Chuyên đề Điều chế kim loại bằng phương pháp nhiệt luyện - Nguyễn Văn Tân

Lớp Hóa tại nhà: Số 23, Đường 52, Kp 8, Hiệp Bình Chánh, Thủ Đức, Tp.HCM

Thạc sĩ Nguyễn Văn Tân 0989 043 590 hoặc 0901 187 283 www.thaytandayhoa.com 1

Chuyên đề

ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN

KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA CACBON VÀ CÁC OXIT CỦA CACBON 1. Phản ứng đốt cháy của cacbon Lưu ý có 2 trường hợp:

• Nếu thiếu O2: C + O2

ot ⎯⎯→CO2

C(dư) + CO2

ot ⎯⎯→2CO

⇒ Hỗn hợp khí sau phản ứng cháy gồm: CO và CO2.

• Nếu dư O2: C + O2(dư)

ot ⎯⎯→CO2

⇒ Hỗn hợp khí sau phản ứng cháy gồm: O2 và CO2.

2. Khi cho hơi nước đi qua than nung đỏ, xảy ra đồng thời 2 phản ứng

C + H2O (hơi)

ot ⎯⎯→CO + H2

C + 2H2O (hơi)

ot ⎯⎯→CO2 + 2H2 ⇒ Hỗn hợp khí sau phản ứng gồm: CO, CO2, H2 (khí than ướt).

* Nếu đốt cháy hỗn hợp khí than ướt thì CO và H2 cháy theo phản ứng:

2CO + O2

ot ⎯⎯→2CO2

2H2 + O2

ot ⎯⎯→2H2O

* Nếu đem hỗn hợp khí than ướt phản ứng với dung dịch kiềm thì chỉ có CO2 phản ứng:

CO2 + OH– ⎯⎯→ 3 HCO−

CO2 + 2OH– ⎯⎯→ 2 3 CO − + H2O

* Nếu đưa hỗn hợp khí than ướt qua ống sứ đựng oxit kim loại sau Al thì CO và H2 tham gia phản ứng khử oxit kim loại M2On. 3. Phản ứng khử oxit kim loại của các chất khử C, CO, H2 Các chất khử C, CO, H2 chỉ khử được các oxit kim loại từ Zn trở về sau trong dãy hoạt động hóa học ở nhiệt độ cao:

o 2 2 t x y 2

H H O M O + CO M + CO C

⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎢ ⎥⎯⎯→ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦

với M là kim loại từ Zn trở về sau trong dãy HĐHH

Bản chất của phản ứng:

CO + [O]của oxit kim loại

ot ⎯⎯→ CO2

H2 + [O]của oxit kim loại

ot ⎯⎯→ H2O

C + 2[O]của oxit kim loại

ot ⎯⎯→ CO2

ThuVienDeThi.com

Lớp Hóa tại nhà: Số 23, Đường 52, Kp 8, Hiệp Bình Chánh, Thủ Đức, Tp.HCM

Thạc sĩ Nguyễn Văn Tân 0989 043 590 hoặc 0901 187 283 www.thaytandayhoa.com 2

Dạng 1. Khi cho chất khử CO, C tác dụng với oxit kim loại ở nhiệt độ cao

Phương pháp

• Khi khử oxit kim loại bằng CO, khí sinh ra cho qua nước vôi trong dư (hoặc Ba(OH)2 dư):

CO + [O]của oxit kim loại

ot ⎯⎯→ CO2

CO2 + Ca(OH)2 ⎯⎯→CaCO3 ↓ + H2O

⇒nOcủa oxit kim loại bị khử = nCO phản ứng = 2 CO n tạo thành 3 CaCO = n

Hoặc 2 CO CO n = n phản ứng = X Y m m 16 − (với mX và mY lần lượt là khối lượng của hỗn hợp rắn ban đầu và

hỗn hợp chất rắn thu được sau phản ứng)

• Khi khử oxit kim loại bằng C, khí sinh ra cho qua nước vôi trong dư (hoặc dung dịch Ba(OH)2 dư):

C + 2[O]của oxit kim loại

ot ⎯⎯→ CO2

CO2 + Ca(OH)2 ⎯⎯→CaCO3 ↓ + H2O

nO của oxit kim loại bị khử = 2 2 3 CO CaCO n = 2n

• Khối lượng kim loại tạo thành khi oxit kim loại tác dụng với các chất khử:

mkim loại sau phản ứng = moxit kim loại – mO của oxit kim loại bị khử

Các ví dụ áp dụng

Ví dụ 1. Khi cho luồng khí CO dư đi qua ống chứa Al2O3, FeO, CuO, MgO nung nóng, đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Chất rắn còn lại trong ống nghiệm gồm: A. Al, Fe, Cu, Mg. B. Al2O3, Fe, Cu, MgO. C. Al2O3, Fe, Cu, Mg. D. Al, Fe, Cu, MgO. Hướng dẫn giải Khí CO chỉ khử được các oxit kim loại từ Zn trở về sau trong dãy điện hóa:

Li+ K+ Ba2+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Mn2+ Zn2+ Cr3+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ 2H+ Cu2+ Fe3+ Hg+ Ag+ Hg2+ Pt2+ Au3+

Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H2 Cu Fe2+ Hg Ag Hg Pt Au

Tính chất oxy hóa của ion kim loại tăng

Tính chaát khöû cuûa kim loaïi giaûm ⇒ CO chỉ khử được FeO và CuO.

⇒ Chất rắn còn lại Cu, Fe và MgO, Al2O3 (không bị khử, còn nguyên).

Chọn đáp án B.

Ví dụ 2. Khử hoàn toàn 23,2 gam một oxit sắt bằng khí CO, khí thu được sau phản ứng cho qua nước vôi trong dư, thu được 40 gam kết tủa. Công thức phân tử của oxit sắt là A. FeO. B. Fe2O3. C. Fe3O4. D. Fe4O3. Hướng dẫn giải

Sơ đồ phản ứng:

o 2 + Ca(OH) + CO, t x y 2 Fe O Fe + CO ⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯→CaCO3↓

x y [O] Fe O n = 3 CaCO n = 40 100 = 0,4 mol ⇒

x y FeFe O n = 23,2 - 0,4 16 56

× = 0,3 mol.

Tỉ lệ: x : y = nFe : nO = 0,3 : 0,4 = 3 : 4 ⇒ Công thức oxit sắt: Fe3O4.

ThuVienDeThi.com