Giải Khoa học tự nhiên 9 trang 97
Lời giải chi tiết SGK Lớp 9 · Môn Khoa Há»c Tá»± NhiĂªn · Trang 97–98
Tóm tắt lý thuyết Bài 20: Tách kim loại và việc sử dụng hợp kim
I – Phương pháp tách kim loại
- Trong tự nhiên, kim loại chủ yếu tồn tại trong quặng dưới dạng hợp chất (oxide, muối). Ví dụ:
- Aluminium oxide → quặng bauxite
- Iron(III) oxide → quặng hematite
- Zinc sulfide → quặng sphalerite
- Một số kim loại quý như vàng tồn tại ở dạng đơn chất.
- Tùy mức độ hoạt động hóa học của kim loại, chọn phương pháp tách phù hợp:
| Phương pháp | Áp dụng cho kim loại | Ví dụ |
|---|---|---|
| Điện phân nóng chảy | Hoạt động hóa học mạnh | Na, Ca, Mg, Al |
| Nhiệt luyện | Hoạt động hóa học trung bình | Fe, Zn (dùng C, CO, H₂, Al…) |
| Thủy luyện | Hoạt động hóa học yếu | Ag, Au |
II – Quá trình tách một số kim loại quan trọng
- Tách nhôm (điện phân nóng chảy):
$$2Al_2O_3 \xrightarrow{\text{điện phân nóng chảy, Cryolite}} 4Al + 3O_2$$
(Cryolite giúp hạ nhiệt độ nóng chảy của Al₂O₃, tiết kiệm năng lượng.)
- Tách sắt (nhiệt luyện bằng CO):
$$Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t^o} 2Fe + 3CO_2$$
- Tách kẽm (hai bước):
$$2ZnS + 3O_2 \xrightarrow{t^o} 2ZnO + 2SO_2$$
$$ZnO + C \xrightarrow{t^o} Zn + CO$$
Câu hỏi trang 95: Nêu các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng
Lời giải
Quy trình tách kim loại từ quặng gồm các bước cơ bản:
- Khai thác quặng từ tự nhiên.
- Làm giàu quặng: loại bỏ các tạp chất như đất, cát, đá… để tăng hàm lượng hợp chất chứa kim loại.
- Tách kim loại ra khỏi hợp chất bằng phương pháp hóa học phù hợp với mức độ hoạt động hóa học của kim loại (điện phân nóng chảy, nhiệt luyện hoặc thủy luyện).
Câu hỏi 1 trang 96: Điểm giống và khác nhau giữa quá trình tách kẽm và tách sắt
Lời giải
Điểm giống nhau:
- Đều thuộc phương pháp nhiệt luyện (thực hiện ở nhiệt độ cao).
- Đều dùng chất khử (C hoặc CO) để khử oxide kim loại, thu được kim loại tự do.
- Nguyên liệu trực tiếp để tách kim loại đều là oxide kim loại (ZnO và Fe₂O₃).
Điểm khác nhau:
| Tiêu chí | Tách sắt | Tách kẽm |
|---|---|---|
| Nguyên liệu ban đầu | Iron(III) oxide (Fe₂O₃) | Zinc sulfide (ZnS) |
| Số giai đoạn | 1 giai đoạn (khử trực tiếp) | 2 giai đoạn (đốt ZnS → ZnO, rồi khử ZnO) |
| Chất khử | CO | C (than) |
| Bước xử lý sơ bộ | Không cần chuyển hóa | Phải đốt ZnS thành ZnO trước |
Lý do khác nhau: kẽm tồn tại dạng sulfide (ZnS) nên phải đốt trong không khí chuyển thành oxide (ZnO) rồi mới khử được; còn sắt đã sẵn ở dạng oxide nên khử trực tiếp.
Câu hỏi 2 trang 96: Natri có tách được bằng phương pháp nhiệt luyện như tách kẽm không? Vì sao?
Lời giải
Đáp án: Không tách được bằng phương pháp nhiệt luyện.
Giải thích:
- Natri (Na) là kim loại có mức độ hoạt động hóa học rất mạnh.
- Các chất khử thông thường trong nhiệt luyện như C, CO, H₂ chỉ khử được oxide của những kim loại hoạt động trung bình hoặc yếu (như Fe, Zn, Cu…). Chúng không đủ mạnh để khử ion Na⁺ trong hợp chất thành Na kim loại.
- Vì vậy, để tách natri người ta phải dùng phương pháp điện phân nóng chảy hợp chất của natri (ví dụ NaCl nóng chảy), giống như các kim loại mạnh khác (Ca, Mg, Al).
Tóm lại, mức độ hoạt động hóa học càng mạnh thì càng khó khử bằng nhiệt luyện, nên Na bắt buộc dùng điện phân nóng chảy.