Chuyên đề ôn tập về nguyên tắc điều chế và các phương pháp điều chế kim loại môn Hóa học 12 năm 2021

- Khử ion kim loại thành kim loại

Mⁿ⁺ + ne → M

Ví dụ:

Na⁺ + 1e → Na

Cu²⁺ + 2e → Cu

1. Phương pháp thủy luyện

- 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 yếu.

Ví dụ 1:

Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag

 Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag

Ví dụ 2:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

 Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

* Lưu ý: Không dùng các kim loại mạnh như Li, Na, k, Ba, Ca để đẩy các ion kim loại yếu hơn. Vì

2. Phương pháp nhiệt luyện

- Nguyên tắc: Dùng chất khử CO, C, Al, H₂ khử oxit kim loại ở nhiệt độ cao.

- Phạm vi sử dụng: Thường dùng trong công nghiệp với kim loại có tính khử trung bình và yếu (sau Al).

Ví dụ:  

3Fe₃O₄  + 8Al  →   9Fe + 4Al₂O₃  

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ 

* Lưu ý:

 - 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 Cu₂S, ZnS, FeS₂…thì phải chuyển sunfua kim loại thành oxit kim loại. Sau đó khử oxit kim loại bằng chất khử thích hợp

Ví dụ với ZnS:

2ZnS + 3O₂  → 2ZnO + 2SO₂ 

ZnO + C  → 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

HgS + O₂ → Hg + SO₂

3. 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.

* Lưu ý: Khác với phản ứng oxi hóa – khử thông thường, phản ứng điện phân do tác dụng của điện năng và các chất trong môi trường điện phân không trực tiếp cho nhau electron mà phải truyền qua dây dẫn.

 - K  Ca  Na  Mg  Al              Zn  Fe ..... Pt Au

điện phân nóng chảy           điện phân dung dịch

a. Điện phân chất điện li nóng chảy

 - Điều chế được hầu hết các kim loại. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ dùng điều chế các kim loại như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al. Vì phương pháp này tốn kém hơn so với phương pháp điện phân dung dịch.

b. Điện phân dung dịch chất điện li trong nước

 - Điều chế các kim loại trung bình, yếu (sau Al). 

 Mⁿ⁺  +  ne → M 

* Lưu ý: 

 - Nếu điện phân dung dịch mà có các ion K⁺, Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺ thì nước sẽ tham gia điện phân.

2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^– 

- Nếu trong dung dịch có nhiều cation thì cation nào có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị khử trước.

Ví dụ: Điện phân dung dịch mà catot có chứa các ion Na⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Ag⁺ và Zn²⁺ thì thứ tự điện phân sẽ là 

  Ag⁺ +  1e  → Ag 

  Cu²⁺ + 2e → Cu 

  Fe²⁺ + 2e → Fe 

  Zn²⁺ + 2e → Zn 

  2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^– 

- Các ion H⁺ của axit dễ bị khử hơn các ion H⁺ của nước

Ví dụ 1: Viết sơ đồ điện phân nóng chảy NaCl  

Catot ( – )    → NaCl  →   Anot ( + ) 

2 Na⁺ + e → Na            2Cl^- → Cl₂ + 2e

Phương trình điện phân là:

2NaCl → 2Na + Cl₂ 

Ví dụ 2: Viết sơ đồ điện phân nóng chảy NaOH 

Catot ( – )   →  NaOH   →  Anot ( + ) 

  Na⁺ + 1e → Na            4OH^- → O₂ + 2H₂O + 4e

Phương trình điện phân là:

4NaOH → 4Na + O₂ + 2H₂O

Ví dụ 3: Điện phân Al₂O₃ nóng chảy pha thêm criolit (Na₃AlF₆) có thể biểu diễn bằng sơ đồ:

Catot ( – )   → Al₂O₃  →   Anot ( + ) 

Al³⁺ + 3e → Al                2O^2- → O₂ + 4e

Phương trình điện phân là:

2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂

Ví dụ 4: Viết sơ đồ điện phân dung dịch CuCl₂

Catot ( – )  →  CuCl₂   → Anot ( + ) 

Cu²⁺ + 2e  → Cu             2Cl^-  → Cl₂ + 2e

Phương trình điện phân là:

CuCl₂  → Cu + Cl₂ 

c. Định luật Faraday 

Khối lượng chất giải phóng ở mỗi điện cực tỉ lệ với điện lượng đi qua dung dịch và đương lượng của chất

\(m = \frac{{A.I.t}}{{n.F}}\)

Trong đó: 

- m: khối lượng chất giải phóng ở điện cực (gam) 

- 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 (A) 

- t: thời gian điện phân (s) 

- F: hằng số Faraday là điện tích của 1 mol electron hay điện lượng cần thiết để 1 mol electron chuyển dời trong mạch ở catot hoặc ở anot (F = 1,602.10^-19.6,022.10²³ ≈ 96500 C.mol^-1) 

Câu 1: Ở nhiệt độ cao, khí H₂ khử được oxit nào sau đây?

