Bài 21: Điều chế kim loại

I. NGUYÊN TẮC

Trong tự nhiên, chỉ có một số ít kim loại như vàng, platin,... tồn tại ở dạng tự do, còn lại hầu hết các kim loại đều tồn tại ở dạng hợp chất. Trong hợp chất, kim loại tồn tại dưới dạng ion dương Mⁿ⁺.

Muốn điều chế kim loại, ta phải khử ion kim loại thành nguyên tử.

Vậy: Nguyên tắc điều chế kim loại là khử ion kim loại thành nguyên tử.

Mⁿ⁺   +    ne   ➜   M

II. PHƯƠNG PHÁP

Tuỳ thuộc vào độ hoạt dộng hoá học của kim loại mà người ta chọn phương pháp điều chế phù hợp.

1. Phương pháp nhiệt luyện

Những kim loại có độ hoạt động trung bình như Zn, Fe, Sn, Pb,... thường được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện, nghĩa là khử ion kim loại trong hợp chất ở nhiệt độ cao bàng các chất khử như C, CO, H₂, hoặc các kim loại hoạt động.

Ví dụ:

 PbO   +   H₂  \(\underrightarrow{t^o}\)   Pb   +   H₂O

Fe₂O₃   +   3CO   \(\underrightarrow{t^o}\)    2Fe  +  3CO₂

Phương pháp này được dùng để sản xuất kim loại trong công nghiệp. Chất khử hay được sử dụng trong công nghiệp là cacbon.

2. Phương pháp thủy luyện

Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp để hòa tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có trong quặng. Sau đó khử những ion kim loại này trong dung dịch bằng những kim loại có tính khử mạnh.

Ví dụ: Dùng Fe để khử Cu²⁺ trong dung dịch muối đồng.

Fe   +   Cu²⁺   ➜    Fe²⁺    +    Cu

3. Phương pháp điện phân

a. Điện phân hợp chất nóng chảy

Phương pháp này điều chế được các kim loại hoạt động mạnh như K, Na, Ca,... bằng cách khử ion kim loại của chúng bằng dòng điện.

Ví dụ. Điện phân AI₂O₃ nóng chảy để điều chế AI.

• Ở catot (cực âm):                                             Al³⁺    +    3e   ➜    AI
• Ở anot (cực dương):                                       2O^2-       ➜  O₂   +  4e  
• PTTQ:                                                               ​2Al₂O₃   \(\underrightarrow{đpnc}\)   4Al   +   3O₂