SKKN Một Số Bài Tập Về Điều Chế Kim Lọai

• Nhận xét: -Trường hợp 1: Nếu khối lượng kim lọai B sinh ra lớn hơn kim lọai A phản ứng, thì: Khối lượng kim lọai tăng = mB↓- mApư = khối lượng dd giảm sau phản ứng -Trường hợp 2: Nếu

SangKienKinhNghiem.org Tổng Hợp Hơn 1000 Sáng Kiến Kinh Nghiệm Chuẩn

Huongdanvn.com –Cĩ hơn 1000 sáng kiến kinh nghiệm hay

SỞ GÍAO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI

TR

Mã số:

Sáng kiến kinh nghiệm

MỘT SỐ BÀI TẬP

VỀ ĐIỀU CHẾ KIM LỌAI

Người viết: MAI QUỐC HƯNG

Đơn vị: TRƯỜNG THPT CHUYÊN LƯƠNG THẾ VINH

Lĩnh vực : PHƯƠNG PHÁP LÀM BÀI TẬP HĨA HỌC

1

NĂM HỌC 2011-2012

SỞ GD - ĐT ĐỒNG NAI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG THPT CHUYÊN ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC

LƯƠNG THẾ VINH

Biên Hịa, ngày 15 tháng 4 năm 2012

PHIẾU NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NĂM HỌC 2011-2012

Tên sáng kiến kinh nghiệm:

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TIẾT HỌC THỂ DỤC

QUA VIỆC ÁP DỤNG TRỊ CHƠI

Họ tên tác giả: NGUYỄN XUÂN BÌNH

Đơn vị: Trường THPT Chuyên Lương Thế Vinh

Lĩnh vực : Phương pháp giảng dạy

1-Tính mới:

• Có giải pháp hòan tòan mới 

• Có giải pháp cải tiến, đổi mới từ giải pháp đó 

2- Hiệu quả:

• Hòan tòan mới đã triển khai trong ngành có hiệu quả cao 

• Cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đã triển khai áp dụng cho tòan

ngành đạt hiệu quả cao 

• Hòan tòan mới đã triển khai trong đơn vị có hiệu quả cao 

• Cải tiếnhoặc đổi mới từ những giải pháp đã có va đã triển khai áp dụng cho tòan đơn vị đạt hiệu quả cao 

3-Khả năng áp dụng :

• Cung cấp được luận cứ khoa học cho việc họach định đường lối, chính sách

Tốt  Kha ù  Đạt 

• Đưa ra các giải pháp khuyến nghị có khả năng ứng dụng thực tiễn, dễ thực hiện và dễ

đi vào cuộc sống

Tốt  Kha ù  Đạt 

• Đã áp dụng thực tế đạt hiệu quả hoặc có khả năng áp dụng đạt hiệu quả trong phạm vi rộng

Tốt  Kha ù  Đạt 

THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ TỔ TRƯỞNG CHUYÊN MƠN

3

MỘT SỐ BÀI TẬP ĐIỀU CHẾ KIM LỌAI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY LUYỆN, NHIỆT LUYỆN

VÀ ĐIỆN PHÂN

A-ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY LUYỆN

I-LÝ THUYẾT:

1- Nguyên tắc điều chế kim lọai bằng phương pháp thủy luyện.

Dùng các kim lọai có tính khử mạnh hơn để khủ các ion dưong kim lọai khác ra khỏi dung dịch muối của chúng.

