Microsoft Word - 1.1 ĒIổU CHẾ KIM LOẀI (VIP)

Microsoft Word 1 1 Ä’IổU CHẾ KIM LOẀI (VIP) Nguyễn Văn Phong mobile 0936214447 Trang 1 CHƯƠNG 5 Chủ đề 2 ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM A Nguyên tắc chung Khử ion kim loại thành nguyên[.]

Nguyễn Văn Phong -mobile : 0936214447 Trang 1

CHƯƠNG 5 Chủ đề 2: ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI

I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

A Nguyên tắc chung

Khử ion kim loại thành nguyên tử: Mn neM

B Phương pháp

1 Phương pháp nhiệt luyện

 Điều chế kim loại có tính khử trung bình như: Zn, Fe, Sn,

Pb…

 Nguyên tắc: Oxit kim loại C,CO,H ,Al 2  Kim loại

2 Phương pháp thủy luyện

 Điều chế những kim loại có tính khử yếu như: Cu, Hg,

Ag, Au…

 Nguyên tắc: Kim loại mạnh đẩy kim loại yếu ra khỏi dung

dịch muối của nó

3 Phương pháp điện phân

a Điện phân nóng chảy

 Điều chế kim loại hoạt động hóa học mạnh như: K, Na,

Ca, Mg, Al

 Nguyên tắc: Khử ion kim loại bằng dòng điện (Điện phân

nóng chảy muối, bazơ, oxit của các kim loại có tính khử

mạnh)

b Điện phân dung dịch

 Điều chế kim loại hoạt động trung bình hoặc yếu

 Nguyên tắc: Điện phân dung dịch muối của chúng

 Công thức Faraday: m AIt

nF

Trong đó:

m: Khối lượng chất thu được ở cực âm (gam)

A: Khối lượng mol nguyên tử chất thu được ở điện cực

n: Số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận

I: Cường độ dòng điện (ampe)

t: Thời gian điện phân (giây)

CÁC GIÁO VIÊN MUA TÀI LIỆU HÓA 10,11,12 XIN LIỆ HỆ

ZALO: 0936214447 (NGUYỄN VĂN PHONG )

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA

NHIỆT LUYỆN

Điều chế kim loại có tính khử trung bình như: Zn, Fe, Sn, Pb…

Nguyên tắc: Oxit kim loại C,CO,H ,Al 2  Kim loại

Điều chế những kim loại có tính khử yếu như: Cu, Hg, Ag, Au

Nguyên tắc: Kim loại mạnh đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối của nó

THỦY LUYỆN

ĐIỆN PHÂN

Điện phân nóng chảy

Điện phân dung dịch

Điện phân nóng chảy muối, bazơ, oxit của các kim loại có tính khử mạnh như: K, Na,

Điện phân dung dịch muối của các kim loại

có tính khử yếu và trung bình như Zn, Fe,

Thứ tự điện phân:

2

2

S I Br Cl RCOO OH H O

Công thức Faraday

A.I.t m

nF

Cường độ dòng điện (A)

Thời gian điện phân (giây)

Khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực

Hằng số Faraday (F = 96500)

Số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận

Khối lượng chất thu được

ở điện cực (gam)

e trao doi

I.t n

II CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Lí thuyết trọng tâm

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Nguyên tắc chung để điều chế kim loại là

A oxi hóa ion kim loại trong hợp chất thành nguyên tử kim loại

B khử ion kim loại trong hợp chất thành nguyên tử kim loại

C cho hợp chất chứa ion kim loại tác dụng với chất oxi hóa

D cho hợp chất chứa ion kim loại tác dụng với chất khử

Ví dụ 2: Dãy các kim loại có thể điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện là:

A Na, Fe, Cu B Fe, Cu, Zn C Mg, K, Cu D Na, Ca, Ba Hướng dẫn giải

Phương pháp nhiệt luyện dùng để điều chế các kim loại trung bình và yếu

→ Các kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa đều có thể được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện

Vì Na, Mg, K, Ca, Ba đều đứng trước Al trong dãy điện hóa → Loại A, C, D

→ Chọn B

Ví dụ 3: Cho một luồng khí H2 dư đi qua ống sứ chứa CuO, PbO, CaO, Al2O3,

Fe2O3 nung nóng ở nhiệt độ cao Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, chất rắn còn lại trong ống sứ là:

