (Al) | Mỏ bauxite Tây Nguyên (Đắk Nông, Lâm Đồng) – trữ lượng rất lớn |
| Đồng (Cu) | Mỏ đồng Sin Quyền (Lào Cai) |
| Thiếc (Sn) | Mỏ thiếc Tĩnh Túc (Cao Bằng) |
| Titanium (Ti) | Sa khoáng titan ven biển Bình Định, Hà Tĩnh |
| Kẽm – chì (Zn, Pb) | Mỏ Chợ Điền, Chợ Đồn (Bắc Kạn) |
Câu hỏi 2
Đề:
a) Hãy cho biết những kim loại nào thường được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy. Giải thích.
b) Hãy viết các quá trình xảy ra trên các điện cực và phương trình hóa học của phản ứng khi điện phân nóng chảy muối ăn.
Lời giải:
a) Các kim loại hoạt động hóa học mạnh như K, Na, Ca, Mg, Al được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy.
Giải thích: ion của các kim loại này có tính oxi hóa rất yếu, rất khó bị khử. Các chất khử thông thường (C, CO, hay kim loại khác) không khử được chúng. Khi điện phân dung dịch thì nước bị khử trước chứ không phải ion kim loại. Vì vậy phải điện phân hợp chất (oxide, muối chloride) ở trạng thái nóng chảy mới khử được ion kim loại thành kim loại tự do.
b) Điện phân nóng chảy muối ăn (NaCl).
NaCl nóng chảy phân li: $NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^-$
- Ở cathode (cực âm), Na⁺ bị khử:
$$Na^+ + 1e \longrightarrow Na$$
- Ở anode (cực dương), Cl⁻ bị oxi hóa:
$$2Cl^- \longrightarrow Cl_2 + 2e$$
- Phương trình điện phân:
$$2NaCl (l) \xrightarrow{đpnc} 2Na (l) + Cl_2 (g)$$
Câu hỏi 3
Đề: Hãy kể tên một số kim loại được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện.
Lời giải:
Phương pháp nhiệt luyện dùng để điều chế các kim loại có độ hoạt động trung bình, yếu, ví dụ: kẽm (Zn), sắt (Fe), thiếc (Sn), chì (Pb), đồng (Cu).
Nguyên tắc: khử oxide kim loại ở nhiệt độ cao bằng các chất khử như C, CO, H₂...
$$ZnO (s) + C (s) \xrightarrow{t^o} Zn (g) + CO (g)$$
$$Fe_2O_3 (s) + 3CO (g) \xrightarrow{t^o} 2Fe (l) + 3CO_2 (g)$$
Hoạt động: Quan sát Hình 20.2 (Điện phân dung dịch CuSO₄)
Đề:
- Cho biết điện cực nào là điện cực dương, điện cực nào là điện cực âm.
- Hãy viết các quá trình xảy ra trên các điện cực và phương trình hóa học của phản ứng điện phân dung dịch CuSO₄.
Lời giải:
- Điện cực nối với cực dương của nguồn điện là anode (điện cực dương); điện cực nối với cực âm của nguồn điện là cathode (điện cực âm). Trong bình điện phân CuSO₄, Cu sẽ bám vào cathode (cực âm), khí O₂ thoát ra ở anode (cực dương).
- Trong dung dịch: $CuSO_4 \rightarrow Cu^{2+} + SO_4^{2-}$, ngoài ra còn có nước H₂O.
- Ở cathode (cực âm): Cu²⁺ bị khử (mạnh hơn nước):
$$Cu^{2+} + 2e \longrightarrow Cu$$
- Ở anode (cực dương): nước bị oxi hóa (ion SO₄²⁻ không bị điện phân):
$$2H_2O \longrightarrow O_2 + 4H^+ + 4e$$
- Phương trình hóa học của phản ứng điện phân:
$$2CuSO_4 (aq) + 2H_2O (l) \xrightarrow{đpdd} 2Cu (s) + O_2 (g) + 2H_2SO_4 (aq)$$
Hoạt động phần a (Điện phân Al₂O₃ nóng chảy)
Hai câu hỏi nhỏ trong khung hoạt động cũng nên trả lời cho đầy đủ:
- Vai trò của cryolite (Na₃AlF₆): hòa tan Al₂O₃, hạ nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp từ khoảng 2 050 °C xuống còn khoảng 900 °C, giúp tiết kiệm năng lượng; đồng thời làm hỗn hợp dẫn điện tốt hơn và tạo lớp bảo vệ nhôm nóng chảy khỏi bị oxi hóa bởi không khí.
- Vì sao phải thay cực dương sau một thời gian: cực dương (anode) làm bằng than chì (carbon). Ở anode, oxygen sinh ra ở nhiệt độ cao sẽ đốt cháy dần điện cực carbon:
$$C (s) + O_2 (g) \xrightarrow{t^o} CO_2 (g)$$
$$2C (s) + O_2 (g) \xrightarrow{t^o} 2CO (g)$$
Do đó điện cực dương bị mòn dần, phải thay định kỳ.
Em xem qua nhé, có chỗ nào cần mình giải kỹ hơn (ví dụ cách so sánh tính oxi hóa để xác định chất bị điện phân trước) cứ nói nha.