2- Xét phản ứng: nA + mB n+ → n A m+ + mB

Trong đó A, B là kim lọai

• Điều kiện để có phản ứng trên:

- A đứng trước B trong dãy điện hóa, A không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường

- Muối của B tan trong dung dịch

• Nhận xét:

-Trường hợp 1: Nếu khối lượng kim lọai B sinh ra lớn hơn kim lọai A phản ứng, thì:

Khối lượng kim lọai tăng = mB↓- mA(pư) = khối lượng dd giảm sau phản ứng

-Trường hợp 2: Nếu lượng kim lọai B sinh ra nhỏ hơn kim lọai A phản ứng, thì:

Khối lượng kim lọai gỉam = mA(pư) - mB↓ = khối lượng dd tăng sau phản ứng

II-BÀI TẬP:

Bài 1:Cho 3,24g bột Al phản ứng vừa đủ với dung dịch A chứa muối XCl2 tạo thành dung dịch B Khối lượng dung dịch B giảm 8,28 gam so với dung dịch A Công thức muối XCl2 là:

Trả lời:

ptpư: 2Al + 3XCl2 → 2AlCl3 + 3X

mol 0,12 0,18

Khối lượng dd giảm = Khối lượng kim lọai tăng = 0,12X – 3,24 = 8,28 ⇒ X = 64

Vậy công thức muối là: CuCl 2

Bài 2: Nhúng 1 thanh kim lọai M hóa trị II vào dung dịch CuSO4 dư Sau khi phản ứng kết thúc lấy thanh kim lọai ra thấy khối lượng giảm đi 0,05% Mặt khác nếu cũng thanh kim lọai ấy được nhúng vào dung dịch Pb(NO3)2 thì sau khi phản ứng xong khối lượng thanh kim lọai tăng lên 7,1% Giả thiết kim lọai Cu và Pb sinh ra đếu bám hết vào thanh M Kim lọai M là:

Trả lời: Có các pư:

M + Cu2+ → M2+ + Cu (1) mol x x

M + Pb2+ → M2+ + Pb (2) mol x x

Đặt a (g)là khối lượng thanh kim lọai ban đầu

(1)⇒ Khối lượng kim lọai giảm = ( M-64)x = 0,05a : 100

(2)⇒ Khối lượng kim lọai tăng = ( 207-M)x = 7,1a : 100

Từ (1) và (2): Giải tìm được M = 65

Vậy M là Zn

Bài 3: Cho m1 gam Al vào 100 ml dung dịch gồm Cu(NO3)2 0,3M và AgNO3 0,3M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thì thu được m2 gam chất rắn X Nếu cho m2 gam X tác dụng với lượng dư dung dịch HCl thì thu được 0,336 lít khí (ở đktc) Giá trị của m1 và m2 lần lượt là :

A.8,10 và 5,43 B.1,08 và 5,43 C.0,54 và 5,16 D.1,08 và 5,16

Trả lời :

2Al + 3Cu2+ → 2Al3+ + 3Cu (1) mol : 0,02 0,03 0,03

Al + 3Ag+ → Al3+ + 3Ag (2) mol : 0,01 0,03 0,03

Sau phản ứng (1) và (2) có Al dư :

Al + 3H+ → Al3+ + 3/2H2 (3) mol : 0,01 0,015

m1 = 27.( 0,02 + 0,01 + 0,01) = 10,8 g

m2 = mCu + mAg + mAl ( dư) = 64.0,03 + 108.0,03 + 27 0,01 = 5,43 g

Vậy m 1 = 10,8g và m 2 = 5,43 g

B-ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN

I-L Í THUYẾT :

1- Nguyên tắc: Dùng các chất khử như H 2 , C , CO, Al để khử các ion kim lọai ra khỏi oxit của chúng ở nhiệt độ cao.

2-Chú ý: - Phương pháp này chỉ điều chế được những kim lọai sau nhôm.