A Cu, Pb, Ca, Al2O3, Fe B CuO, PbO, Ca, Al, Fe

C Cu, Pb, CaO, Al2O3, Fe D Cu, PbO, CaO, Al, Fe

Hướng dẫn giải

H2 khử được oxit của các kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa thành kim loại

→ H2 khử được CuO, PbO, Fe2O3 thành Cu, Pb và Fe

→ Chất rắn còn lại trong ống sử là Cu, Pb, CaO, Al2O3, Fe

→ Chọn C

Ví dụ 4: Trong quá trình điện phân dung dịch Pb(NO3)2 với các điện cực trơ, ion Pb2  di chuyển về

A anot và bị khử B catot và bị oxi hóa

C catot và bị khử D anot và bị oxi hóa

Hướng dẫn giải

Trong quá trình điện phân dung dịch Pb(NO3)2 với các điện cực trơ, ion Pb2  di

chuyển về phía catot   và xảy ra quá trình khử ion Pb2  thành kim loại

Khí Z được tạo thành từ khí X và chất rắn Y → Loại A, C

Khí Z sinh ra làm vẩn đục dung dịch nước vôi trong → Loại D

Vậy phản ứng hóa học thỏa mãn thí nghiệm trên là:

Câu 1: Nguyên tắc điều chế kim loại là

A oxi hóa ion kim loại thành kim loại

B khử ion kim loại thành nguyên tử kim loại

C dùng H2 hoặc CO để khử oxit kim loại thành kim loại ở nhiệt độ cao

D dùng kim loại có tính khử mạnh đẩy kim loại có tính khử yếu hơn ra khỏi dung dịch muối Câu 2: Phương pháp duy nhất để điều chế kim loại kiềm là

A nhiệt luyện B điện phân nóng chảy C thủy luyện D điện phân dung dịch Câu 3: Kim loại nào sau đây không thể điều chế bằng phương pháp thủy luyện?

Câu 4: Nung nóng hỗn hợp bột MgO, Fe2O3, PbO, Al2O3 ở nhiệt độ cao rồi cho dòng khí CO (dư) đi qua hỗn hợp thu được chất rắn gồm:

A MgO, Fe, Pb, Al2O3 B MgO, FeO, Pb, Al2O3

Câu 5: Phản ứng điều chế kim loại nào dưới đây thuộc phương pháp thủy luyện?

A MgCl2 → Mg + Cl2 B C + ZnO → Zn + CO

C Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu D 2Al2O3 → 4Al + 3O2

Câu 6: Khi điện phân dung dịch CuCl2 để điều chế kim loại Cu, quá trình xảy ra ở catot (cực âm) là

A Cu2 2eCu B Cl22e2Cl C CuCu2 2e D 2ClCl22e

(dư) theo sơ đồ hình vẽ bên Oxit X là

A Al2O3 B FeO

Câu 8: Phương pháp chung để điều chế Na, Ca, Al trong công nghiệp là

A thủy luyện B nhiệt luyện C điện phân dung dịch D điện phân nóng chảy Câu 9: Để thu được kim loại Cu từ CuSO4 bằng phương pháp thủy luyện có thể dùng kim loại nào sau đây?

Câu 10: Dãy gồm các oxit đều bị Al khử ở nhiệt độ cao thành kim loại là:

A FeO, CuO, Cr2O3 B FeO, MgO, CuO C PbO, K2O, SnO D Fe3O4, SnO, BaO

Câu 11: Dãy gồm hai kim loại đều có thể điều chế bằng phương pháp thủy luyện là:

Câu 12: Dãy gồm hai kim loại được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện là:

A Cu, Fe, Pb B Cu, Fe, Mg C Na, Ba, Cu D Na, Ba, Fe

Câu 13: Cho các kim loại sau: K, Ba, Cu và Ag Số kim loại điều chế được bằng phương pháp điện phân dung dịch (điện cực trơ) là

Câu 14: Cho các trường hợp sau:

(1) Điện phân nóng chảy MgCl2 (2) Điện phân dung dịch ZnSO4

(3) Điện phân dung dịch CuSO4 (4) Điện phân dung dịch NaCl

Số trường hợp ion kim loại bị khử thành kim loại là

2 t

COCO

oxit kim loai O trong oxit

O trong oxit pu chat ran giam

Ta có: a 4,8 0,02 mol

80 160

Phương trình hóa học:

Ví dụ 2: Để khử hoàn toàn 19,36 gam hỗn hợp CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4 cần

dùng 7,392 lít khí CO (ở đktc) Khối lượng chất rắn sau phản ứng là

A 14,08 gam B 15,08 gam C 10,05 gam D 10,45 gam

Hướng dẫn giải

CO

n 0,33mol

Ta có: nO trong oxit pu nCO phan ung 0,33mol

chat ran giam O trong oxit pu

Khối lượng chất rắn sau phản ứng là:

chat ran sau pu chat ran ban dau chat ran giam

→ Chọn A

Ví dụ 3: Khử 16 gam Fe2O3 bằng CO dư, sản phẩm khí cho vào bình đựng nước vôi trong dư thu được a gam kết tủa Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của a là

Hỗn hợp khí thu được sau phản ứng gồm CO dư (x mol) và CO2 (y mol)

Bảo toàn nguyên tố C:

40,7960,5

Câu 2: Cho V lít khí CO (ở đktc) phản ứng với một lượng dư hỗn hợp chất rắn gồm CuO và Fe3O4 nung nóng Sau khi phản ứng hoàn toàn, khối lượng hỗn hợp chất rắn giảm 0,32 gam Giá trị của V là

Câu 3: Cho luồng khí CO (dư) đi qua 9,1 gam hỗn hợp gồm CuO và Al2O3 nung nóng đến khi phản ứng hoàn toàn, thu được 8,3 gam chất rắn Khối lượng CuO có trong hỗn hợp ban đầu là

Câu 4: Cho khí CO qua ống chứa 15,2 gam hỗn hợp gồm CuO và FeO nung nóng Sau một thời gian thu được hỗn hợp khí B và 13,6 gam chất rắn C Cho B tác dụng với dung dịch Ca(OH)2 dư thu được m gam kết tủa Giá trị của m là

Câu 7: Cho 4,48 lít khí CO (đktc) phản ứng với 8 gam một oxit kim loại, sau khi phản ứng hoàn toàn, thu được m gam kim loại và hỗn hợp khí có tỉ khối so với H2 là 20 Giá trị của m là

Câu 8: Cho m gam hỗn hợp X gồm CuO, Fe2O3, FeO tác dụng vừa đủ với 100 ml dung dịch chứa H2SO4

1M và HCl 1M Để khử hoàn toàn m gam hỗn hợp X (nung nóng) cần tối thiểu V lít khí CO (đktc) Giá trị của V là

Bài tập nâng cao

Câu 9: Dùng CO khử hoàn toàn 2,88 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 thu được 2,24 gam chất rắn Mặt khác, để hòa tan hoàn toàn 2,88 gam X cần vừa đủ 100 ml dung dịch HCl, nồng độ a mol/l Kết thúc thí nghiệm, thu được 224 ml khí (đktc) Giá trị của a là

Câu 10: Cho khí CO qua m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 nung nóng, sau một thời gian thu được hỗn hợp chất rắn Y và hỗn hợp khí Z Cho toàn bộ Z vào dung dịch Ca(OH)2 dư, đến phản ứng hoàn toàn thu được 4 gam kết tủa Mặt khác, hòa tan hoàn toàn Y trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng (dư) thu được 1,008 lít khí SO2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất và dung dịch chứa 18 gam muối Giá trị của m gần nhất với

Dạng 3: Điện phân

Bài toán 1: Xác định lượng chất trong quá trình điện phân

Phương pháp giải

 Xác định lượng chất trong phản ứng điện phân

Công thức Faraday: m AIt

Bước 2: Viết quá trình điện phân

Bước 3: Tính lượng chất đã điện phân hoặc lượng

chất thu được sau điện phân

Chú ý: Nếu biết catot bắt đầu thoát khí → Khí

thoát ra ở cả hai điện cực Khi đó nước bắt đầu điện

phân ở catot: 2H2O + 2e → 2OH + H2

Ví dụ: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 1M với điện cực trơ, cường độ dòng điện là 5A trong thời gian 25 phút 44 giây thì dừng lại Khối lượng dung dịch giảm sau điện phân là

