Các phương pháp điều chế kim loại

Trong tự nhiên chỉ có một số rất ít kim loại ở trạng thái tự do, hầu hết các kim loại tồn tại ở dạng ion trong các hợp chất hóa học. Muốn chuyển hóa những ion này thành kim loại ta thực hiện quá trình khử ion kim loại: Mn+ + ne → M
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các phương pháp điều chế kim loại Các phương pháp điều chế kim loạiI– NGUYÊN TẮC ĐIỀU CHẾ KIM LOẠITrong tự nhiên chỉ có một số rất ít kim loại ở trạng thái tự do, hầu hết các kim loại tồ n tạiở dạng ion trong các hợp chất hóa học. Muốn chuyển hóa những ion này thành kim loạita thực hiện quá trình khử ion kim loại:Mn+ + ne → MII – MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI1. Phương pháp thủy luyện- Phương pháp thủy luyện còn gọi là phương pháp ướt, được dùng để điều chế những kimloại có độ hoạt động hóa học thấp như Au, Ag, Hg, Cu…- Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp, như dung dịch H2SO4,NaOH, NaCN…để hòa tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phầnkhông tan có trong quặng. Sau đó các ion kim loại trong dung dịch được khử bằng kimloại có tính khử mạnh hơn, như Fe, Zn…Ví dụ 1:Người ta điều chế Ag bằng cách nghiền nhỏ quặng bạc sunfua Ag2S, xử lí bằng dung dịchNaCN, rồi lọc để thu được dung dịch muối phức bạc:Ag2S + 4NaCN → 2Na[Ag(CN)2] + Na2SSau đó, ion Ag+ trong phức được khử bằng kim loại Zn:Zn + 2Na[Ag(CN)2] → Na2[Zn(CN)4] + 2AgVí dụ 2:Vàng lẫn trong đất đá có thể hòa tan dần trong dung dịch NaCN cùng với oxi của khôngkhí, được dung dịch muối phức của vàng:4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O → 4Na[Au(CN)2] + 4NaOHSau đó, ion Au3+ trong phức được khử bằng kim loại Zn:Zn + 2Na[Au(CN)2] → Na2[Zn(CN)4] + 2Au2. Phương pháp nhiệt luyện- Phương pháp nhiệt luyện được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để điều chế nhữngkim loại có độ hoạt động hóa học trung bình như Zn, Cr, Fe, Sn, Pb,…- Cơ sở của phương pháp này là khử những ion kim loại trong các hợp chất ở nhiệt độ caobằng các chất khử mạnh như C, CO, H2 hoặc Al, kim loại kiềm hoặc kiềm thổVí dụ:PbO + C Pb + COFe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2WO3 + 3H2 W + 3H2OTiCl4 + 4Na Ti + 4NaClV2O5 + 5Ca 2V + 5CaOCác phản ứng dùng kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ làm chất khử đều phải thực hiệntrong môi trường khí trơ hoặc chân không- Trường hợp quặng là sunfua kim loại như Cu2 S, ZnS, FeS2…thì phải chuyển sunfuakim loại thành oxit kim loại. Sau đó khử oxit kim loại bằng chất khử thích hợp Ví dụ vớiZnS:2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2ZnO + C Zn + CO- Đối với kim loại khó nóng chảy như Cr, người ta dùng Al làm chất khử (phản ứng nhiệtnhôm). Phản ứng nhiệt nhôm tỏa nhiệt mạnh, lượng nhiệt tạo ra được sử dụng để đunnóng chảy Cr2O3, nhờ vậy giảm được chi phí cho nhiên liệu:Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3- Đối với những kim loại kém hoạt động như Hg, Ag chỉ cần đốt cháy quặng cũng thuđược kim loại mà không cần dùng chất khửHgS + O2 Hg + SO23. Phương pháp điện phân- Phương pháp điện phân là phương pháp vạn năng, được dùng để điều chế hầu hết cáckim loại, từ những kim loại có độ hoạt động hóa học cao đến trung bình và thấp- Cơ sở của phương pháp này là dùng dòng điện một chiều để khử các ion kim loại. Tácnhân khử là cực ( – ) mạnh hơn nhiều lần tác nhân khử là chất hóa học- Điều chế kim loại có tính khử mạnh như Li, Na, K, Al…bằng cách điện phân nhữnghợp chất (muối, bazơ, oxit) nóng chảy của chúngVí dụ: Sơ đồ thùng điện phân NaCl nóng chảy để điều chế Na liệu là khiết- Nguyên NaCl tinh Cực dương làm bằng than chì, cực âm bằng thép-- Điều chế kim loại có tính khử trung bình và yếu như Zn, Cu,..bằng cách điện phân dungdịch muối của chúng (xem thêm bài điện phân)Ví dụ: ZnBr2 Zn + Br22CuSO4 + 2H2O 2Cu + 2H2SO4 + O2Biên soạn Hồ Chí Tuấn - ĐH Y Hà Nội