- Nếu các chất ban đầu không phải là oxit kim lọai mà là các hợp chất khác chứa kim lọai, để đ/c kim lọai chúng ta nhất thiết phải điều chế oxit kim lọai từ các chất đã cho sau đó thực hiện như nguyên tắc đã nêu

Ví dụ:

- Đ/C Cu từ Cu(OH)2 theo quá trình sau:

toc

Cu(OH)2 → CuO + H2O

toc

CuO + H2 → Cu + H2O

- Đ/C Fe từ FeCO3 theo quá trình sau:

toc

2FeCO3 + 1/2O2 → Fe2O3 + 2CO2

toc

Fe2O3 + 3CO → 2 Fe + 3CO2

II-BÀI TẬP:

1-Lọai bài tập vận dụng : Các chất khử C, CO, H2, Al chỉ khử được những kim lọai đứng sau

Al trong dãy điện hóa

Để làm lọai bài tập này học sinh phải thuộc dãy điện hóa và chú ý‎ kim lọai Al cũng không bị khử ra khỏi Al2O3 bằng các chất khử trên

5

Bài 1: Cho luồng khí H2 (dư) qua hỗn hợp các oxit CuO, Fe2O3, ZnO, MgO nung ở nhiệt độ cao Sau phản ứng hỗn hợp rắn còn lại là:

Trả lời: Các kim lọai trong thành phần các oxit đã cho chỉ có Mg là kim lọai đứng trước Al nên

MgO không bị khử, các oxit còn lại bị khử hòan tòan thành kim lọai tương ứng do H2 cho dư Chọn phương án D

Bài 2: 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 Al2O3 có trong hỗn hợp ban đầu là:

A.2,7 gam B.2,55 gam C.5,1 gam D.4,0 gam

Trả lời: CO chỉ khử được CuO vì vậy, khối lượng hỗn hợp rắn giảm là khối lượng oxi của CuO

đã bị CO khử

⇒ Số mol nguyên tử Oxi trong CuO= ( 9,1- 8,3):16 = 0.05 mol

⇒ Khối lượng CuO = 80.0,05= 4 gam

Vậy khối lượng Al 2 O 3 = 9,1- 4 =5,1 gam

Bài 3:Thổi một luồng khí CO qua ống sứ đựng m gam hỗn hợp gồm: CuO, Fe3O4, FeO, Al2O3 nung nóng Luồng khí thoát ra được sục vào nước vôi trong dư, thấy có 15g kết tủa trắng Sau phản ứng chất rắn trong ống sứ có khối lượng 215g Khối lượng m là:

Trả lời: Về lí thuyết, trong các oxit đã cho chỉ có Al2O3 không bị CO khử, tuy nhiên đối với bài tóan này ta không cần biết phản ứng khử các oxit có xảy ra hòan tòan hay không mà chỉ cần biết lượng oxi đã tách ra khỏi các oxit theo nguyên lí bảo tòan nguyên tố

Các qúa trình phản ứng:

OXKL + CO → KL + CO2

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

⇒ Số mol nguyên tử oxi bị khử = số mol CaCO3 = 15: 100= 0,15 mol

Vậy: m = 215 + 16.0,15 = 217,4 g

2-Lọai bài tập: Xác định công thức oxit kim lọai qua các phản ứng điều chế kim lọai bằng phương

pháp nhiệt luyện:

Bài 1: Cho 4,48 lít khí CO (ở đktc) từ từ đi qua ống sứ nung nóng đựng 8 gam một oxit sắt đến

khi phản ứng xảy ra hoàn toàn Khí thu được sau phản ứng có tỉ khối so với hiđro bằng 20 Công thức của oxit sắt và phần trăm thể tích của khí CO2 trong hỗn hợp khí sau phản ứng là (Cho H = 1; C = 12; O

= 16; Fe = 56)

A.Fe2O3; 65% B.FeO; 75% C.Fe2O3; 75% D.Fe3O4; 75%

Trả lời:

-Hỗn hợp khí sau phản ứng gồm CO2( x% thể tích) và CO, ta có:

44x + 28( 1-x) = 20.2 = 40 ⇒ x=0,75⇒%VCO2 = 75%

Vì số mol CO2 sinh ra bằng số mol CO phản ứng nên số mol hỗn hợp khí sau phản ứng bằng số mol CO ban đầu và bằng 4,48 : 22,4 = 0,2 mol ⇒ nCO2 = 0,2.0,75 = 0,15mol

