Phương pháp ðiều chế kim loại Biên soạn Hồ Chí Tuấn - ðH Y Hà Nội ðIỀU CHẾ KIM LOẠI I – NGUYÊN TẮC ðIỀU CHẾ KIM LOẠI Trong tự nhiên chỉ có một số rất ít kim loại ở trạng thái tự do,
Trang 1Phương pháp ðiều chế kim loại
Biên soạn Hồ Chí Tuấn - ðH Y Hà Nội
ðIỀU CHẾ KIM LOẠI
I – NGUYÊN TẮC ðIỀU 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
II – MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ðIỀU CHẾ KIM LOẠI
1 Phương pháp thủy luyện
- Phương pháp thủy luyện còn gọi là phương pháp ướt, ñược dùng ñể ñiều chế những kim loại có ñộ hoạt ñộng 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…ñể hòa tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có trong quặng Sau ñó các ion kim loại trong dung dịch ñược khử bằng kim loại có tính khử mạnh hơn, như
Fe, Zn…
Ví dụ 1:
Người ta ñiều chế Ag bằng cách nghiền nhỏ quặng bạc sunfua Ag2S, xử lí bằng dung dịch NaCN, rồi lọc ñể thu ñược dung dịch muối phức bạc:
Ag2S + 4NaCN → 2Na[Ag(CN)2] + Na2S Sau ñó, ion Ag+ trong phức ñược khử bằng kim loại Zn:
Zn + 2Na[Ag(CN)2] → Na2[Zn(CN)4] + 2Ag
Ví dụ 2:
Vàng lẫn trong ñất ñá có thể hòa tan dần trong dung dịch NaCN cùng với oxi của không khí, ñược dung dịch muối phức của vàng:
4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O → 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH
Trang 2chất khử mạnh như C, CO, H2 hoặc Al, kim loại kiềm hoặc kiềm thổ
Ví dụ:
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
WO3 + 3H2 W + 3H2O TiCl4 + 4Na Ti + 4NaCl
V2O5 + 5Ca 2V + 5CaO Các phản ứng dùng kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ làm chất khử ñều phải thực hiện trong môi trường khí trơ hoặc chân không
- Trường hợp quặng là sunfua kim loại như Cu2S, ZnS, FeS2…thì phải chuyển sunfua kim loại thành oxit kim loại Sau ñó khử oxit kim loại bằng chất khử thích hợp Ví dụ với ZnS:
2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2
- ðối với kim loại khó nóng chảy như Cr, người ta dùng Al làm chất khử (phản ứng nhiệt nhôm) Phản ứng nhiệt nhôm tỏa nhiệt mạnh, lượng nhiệt tạo ra ñược sử dụng ñể ñun nóng chảy Cr2O3, nhờ vậy giảm ñược chi phí cho nhiên liệu:
Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3
- ðối với những kim loại kém hoạt ñộng như Hg, Ag chỉ cần ñốt cháy quặng cũng thu ñược kim loại mà không cần dùng chất khử
HgS + O2 Hg + SO2
3 Phương pháp ñiện phân
- Phương pháp ñiện phân là phương pháp vạn năng, ñược dùng ñể ñiều chế hầu hết các kim loại, từ những kim loại có ñộ hoạt ñộng hóa học cao ñến trung bình và thấp
- Cơ sở của phương pháp này là dùng dòng ñiện một chiều ñể khử các ion kim loại Tác nhân khử là cực ( – ) mạnh hơn nhiều lần tác nhân khử là chất hóa học
- ðiều chế kim loại có tính khử mạnh như Li, Na, K, Al…bằng cách ñiện phân những hợp chất (muối, bazơ, oxit) nóng chảy của chúng
Ví dụ: Sơ ñồ thùng ñiện phân NaCl nóng chảy ñể ñiều chế Na
Trang 3- Nguyên liệu là NaCl tinh khiết
- Cực dương làm bằng than chì, cực âm bằng thép
- ðiều chế kim loại có tính khử trung bình và yếu như Zn, Cu, bằng cách ñiện phân dung dịch muối của chúng (xem thêm bài ñiện phân)
Ví dụ: ZnBr2 Zn + Br2
2CuSO4 + 2H2O 2Cu + 2H2SO4 + O2