A 2,88 gam B 3,84 gam

C 2,56 gam D 3,20 gam Hướng dẫn giải

Đổi: 25 phút 44 giây = 25.60 + 44 = 1544 giây Theo hệ quả của công thức Faraday:

Ví dụ 1: Điện phân 200 ml dung dịch AgNO3 0,4M với điện cực trơ, I = 5A Sau

19 phút 18 giây, khối lượng Ag thu được ở catot là

A 7,56 gam B 4,32 gam C 8,64 gam D 6,48 gam

Hướng dẫn giải

Đổi: 19 phút 18 giây = 19.60 + 18 = 1158 giây

Theo công thức Faraday: mAg AIt

nF



Ag

108.5.1158m

1.96500

Hướng dẫn giải

Quá trình điện phân:

Ta có: ne trao doi 2nCl24nO2 2x 4 0,12 x   0, 48 2x mol

Xét thời gian 2t giây:

Ví dụ: Điện phân 100 ml dung dịch CuSO4 0,2M

và AgNO3 0,1M với cường độ dòng điện

I 3,86A Sau t giây, khối lượng kim loại bám trên catot là 1,72 gam Giá trị của t là

Hướng dẫn giải

Bước 1: Viết quá trình điện phân

Bước 2: Xác định lượng sản phẩm thu được ở một

trong hai điện cực

Bước 3: Tính ne trao doi

Bước 4: Tính thời gian điện phân: n Fe

tI

kim loai Ag

m m 0,01.108 1,08gamNếu Ag và Cu2đều điện phân hết:

Ví dụ 1: Điện phân với điện cực trơ dung dịch chứa 0,2 mol Cu(NO3)2, cường

độ dòng điện 2,68A, trong thời gian t (giờ), thu được dung dịch X Cho 14,4

gam bột Fe vào X, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất của N5) và 13,5

gam chất rắn Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn và hiệu suất của quá trình

điện phân là 100% Giá trị của t là

n 0, 2 moln  0, 2 mol; n  0, 4 mol

Gọi số mol Cu2  tham gia điện phân là x mol

Quá trình điện phân:

Ở catot (−): Ở anot (+):

2

Cu 2eCu 2H2O → O2 + 4H + 4e

x → 2x mol 2x  2x mol

Sau điện phân, dung dịch X có 0, 2 x mol Cu  2 , 2x mol H và 0,4 mol

3

NO

Cho 14,4 gam Fe vào dung dịch X thu được 13,5 gam chất rắn nên ta có quá

trình trao đổi electron:

Dạng đồ thị có dạng gấp khúc 3 đoạn:

Đoạn 2 có độ dốc lớn hơn đoạn 1 thì kim loại điện phân hết ở đoạn 1, catot thoát ra khí H2 ở đoạn 2 Đoạn 2 có độ dốc nhỏ hơn đoạn 1 thì kim loại còn dư sau đoạn 1, anot thoát ra khí O2 ở đoạn 2 Bước 3: Tính toán theo dữ kiện của đồ thị

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp CuSO4 và

NaCl vào nước, thu được dung dịch X Tiến hành điện

phân X với các điện cực trơ, màng ngăn xốp, dòng điện có

cường độ không đổi Tổng số mol khí thu được trên cả hai

điện cực (n) phụ thuộc vào thời gian điện phân (t) được

mô tả như đồ thị bên (đồ thị gấp khúc tại các điểm M, N) Giả sử hiệu suất điện phân là 100%, bỏ qua sự bay hơi của nước Giá trị của m là

Do độ dốc của đoạn 2 > độ dốc của đoạn 1 → Ở đoạn 2 sinh ra khí Cl2 và H2

Xét đoạn 1: Chỉ có Cl2 thoát ra (xảy ra (1) và (2))

Ta có: 2nCl24nO2 ne trao doi0, 2 mol (*)

Khí sinh ra ở đoạn 2, 3 là: 0, 21 0,04 0,17 mol 

Ví dụ 2: Hòa tan m gam hỗn hợp CuSO4 và

KCl vào nước thu được dung dịch X Điện phân

dung dịch X với cường độ dòng điện không đổi

(điện cực trơ, màng ngăn xốp) Thể tích khí (V) thoát ra theo thời gian (t) được biểu diễn theo đồ thị bên Nếu dừng điện phân ở thời điểm 250 giây thu được dung dịch Y Nhúng thanh nhôm (dư) vào Y, sau khi phản ứng hoàn toàn thu được dung dịch Z Khối lượng dung dịch Z thay đổi như thế nào so với dung dịch Y?

A Giảm 1,88 gam B Tăng 1,84 gam C Giảm 1,52 gam D Tăng 0,04 gam

Do độ dốc của đoạn 2 < độ dốc của đoạn 1 → Ở đoạn 2 sinh ra khí O2

Xét đoạn 1: Chỉ có Cl2 thoát ra (xảy ra (1) và (2))

Xét đoạn 2: Khí sinh ra là O2 (xảy ra (1) và (4))

Câu 3: Điện phân 500 ml dung dịch CuSO4 0,4M (điện cực trơ) cho đến khi ở catot thu được 9,6 gam kim loại thì thể tích khí (đktc) thu được ở anot là

Câu 4: Điện phân dung dịch hỗn hợp gồm 14,9 gam KCl và 28,2 gam Cu(NO3)2 (điện cực trơ, màng ngăn xốp) đến khi khối lượng dung dịch giảm 15,1 gam thì ngừng điện phân (giả thiết lượng nước bay hơi không đáng kể) Khối lượng kim loại thu được ở catot là

Câu 5: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4 với điện cực trơ bằng dòng điện một chiều I = 9,65A Khi thể tích khí thoát ra ở cả hai điện cực đều là 1,12 lít (đktc) thì dừng điện phân Khối lượng kim loại sinh ra ở catot và thời gian điện phân là

A 3,2 gam và 2000s B 2,2 gam và 800s C 6,4 gam và 3600s D 5,4 gam và 800s

Câu 6: Điện phân dùng điện cực trơ dung dịch muối sunfat kim loại hóa trị II với cường độ dòng điện 3A Sau 1930 giây thấy khối lượng catot tăng 1,95 gam Muối sunfat đã điện phân là

Câu 7: Điện phân có màng ngăn 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm CuCl2 0,1M và NaCl 0,5M (điện cực trơ, hiệu suất 100%) với cường độ dòng điện 5A trong 3860 giây Dung dịch thu được sau điện phân có khả năng hòa tan m gam Al Giá trị lớn nhất của m là

Câu 8: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm CuSO4 và KCl vào nước, thu được dung dịch Y Điện phân Y (có màng ngăn, điện cực trơ) đến khi nước bắt đầu điện phân ở cả hai điện cực thì dừng điện phân Số mol khí thoát ra ở anot bằng 4 lần số mol khí thoát ra từ catot Phần trăm khối lượng của CuSO4 trong X là

Bài tập nâng cao

Câu 9: Điện phân (với điện cực trơ) 200 ml dung dịch CuSO4 nồng độ x mol/l, sau một thời gian thu được dung dịch Y vẫn còn màu xanh và khối lượng giảm 8 gam so với dung dịch ban đầu Cho 16,8 gam bột sắt vào Y, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 12,4 gam kim loại Giá trị của x là

Câu 12: Tiến hành điện phân (điện cực trơ, màng ngăn) một dung dịch hỗn hợp RSO4 0,3M và KCl 0,2M với cường độ dòng I = 0,5A Sau thời gian t giây thu được kim loại ở catot và 1,344 lít (đktc) hỗn hợp khí ở anot Sau thời gian 3t giây thu được hỗn hợp khí có thể tích là 4,256 lít (đktc) Biết hiệu suất phản ứng là 100%, R có hóa trị không đổi Giá trị của t là

Câu 13: Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp

CuSO4 và NaCl vào nước, thu được dung dịch

X Tiến hành điện phân X với các điện cực

trơ, màng ngăn xốp, dòng điện có cường độ

không đổi Tổng số mol khí thu được trên cả

hai điện cực (n) phụ thuộc vào thời gian điện

phân (t) được mô tả như đồ thị hình bên (đồ

thị gấp khúc tại các điểm M, N) Giả sử hiệu