- ptpư : FexOy + yCO → x Fe + y CO2

8

mol: ——— 0,15

56x + 16y

8y

⇒ ————— = 0,15 ⇒ x:y = 2:3

56x + 16y

Vậy: CT oxit sắt là Fe 2 O 3

Bài 2: Khử hoàn toàn một oxit sắt X ở nhiệt độ cao cần vừa đủ V lít khí CO (ở đktc), sau phản

ứng thu được 0,84 gam Fe và 0,02 mol khí CO2 Công thức của X và giá trị V lần lượt là :

A.Fe3O4 và 0,448 B.Fe3O4 và 0,224 C.Fe2O3 và 0,448 D.FeO và 0,224

Trả lời:

- Số mol Fe = 0,84 : 56 = 0,015 mol

- ptpư : FexOy + yCO → x Fe + y CO2

mol : 0,02 0,015 0,02

⇒ x : y = 0,015 : 0,02 = 3 : 4 ⇒ Oxit sắt là Fe3 O 4

- Số mol CO = số mol CO2 = 0,02 mol V CO= 0,448 lit

3-Lọai bài tập điều chế kim lọai với chất khử là nhôm (Phản ứng nhiệt nhôm)

Trong bài viết này, chúng tôi chỉ giới thiệu lọai bài tập giữa Nhôm và Sắt oxit

a/ Lí thuyết:

- Khi đun nóng Al với Fe 2 O 3 , quá trình khử Fe 3+ lần lượt theo thứ tự sau:

Fe 2 O 3 → Fe 3 O 4 → Fe O → Fe

Trường hợp 1: Nếu phản ứng đang xảy ra, ta cho dừng phản ứng thì chất rắn thu được có thể chứa Fe2O3, Fe3O4, FeO, Fe , Al2O3 và Al dư

Các bài tóan thuộc trường hợp này khá phức tạp vì cùng lúc thu được hỗn hợp nhiều chất khác nhau Thường thường, để giải những bài tóan hỗn hợp có nhiều chất oxi hóa và nhiều chất khử, chúng

ta nên chọn phương pháp bảo tòan khối lượng hoặc bảo tòan electron

Trường hợp 2: Nếu phản ứng đã kết thúc ( hoặc phản ứng thực hiện xong), lượng Al đưa vào vừa đúng tỷ lệ của phản ứng nhiệt nhôm hoặc dư nhôm thì các quá trình trung gian đã kết thúc, ta giải bài tập theo phản ứng tổng hợp:

2Al + Fe 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Fe b/Bài tập:

Bài 1 : Hỗn hợp A gồm CuO và Fe3O4 Cho A tác dụng với 5,4g Al nung nóng, phản ứng hoàn toàn thu được hỗn hợp B gồm Al2O3, CuO, Fe3O4, FeO, Fe và Cu Hòa tan B trong dung dịch NaOH dư thu được hỗn hợp rắn C Cho C tác dụng với khí H2 ở nhiệt độ cao phản ứng vừa đủ thu được 36g hỗn hợp

2 kim loại Lượng H2 đã phản ứng là 8,96 lít (đkc) Phần trăm số mol CuO trong hỗn hợp ban đầu là:

7

A 75% B 50% C 25% D 37,5%

Nhận xét: Bài tóan này thuộc lọai phức tạp ( cĩ nhiều chất oxihĩa và nhiều chất khử), có thể

giải bằng nhiều phương pháp khác nhau Ở đây, chúng ta chọn phương pháp bảo tòan nguyên tố với oxi :

Trả lời:

- Số mol nguyên tử Oxi do Al khử hỗn hợp A = 3/2 nAl =3/2 x 5,4/27 = 0,3 mol

- Số mol nguyên tử Oxi do H2 khử hỗn hợp C = n H2 = 8,96 : 22,4 =0,4 mol

⇒ nO trong A = 0,3 + 0,4 = 0,7 mol

Đặt x,y là số mol tương ứng của CuO và Fe3O4 Ta có:

