Nội dung chính Hoá học 12 kết nối Bài 20: Kim loại trong tự nhiên và phương pháp tách kim loại

BÀI 20. KIM LOẠI TRONG TỰ NHIÊN VÀ 

PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

I. KIM LOẠI TRONG TỰ NHIÊN

- Trong tự nhiên, hầu hết kim loại tồn tại ở dạng hợp chất trong quặng, chỉ một số kim loại kém hoạt động (vàng, bạc, platinum,…) được tìm thấy dưới dạng đơn chất.

- Quặng là những loại đất, đá tồn tại trong tự nhiên có chứa khoáng vật của kim loại hoặc hợp chất kim loại với trữ lượng đủ lớn có thể khai thác.

- Phương pháp tách kim loại từ quặng phụ thuộc vào tính chất của kim loại và của quặng.

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

1. Nguyên tắc

- Nguyên tắc: Khử ion kim loại thành nguyên tử: Mⁿ⁺ + ne → M.

2. Tách kim loại hoạt động hóa học mạnh – Điện phân nóng chảy

- Kim loại hoạt động hóa học mạnh như K, Na, Ca, Mg, Al,… điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy hợp chất của chúng.

a) Điện phân oxide nóng chảy

- Có thể điều chế Al bằng cách điện phân Al₂O₃ nóng chảy, có mặt cryolite.

- Vai trò của cryolite: làm giảm nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp chất điện phân Al₂O₃ và NaAlF₆; làm tăng độ dẫn điện của hỗn hợp nóng chảy.

- Lưu ý: Sau một thời gian, cần phải thay cực dương của bình điện phân vì cực này được làm bằng than chì. Trong quá trình điện phân, cực dương xảy ra phản ứng: C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), làm mòn dần cực dương.

b) Điện phân muối chloride nóng chảy

- Đối với những kim loại hoạt động hóa học mạnh như K, Na, Ca, Mg hay Al người ta điều chế bằng cách điện phân muối chloride của chúng ở trạng thái nóng chảy.

- Nguyên nhân: Cation của các kim loại này không bị khử trong dung dịch nước nên không thể điều chế chúng bằng cách điện phân dung dịch hay phương pháp thủy luyện.

3. Tách kim loại hoạt động trung bình, yếu

a) Phương pháp nhiệt luyện

- Nguyên tắc: Khử các oxide kim loại ở nhiệt độ cao bằng chất khử như C, CO,…

- Một số kim loại được điều chế bằng phương pháp này: Fe, Cu, Zn, Pb,…

b) Phương pháp điện phân dung dịch

- Kim loại hoạt động trung bình hoặc yếu có thể được điều chế bằng cách điện phân dung dịch muối của chúng.

c) Phương pháp thủy luyện

- Cơ sở: Dùng dung dịch thích hợp để hòa tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại, tách phần không tan ra khỏi dung dịch. Sau đó khử những ion kim loại này trong dung dịch bằng kim loại có tính khử mạnh hơn.

III. TÁI CHẾ KIM LOẠI

- Vai trò của tái chế kim loại: đảm bảo nguồn cung, gia tăng giá trị kinh tế, bảo vệ môi trường, thực hiện mục tiêu phát triển bền vững.

- Quy trình tái chế: thu gom, phân loại; xử lí sơ bộ; trộn phế liệu; nấu chảy, tinh chế; đúc, chế tạo, gia công.

- Một số kim loại tái chế:

+ Nhôm: Dùng trong xây dựng, sản xuất ô tô, xe máy, xe đạp, thiết bị điện tử,…

+ Đồng: Làm vật liệu xây dựng, phương tiện giao thông, dụng cụ nấu ăn, nhạc cụ, dây dẫn điện,….

+ Sắt: Dùng sản xuất thép.