  A. Al₂O₃.                            B. MgO.                            C. CaO.                            D. CuO.

Câu 2: Hai oxit nào sau đây đều bị khử bởi CO ở nhiệt độ cao?

  A. Al₂O₃ và ZnO.                                                         B. ZnO và K₂O.

  C. Fe₂O₃ và MgO.                                                        D. FeO và CuO.

Câu 3: Để thu được kim loại Cu từ dung dịch CuSO₄ theo phương pháp thuỷ luyện, có thể dùng kim loại nào sau đây?

  A. Na.                                 B. Ag.                               C. Ca.                               D. Fe.

Câu 4: Để thu được kim loại Fe từ dung dịch Fe(NO₃)₂ theo phương pháp thuỷ luyện, có thể dùng kim loại nào sau đây?

  A. Zn.                                 B. Fe.                                C. Na.                               D. Ca.

Câu 5: Trong công nghiệp, kim loại nào sau đây chỉ được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy?

  A. Fe.                                  B. Cu.                               C. Mg.                              D. Ag.

Câu 6: Điện phân NaCl nóng chảy với điện cực trơ ở catot thu được

  A. Cl₂.                                B. NaOH.                         C. Na.                               D. HCl.

Câu 7: Quặng boxit được dùng để sản xuất kim loại?

  A. Mg.                                B. Na.                               C. Cu.                               D. Al.

Câu 8: Dãy các kim loại đều có thể điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch là

  A. Mg, Zn, Cu.                   B. Fe, Cu, Ag.                   C. Al, Fe, Cr.                    D. Ba, Ag, Au.

Câu 9: Điện phân dung dịch nào sau đây, thì có khí thoát ra ở cả 2 điện cực (ngay từ lúc mới đầu bắt đầu điện phân)

  A. Cu(NO₃)₂.                     B. FeCl₂.                           C. K₂SO₄.                        D. FeSO₄.

Câu 10: Nguyên tắc chung để điều chế kim loại là

  A. khử cation kim loại.                                                 B. oxi hóa cation kim loại.

  C. oxi hóa kim loại.                                                      D. khử kim loại.

Câu 11: Tiến hành phản ứng khử oxit X thành kim loại bằng khí CO (dư) theo sơ đồ hình vẽ:

Oxit X là

  A. Al₂O₃.                            B. K₂O.                             C. CuO.                            D. MgO.

Câu 12: Hình vẽ sau đây mô tả thí nghiệm khí X tác dụng với chất rắn Y, nung nóng sinh ra khí Z:

Phương trình hoá học của phản ứng tạo thành khí Z là

  A. CuO + H₂  → Cu + H₂O.

  B. Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O.

  C. CuO + CO → Cu + CO₂.

  D. 2HCl + CaCO₃  → CaCl₂ + CO₂  +  H₂O.

Câu 13: Cho các kim loại: Al, Cu, Zn, Mg, Fe, Ca, Ni. Số kim loại có thể điều chế bằng cách dùng CO khử oxit tương ứng ở nhiệt độ cao là

  A. 2.                                    B. 4.                                  C. 3.                                  D. 5.

Câu 14: Trường hợp nào sau đây thu được kim loại natri

  A. cho Mg tác dụng với dung dịch NaCl.

  B. nhiệt phân NaHCO₃.

  C. điện phân nóng chảy NaCl.

  D. điện phân dung dịch NaCl.

Câu 15: Khi điện phân dung dịch nào sau đây tại catot xảy ra quá trình khử nước?

  A. Dung dịch ZnCl₂.                                                    B. Dung dịch CuCl₂

  C. dung dịch AgNO₃.                                                  D. Dung dịch MgCl₂.

Câu 16: Để điều chế NaOH trong công nghiệp, phương pháp nào sau đây đúng?

  A. Điện phân dung dịch NaCl.

  B. Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn xốp.

  C. Nhiệt phân Na₂CO₃ rồi hoà tan sản phẩm vào nước.

  D. Cho dung dịch Ca(OH)₂ tác dụng Na₂CO₃.

Câu 17: Khi điện phân dung dịch hỗn hợp Cu(NO₃)₂; AgNO₃, điều khẳng định nào sau đây là đúng?

