Phương pháp thủy luyện là gì (chi tiết nhất)

Bài viết Phương pháp thủy luyện là gì lớp 12 chi tiết nhất là kiến thức có trong chương trình Hóa học 12 giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm về Phương pháp thủy luyện.

Phương pháp thủy luyện là gì (chi tiết nhất)

1. Phương pháp thủy luyện là gì?

- Phương pháp thủy luyện là một trong các phương pháp dùng để tách kim loại trung bình, yếu. Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp như dung dịch H₂SO₄, NaOH, NaCN,... để hoà tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại, tách phần không tan ra khỏi dung dịch. Sau đó khử những ion kim loại này trong dung dịch bằng kim loại có tính khử mạnh hơn như Fe, Zn,...

Ví dụ: Dùng Fe để khử ion Cu²⁺ trong dung dịch muối đồng.

Fe(s) + CuSO₄(aq) ⟶ FeSO₄(aq) + Cu(s)

2. Kiến thức mở rộng

2.1. Nguyên tắc tắc kim loại

Nguyên tắc điều chế kim loại là khử ion kim loại thành nguyên tử:

Mⁿ⁺ + ne ⟶ M

2.2. Tách kim loại hoạt động hoá học mạnh - Điện phân nóng chảy

Những kim loại hoạt động hoá học mạnh như K, Na, Ca, Mg, Al,... được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy các hợp chất của chúng (oxide, muối chloride).

a) Điện phân oxide nóng chảy

Ví dụ: Sản xuất Al bằng phương pháp điện phân

Các phản ứng xảy ra tại các điện cực khi điện phân Al₂O₃ nóng chảy trong quá trình sản xuất Al như sau:

Ở cực âm xảy ra sự khử ion Al³⁺:

Al³⁺ + 3e → Al

Ở cực dương xảy ra sự oxi hoá ion O^2-:

$O^{2-}\stackrel{}{\to }\frac{1}{2}{O}_2+2\text{e}$

Phương trình hoá học của phản ứng điện phân:

2Al₂O₃(l) → 4Al(l) + 3O₂(g)

Trong thực tế Al₂O₃ nóng chảy ở nhiệt độ rất cao (2072^oC). Bằng cách thêm cryolite (Na₃AlF₆), nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp còn khoảng 1000^oC từ đó tiết kiệm được nhiều năng lượng cũng như giảm giá thành chế tạo bể điện phân.

b) Điện phân muối chloride nóng chảy

Để điều chế các kim loại như K, Na, Ca, Mg,... người ta điện phân muối chloride của chúng ở trạng thái nóng chảy.

Ví dụ: Tách magnesium bằng cách điện phân magnesium chloride nóng chảy với điện cực than chì (graphite) theo phương trình hoá học dưới đây:

2MgCl₂(l) $\stackrel{đpnc}{\to }$ 2Mg(l) + Cl₂(g)

Trong đó, tại anode và cathode xảy ra các quá trình sau:

Anode (+) : 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e

Cathode (-): Mg²⁺ + 2e → Mg

2.3. Tách kim loại hoạt động trung bình, yếu

a) Phương pháp nhiệt luyện

- Nguyên tắc: Khử các oxide kim loại ở nhiệt độ cao bằng chất khử như C, CO,...

Những kim loại có độ hoạt động trung bình, yếu như Zn, Fe, Sn, Pb, Cu,... thường được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện.

Ví dụ: Tách kẽm từ quặng zinc blende.

Đốt quặng zinc blende:

2ZnS(s) + 3O₂(g)  $\stackrel{{\text{t}}^{\text{o}}}{\to }$   2ZnO(s) + 2SO₂(g).

Khử zinc oxide ở nhiệt độ cao bằng than cốc:  

ZnO(s) + C(s) $\stackrel{{\text{t}}^{\text{o}}}{\to }$ Zn(g) + CO(g).

b) Phương pháp điện phân dung dịch

Kim loại hoạt động trung bình hoặc yếu có thể được điều chế bằng cách điện phân dung dịch muối của chúng.

Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCl₂ để điều chế Cu.

Phương trình hoá học của phản ứng điện phân: 

CuCl₂(aq) ⟶ Cu(s) + Cl₂(g)

c) Phương pháp thuỷ luyện

Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp như dung dịch H₂SO₄, NaOH, NaCN,... để hoà tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại, tách phần không tan ra khỏi dung dịch. Sau đó khử những ion kim loại này trong dung dịch bằng kim loại có tính khử mạnh hơn như Fe, Zn,...

Ví dụ: Dùng Fe để khử ion Cu²⁺ trong dung dịch muối đồng.

Fe(s) + CuSO₄(aq) ⟶ FeSO₄(aq) + Cu(s)

3. Bài tập minh họa

Câu 1. Nguyên tắc tách kim loại ra khỏi hợp chất của chúng là

A. Khử ion kim loại trong hợp chất thành nguyên tử.

B. Oxi hóa ion kim loại trong hợp chất thành nguyên tử.

C. Hòa tan các khoáng vật có trong quặng để thu được kim loại.

D. Dựa trên tính chất của kim loại như từ tính, khối lượng riêng lớn để tách chúng ra khỏi quặng.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Nguyên tắc tách kim loại ra khỏi hợp chất của chúng là khử ion kim loại trong hợp chất thành nguyên tử.

Câu 2. Xét phương trình hóa học: X(s) + CuSO₄(aq) → XSO₄(aq) + Cu(s)

Cho các phát biểu về PTHH trên:

a. Đây là phương pháp thủy luyện để điều chế kim loại Cu.

b. X là kim loại hoạt động hóa học mạnh hơn Cu.

c. X có thể là kim loại Ca.

d. Phương pháp điều chế trên có thể áp dụng điều chế kim loại Al, Mg trong công nghiệp.

Số phát biểu đúng là

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

a. Đúng.

b. Đúng.

c. Sai vì Ca sẽ phản ứng với H₂O trước sinh ra Ca(OH)₂ sau đó Ca(OH)₂ mới phản ứng với CuSO₄ tạo ra Cu(OH)₂ nên sẽ không sinh như phản ứng trên.

d. Sai vì phương pháp thủy luyện thường dùng để tách những kim loại hoạt động hóa học yếu như Cu, Ag, Cu,...

Câu 3. Ngâm một miếng kẽm sạch trong 250mL dung dịch AgNO₃. Sau khi phản ứng kết thúc, lấy miếng kẽm ra khỏi dung dịch rửa sạch nhẹ bằng nước cất và sấy khô rồi đem cân thấy khối lượng miếng kẽm tăng 0,95 gam so với ban đầu. Nồng độ mol của dung dịch AgNO₃ đã dùng là

A. 0,01.

B. 0,05.

C. 0,03.

D. 0,04.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Gọi nồng độ mol của dung dịch AgNO₃ là x (M) → ${\text{n}}_{{\text{AgNO}}_3}$ = 0,25x (mol)

Zn      +    2AgNO₃ →   Zn(NO₃)₂   +   2Ag

0,125x    ←  0,25x→   0,25x  (mol)

Ta có : m_Zn tăng = m_Ag bám vào – m_Zn (phản ứng) → 0,95 = 0,25x.108 – 0,125x.65 → x = 0,05 (M)

Câu 4. Cho một đinh sắt sạch, dư vào 200 ml dung dịch CuSO₄ 0,75M. Khối lượng đinh sắt sau phản ứng tăng m gam. Giá trị của m là

A. 2,0.  

B. 0,8.   

C. 1,2.   

D. 1,6.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

$n_{CuS{O}_4}=0,15$

Fe    +   CuSO₄ → FeSO₄   +   Cu

0,15       0,150,15 (mol)

→ m tăng = m_Cu – m_{Fe phản ứng} = 0,15 × 64 – 0,15 × 56 = 1,2 gam.

Câu 5. Kim loại nào sau đây được điều chế bằng phương pháp thủy luyện?

A. Cu.

B. Na.

C. Ca.

D. Mg.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Kim loại Cu có thể được điều chế bằng phương pháp thủy luyện.

Câu 6. Một hỗn hợp kim loại gồm đồng, sắt và kẽm. Dung dịch nào sau đây có thể dùng để thu được đồng tinh khiết?

A. Dung dịch CuSO₄.     

B. Dung dịch FeSO₄.     

C. Dung dịch ZnSO₄.     

D. Dung dịch HNO₃ loãng.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Các PTHH xảy ra:

Fe + CuSO₄ ⟶ FeSO₄ + Cu

Zn + CuSO₄ ⟶ ZnSO₄ + Cu

Câu 7. Kim loại nào có thể dùng để khử ion Cu²⁺ trong dung dịch muối đồng?

A. K.

B. Ag.

C. Au.

D. Fe.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Có thể dùng kim loại Fe để khử ion Cu²⁺ trong dung dịch muối đồng.

VD: Fe(s) + CuSO₄(aq) ⟶ FeSO₄(aq) + Cu(s).

Xem thêm các bài viết về định nghĩa & khái niệm môn Hóa học hay, chi tiết khác:

• Tái chế kim loại là gì

• Nước cứng là gì

• Nước cứng tạm thời là gì

• Nước cứng toàn phần là gì

• Nước cứng vĩnh cửu là gì

• Phức chất là gì

---