64x + 168y = 36

x + y = 0,7 ⇒ x= 0,3 ; y = 0,1

Vậy :%CuO = (0,3 : 0,4) 100% = 75%

Bài 2:Trộn 0,54g bột Al với bột Fe2O3 và CuO rồi tiến hành phản ứng nhiệt nhơm thu được hỗn hợp A Hồ tan hồn tồn A trong dd HNO3 được hỗn hợp khí gồm NO và NO2 cĩ tỉ lệ số mol tương ứng là 1:

3 Thể tích NO, NO2 ở đktc lần lượt là:

A.0,224lit và 0,672lit B.0,672lit và 0,224lit

C.2,24lit và 6,72lit D.6,72lit và 2,24lít

Nhận xét: Lúc đầu Fe2O3 và CuO bị khử bởi Al thành hỗn hợp A, sau đĩ hỗn hợp A bị oxihĩa hịan tịan bởi HNO3 và kết quả là số oxi hĩa của Fe và Cu sau khi kết thúc các phản ứng vẫn là +3 và +2 Đây là bài tĩan phức tạp, chúng ta chọn phương pháp bảo tịan electron, để đơn giản ta cĩ thể bỏ qua quá trình tham gia oxihĩa-khử của Fe2O3 và CuO

Trả lời:

Các quá trình oxi hĩa khử:

Al - 3e → Al3+

mol: 0,02 0,06

N+5 + 3e → NO

mol: 3x x

N+5 + 1e → NO2

mol: 3 x 3 x

⇒ 6x= 0,06 ⇒ x= 0,01

Vậy: V NO = 0,224 lit và V NO2 = 0,672lit

Bài 3: Đốt nĩng một hỗn hợp gồm Al và 16 gam Fe2O3 (trong điều kiện khơng cĩ khơng khí) đến khi phản ứng xảy ra hồn tồn, thu được hỗn hợp rắn X Cho X tác dụng vừa đủ với V ml dung dịch NaOH 1M sinh ra 3,36 lít H2 (ở đktc) Giá trị của V là :

Trả lời:

ptpư:

2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe

mol: 0,1 0,1

Al + OH- + H2O → AlO2- + 3/2H2

mol: 0,1 0,15

Al2O3 + 2OH- → 2AlO2- + H2 mol: 0,1 0,2

⇒ nOH-= 0,3 mol

Vậy V = 0,3:1 = 0,3 lit hay 300 ml.

C-ĐIỀU CHẾ KIM LỌAI BẰNG PH ƯƠ NG PHÁP ĐIỆN PHÂN

Nguyên tắc chung: Dùng dịng điện một chiều trên catot để khử ion kim lọai trong hợp chất Bằng phương pháp điện phân cĩ thể điều chế được hầu hết các kim lọai, để điều chế kim lọai

mạnh (từ Li đến Al), người ta điện phân hợp chất nĩng chảy của chúng Trong bài viết này, tác gỉa chỉ

giới thiệu phương pháp điện phân dung dịch muối để điều chế kim lọai trung bình và yếu ( kim lọai sau

Al)

I-LÍ THUYẾT:

1-Dãy điện hĩa của các kim kọai:

Li + K + Na + Mg 2+ Al 3+ Zn 2+ Cr 3+ Fe 2+ Ni 2+ Sn 2+ Pb 2+ 2H + Cu 2+ Fe 3+ Hg 2+ Ag + Pt 2+ Au 3+

│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ -│ │ │ │

Li K Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H 2 Cu Fe 2+ Hg Ag Pt Au

2-Vai trị của nước:

2.1.Chỉ đĩng vai trị là dung mơi hịa tan các chất điện li, khơng tham gia trực tiếp vào quá trình điện phân

