Điều chế kim loại là gì? Nguyên tắc, phương pháp và lý thuyết chung
I – Nguyên tắc điều chế kim loại chung
♦ Khử ion kim loại thành nguyên tử.
Mn+ + ne → M
II – Các phương pháp điều chế kim loại
1. Phương pháp nhiệt luyện
♦ Nguyên tắc: Khử ion kim loại trong hợp chất ở nhiệt độ cao bằng các chất khử như C, CO, H2 hoặc các kim loại hoạt động.
♦ Phạm vi áp dụng: Sản xuất các kim loại có tính khử trung bình (Zn, FE, Sn, Pb,…) trong công nghiệp.
2. Phương pháp thuỷ luyện
♦ Nguyên tắc: Dùng những dung dịch thích hợp như: H2SO4, NaOH, NaCN,… để hoà tan kim loại hoặc các hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có ở trong quặng. Sau đó khử những ion kim loại này trong dung dịch bằng những kim loại có tính khử mạnh như Fe, Zn,…
♦ Thí dụ: Fe + CuSO4→ FeSO4 + Cu↓
Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu↓
♦ Phạm vi áp dụng: Thường sử dụng để điều chế các kim loại có tính khử yếu.
3. Phương pháp điện phân
a. Điện phân hợp chất nóng chảy
♦ Nguyên tắc: Khử các ion kim loại bằng dòng điện bằng cách điện phân nóng chảy hợp chất của kim loại.
♦ Phạm vi áp dụng: Điều chế các kim loại hoạt động hoá học mạnh như K, Na, Ca, Mg, Al.
Thí dụ 1: Điện phân Al2O3 nóng chảy để điều chế Al.
$\begin{array} {} K\left( – \right)\ \ \ \ \ \ \ \ \ \leftarrow \ \ \ \ \ \ \ \ A{{l}_{2}}{{O}_{3}}\ \ \ \ \ \ \ \to \ \ \ \ \ \ \ \ A\left( + \right) \\ {} \ \ \ \ \ \ \ \ A{{l}^{3+}}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ {{O}^{2-}} \\ {} A{{l}^{3+}}+3\text{e}\to \text{Al}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \text{2}{{\text{O}}^{2-}}\to {{O}_{2}}+4\text{e} \\ {} \ \ \ \ \ \ \ \ 2A{{l}_{2}}{{O}_{3}}\xrightarrow{dpnc}4Al+3{{O}_{2}} \\ \end{array}$
Thí dụ 2: Điện phân MgCl2 nóng chảy để điều chế Mg.
$\begin{array} {} K\left( – \right)\ \ \ \ \ \ \ \ \ \leftarrow \ \ \ \ \ \ \ \ MgC{{l}_{2}}\ \ \ \ \ \ \ \to \ \ \ \ \ \ \ \ A\left( + \right) \\ {} \ \ \ \ \ \ \ \ M{{g}^{2+}}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ {{O}^{2-}} \\ {} M{{g}^{2+}}+2\text{e}\to Mg\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \text{2C}{{\text{l}}^{-}}\to C{{l}_{2}}+2\text{e} \\ {} \ \ \ \ \ \ \ MgC{{l}_{2}}\xrightarrow{dpnc}Mg+C{{l}_{2}} \\ \end{array}$
b. Điện phân dung dịch
♦ Nguyên tắc: Điện phân dung dịch muối của kim loại.
♦ Phạm vi áp dụng: Điều chế các kim loại có độ hoạt động hoá học trung bình hoặc yếu.
♦ Thí dụ: Điện phân dung dịch CuCl2 để điều chế kim loại Cu.
c. Tính lượng chất thu được ở các điện cực
♦ Dựa vào công thức Farađây: $m=\frac{AIt}{nF}$ trong đó:
m: Khối lượng chất thu được ở điện cực (g).
A: Khối lượng mol nguyên tử của 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 (giấy)
F: Hằng số Farađây (F = 96.500).