  A. Tại catot xảy ra quá trình khử  Cu²⁺ trước.

  B. Khối lượng dung dịch giảm là khối lượng của kim loại thoát ra bám vào catot.

  C. Ngay từ đầu đã có khí thoát ra tại catot.

  D. Tại anot xảy ra quá trình oxi hóa H₂O.

Câu 18: Dẫn khí CO dư qua ống sứ đựng 11,6 gam bột Fe₃O₄ nung nóng, thu được hỗn hợp khí X. Cho toàn bộ X vào nước vôi trong dư, thu được m gam kết tủa. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là

  A. 20,0.                               B. 5,0.                               C. 6,6.                               D. 15,0.

Câu 19: Khử hoàn toàn 24 gam hỗn hợp CuO và Fe_xO_y bằng CO dư ở nhiệt độ cao, thu được 17,6 gam hỗn hợp 2 kim loại. Khối lượng CO₂ tạo thành là

  A. 17,6 gam.                       B. 8,8 gam.                       C. 7,2 gam.                       D. 3,6 gam.

Câu 20: Cho 3,04 gam hỗn hợp Fe₂O₃ và FeO tác dụng với CO dư đến khi phản ứng hoàn toàn. Chất khí thu được cho qua dung dịch Ca(OH)₂ dư thu được 5 gam kết tủa. Khối lượng Fe₂O₃ và FeO có trong hỗn hợp là

  A. 0,8 gam và 1,44 gam.                                              B. 1,6 gam và 1,44 gam.

  C. 1,6 gam và 0,72 gam.                                              D. 0,8 gam và 0,72 gam.

Câu 21: Khử hoàn toàn một oxit sắt X ở nhiệt độ cao cần vừa đủ V lít khí CO (đktc), sau phản ứng thu được 0,84 gam Fe và 0,02 mol khí CO₂. Công thức của X và giá trị V lần lượt là

  A. Fe₃O₄ và 0,224.                                                       B. Fe₂O₃ và 0,448.

  C. Fe₃O₄ và 0,448.                                                       D. FeO và 0,224.

Câu 22: Điện phân 400 ml dung dịch CuSO₄ 0,5M (điện cực trơ) cho đến khi ở catot thu được 6,4 gam kim loại thì thể tích khí (đktc) thu được ở anot là

  A. 2,24 lít.                          B. 4,48 lít.                         C. 0,56 lít.                        D. 1,12 lít.

Câu 23: Điện phân bằng điện cực trơ dung dịch muối sunfat của kim loại hoá trị II với dòng điện có cường độ 6A. Sau 29 phút điện phân thấy khối lượng catot tăng lên 3,45 gam. Kim loại đó là

  A. Zn.                                 B. Cu.                               C. Ni.                                D. Sn.

Câu 24: Nhúng một thanh sắt nặng 100 gam vào 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm Cu(NO₃)₂ 0,2M và AgNO₃ 0,2M. Sau một thời gian lấy thanh kim loại ra, rửa sạch làm khô cân được 101,72 gam (giả thiết các kim loại tạo thành đều bám hết vào thanh sắt). Khối lượng sắt đã phản ứng là

  A. 1,40 gam.                       B. 1,72 gam.                     C. 0,84 gam.                     D. 2,16 gam.

Câu 25: Cho a gam hỗn hợp bột gồm Ni và Cu vào dung dịch AgNO₃ (dư). Sau khi kết thúc phản ứng thu được 54 gam chất rắn. Mặt khác, cũng cho a gam hỗn hợp 2 kim loại trên vào dung dịch CuSO₄ (dư), sau khi kết thúc phản ứng thu được chất rắn có khối lượng (a+0,5) gam. Giá trị của a là

  A. 53,5.                               B. 33,7.                             C. 42,5.                             D. 15,5.

 

Trên đây là trích đoạn nội dung Chuyên đề ôn tập về nguyên tắc điều chế và các phương pháp điều chế kim loại môn Hóa học 12 năm 2021. Để xem toàn nhiều tài liệu hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào website Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập. Chúc các em học tập tốt !

Ngoài ra các em có thể tham khảo thêm một số tư liệu cùng chuyên mục:

• Bài tập chuyên đề điều chế kim loại môn Hóa 12 năm 2020 có đáp án Trường THPT Quang Trung
• Câu hỏi trắc nghiệm ôn tập phần Kim Loại môn Hóa học 12 có đáp án chi tiết năm 2020