Bài 21: Điều chế kim loại

Nguyên tắc

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.

Nguyên tắc điều chế kim loại là khử ion kim loại trong hợp chất

$\dpi{100} M^{n^{+}} + ne \rightarrow M$

Các phương pháp điều chế kim loại

Phương pháp nhiệt luyện

Káº¿t quáº£ hÃ¬nh áº£nh cho PhÆ°Æ¡ng phÃ¡p nhiá»t luyá»n — Phương pháp nhiệt luyện thép

Khử ion kim loại bằng chất khử mạnh (C, CO, Al, kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ,..) ở nhiệt độ cao

$\dpi{100} Fe_{2}O_{3}+3CO \rightarrow Fe+3CO_{2}$

Phương pháp nhiệt luyện được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để điều chế kim loại có độ hoạt động trung bình và yếu (Zn, Fe, Pb,..)
Các phản ứng dùng kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ làm chất khử đều phải thực hiện trong môi trường khí trơ hoặc chân không
Trường hợp quặng là sunfua kim loại như $\dpi{100} Cu_{2}S$ , $\dpi{100} FeS_{2}$ …thì phải chuyển thành oxit kim loại. Sau đó khử oxit kim loại bằng chất khử thích hợp

Ví dụ:

$\dpi{100} 2ZnS + 3O_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} 2ZnO + 2SO_{2}$

$\dpi{100} ZnO + C \overset{t^{o}}{\rightarrow} Zn + CO$

Đối với những kim loại kém hoạt động như Hg, Ag chỉ cần đốt cháy quặng cũng thu được kim loại mà không cần dùng chất khử

$\dpi{100} HgS + O_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} Hg + SO_{2}$

Phương pháp thuỷ luyện

Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp, như dung dịch $\dpi{100} H_{2}SO_{4}$ , $\dpi{100} NaOH$ , $\dpi{100} NaCN$ để hòa tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có trong quặng.

Sau đó các ion kim loại trong dung dịch được khử bằng kim loại có tính khử mạnh hơn, như Fe, Zn,..

Là phương pháp khử ion kim loại trong dung dịch bằng kim loại mạnh hơn
Nguyên tắc: Dùng kim loại mạnh đẩy kim loại yếu khỏi dung dịch của nó.
Phạm vi sử dụng: Thường dùng trong phòng thí nghiệm để điều chế kim loại có độ hoạt động trung bình và yếu.

Ví dụ: dùng Cu khử Ag+ trong dung dịch muối AgNO3

$\dpi{100} Cu + 2AgNO_{3} \rightarrow Cu(NO_{3})_{2} + 2Ag$

$\dpi{100} Cu + 2Ag^{+} \rightarrow Cu^{2^{+}}+ 2Ag$

Phương pháp điện phân

Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở bề mặt các điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy hoặc dung dịch chất điện li.

Dùng dòng điện một chiều để khử các ion kim loại.
Bằng phương pháp điện phân, người ta có thể điều chế được hầu hết các kim loại

Phương thức hoạt động

Các chất trong môi trường điện phân không trực tiếp cho nhau electron mà phải truyền qua dây dẫn.
Trong quá trình điện phân, dưới tác dụng của điện trường các cation đi về cực âm (catot), anion đi về cực dương (anot)

+ Tại catot xảy ra quá trình khử cation

$\dpi{100} M^{n^{+}} + ne \rightarrow M$

+ Tại anot xảy ra quá trình oxi hóa anion

$\dpi{100} X^{n^{-}} \rightarrow X + ne$