2.2.Tham gia trực tiếp vào quá trình điện phân:

-Ở catot : H2O có thể làm chất oxihĩa (nhận e)

H2O + 2e = 2OH - + H2 -Ở anot : H2O có thể làm chất khư û(nhường e)

H2O -2e = 2H+ + ½ O2

3-Quá trình oxihoá-khử xảy ra ở Catot và Anot:

3.1.Chất bị khử ở Catot:

Tuỳ thuộc vào Cation kim loại (Mn+) trong dung dịch chất điện li, ở catot có thể có các khả năng sau:

-Nếu Mn+ là các cation từ Li+ đến Al3+ thì chúng không bị điện phân mà nước bị điện phân theo phương trình:

H2O + 2e = 2OH- + H2 -Nếu Mn+ là các cation từ Cu2+ đến Au3+ thì chúng bị khử thành kim loại tự do:

Mn+ + ne = M -Nếu Mn+ là các cation kim koại từ Mn2+đến Pb2+, những cation này có tính oxihoá xấp xỉ so với các phân tử nước vì vậy xảy ra đồng thời sự khử ion kim loại và nước

Mn+ + ne = M (1)

9

H2O + 2e = 2OH- + H2 (2)

Qúa trình (1) hoặc (2) chiếm ưu thế hơn còn phụ thuộc vào vị trí ion kim loại trong dãy điện hoá Thí dụ Mn+ là Zn2+ thì quá trình (2) chiếm ưu thế, nếu Mn+ là Sn2+ thì quá trình (1) chiếm ưu thế

-Nếu trong dung dịch điện li có nhiều ion kim loại khác nhau ( cùng nồng độ mol)thì ion nào có tính oxi hoá mạnh sẽ bị khử trước Thí dụ ở catot có đồng thời Cu2+, Ag+ và Fe2+ thì Ag + sẽ bị khử trước sau đó đến Cu2+ và cuối cùng là Fe2+ (đồng thời với sự khử nước)

3.2.Chất bị oxihoa ở Anot:

a-Trường hợp Anot trơ ( Pt, than chì…) không tham gia vào quá trình điện phân chỉ đóng vai trò dẫn điện)

Tùy thuộc vào thành phần của anion gốc axit trong dung dịch chất điện li , ở Anot có những khả năng sau:

-Nếu anion gốc axit không có oxi thì các ion gốc axit này bị oxihoa thành nguyên tử hoặc phân tử tự do.Thí dụ:

2Cl- + 2e = Cl2 Thứ tự oxi hoa các loại ion này ( cùng nồng nồng độ mol): S2-,I-,Br-,Cl-

-Nếu trong dung dịch chất điện li chứa anion gốc axit có oxi thì các ion gốc axit này không bị oxihoa mà nước bị oxihoá theo phương trình:

H2O -2e = 2H+ + ½ O2

Chú ý:

-Nếu trong dung dịch chất điện li có ion F- thì nước bị oxi hoá

-Nếu trong dung dịch chất điện li có ion RCOO- (R là gốc hidro cacbon) thì bị oxi hoá theo phương trình:

2RCOO- - 2e = R-R + 2CO2 b-Trường hợp Anot hoạt động ( Kim loại Cu, Zn…)

Đối với loại điện cực này thì các anion trong dung dịch không bị điện phân mà chính anot bị oxihoá tan vào dung dịch.Thí dụ:

Cu – 2e = Cu2+

4 Định luật Faraday:

• Công thức định luật Faraday:

AIt

m =

Fn

• Trong đĩ:

- m : khối lượng chất giải phĩng ờ điện cực (gam)

- A : khối lượng mol phân tử họặc mol nguyên tử chất giải phĩng ở điện cực

- I : Cường độ dịng điện ( Ampe)

- n : Số e trao đổi ở điện cực

- F : Cĩ giá trị là 96500 nếu t tính bằng giây

II-BÀI TẬP: