ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI

I. Nguyên tắc điều chế kim loại

Thực hiện sự khử ion kim loại thành kim loại tự do:

II. Các phương pháp (pp) chung điều chế kim loại

1. Phương pháp thủy luyện: là phương pháp dùng kim loại có tính khử mạnh hơn để khử ion kim loại yếu hơn trong dung dịch (dd) muối.

TD:

(Thường áp dụng điều chế kim loại có tính khử yếu).

2. Phương pháp nhiệt luyện: là phương pháp dùng các chất khử mạnh (C, , CO, kim loại mạnh hơn) để khử ion kim loại trong oxit ở nhiệt độ cao.

TD:

(Phương pháp này áp dụng để điều chế các kim loại trung bình hoặc yếu từ Zn → Cu).

3. Phương pháp điện phân: là phương pháp dùng dòng điện một chiều để khử ion kim loại tại catot.

- Bằng phương pháp điện phân, người ta có thể điều chế được hầu hết kim loại với độ tinh khiết cao.

- Với kim loại có tính khử mạnh (từ Li đến Al) phải điện phân nóng chảy muối halogen, kiềm hoặc oxit của kim loại ().

TD:

- Với kim loại trung bình hoặc yếu, người ta thường điện phân dung dịch muối của chúng.

TD:

Ngoài ra, một số kim loại có thể điều chế theo phương pháp riêng (Ag, Hg).

TD:

Tóm lại

Li → Al

- Phương pháp điện phân nóng chảy.

Zn → Cu

- PP nhiệt luyện

- PP điện phân dd

- PP thủy luyện

Ag →

- PP thủy luyện

- PP điện phân dd

(*) Tính lượng chất thu được ở các điện cực theo định luật Farađay

Trong đó:

- m là lượng chất thoát ra ở điện cực (gam).

- A là khối lượng mol nguyên tử của chất thoát ra ở điện cực.

- t là thời gian điện phân (tính theo giây hay giờ).

- I: cường độ dòng điện (Ampe)

- n: là số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận

- F là hằng số Farađay

F = 96500 (nếu thời gian tính theo giây, s)

F = 26,8 (nếu thời gian là giờ, h)

* Tổng số mol electron trao đổi ở mỗi điện cực:

* Thường tính lượng kim loại thoát ra ở catot, sau đó dựa vào phương trình điện phân để tính các chất còn lại.

Chú ý: Khi khảo sát sự điện phân dung dịch các chất cần lưu ý thứ tự bị khử ở catot và bị oxi hóa ở anot (gọi là qui tắc catot, qui tắc anot – tác giả) với nội dung cơ bản như sau.

* Qui tắc catot:

- Trong dung dịch nước, những cation có thấp (từ ) không bị khử, khi đó sẽ bị khử thay thế.

Catot:

TD: Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn 2 điện cực (tránh sự phản ứng giữa và NaOH)

- Theo dãy điện hóa kim loại: ion kim loại nào đứng sau (có tính oxi hóa mạnh hơn) sẽ bị khử trước.

Thí dụ thứ tự điện phân ở catot là:

* Qui tắc anot

- Trong dung dịch nước, các anion gốc axit mạnh có oxi như , và do có tính khử yếu nên không bị oxi hóa, khi đó sẽ bị oxi hóa thay thế.

anot:

TD: Điện phân dung dịch

- Ở anot, anion nào có tính khử mạnh hơn sẽ bị oxi hóa trước.

Thí dụ thứ tự bị điện phân ở anot là

- Nếu anot làm bằng kim loại (trừ Pt) thì chính kim loại làm anot sẽ bị oxi hóa trước các anion và – khi đó anot bị hòa tan.

TD: Điện phân dung dịch với anot bằng Ag và catot bằng Fe

Anot:

Catot: (được mạ vào thanh sắt)

Phương trình điện phân dạng ion: