Trả lời nhanh
Khi điều chế kim loại, các ion kim loại đóng vai trò là chất bị khử (còn gọi là chất oxi hoá). Nguyên nhân: ion kim loại Mn+ nhận n electron để trở thành kim loại M có số oxi hoá bằng 0, tức là xảy ra sự khử: Mn+ + ne → M.
Bản chất của việc điều chế kim loại
Trong tự nhiên, phần lớn kim loại tồn tại ở dạng hợp chất (oxit, muối, quặng…), trong đó kim loại mang số oxi hoá dương, tồn tại dưới dạng ion Mn+. Muốn có kim loại tự do, ta phải đưa số oxi hoá về 0.
Số oxi hoá giảm nghĩa là nhận electron. Vậy quá trình điều chế kim loại luôn là quá trình khử ion kim loại:
Mn+ + ne → M
Vì sao ion kim loại là chất bị khử?
- Chất khử là chất nhường electron, số oxi hoá tăng. Ion kim loại không nhường mà nhận electron nên không thể là chất khử.
- Chất bị khử (chất oxi hoá) là chất nhận electron, số oxi hoá giảm. Ion kim loại đúng với định nghĩa này.
- Không có chuyện “bị oxi hoá”: sự oxi hoá làm tăng số oxi hoá, trong khi ở đây số oxi hoá giảm từ +n về 0.
Mẹo nhớ: “Khử cho – O nhận”. Chất khử thì cho electron, chất oxi hoá thì nhận electron; ion kim loại nhận electron nên thuộc nhóm chất oxi hoá (chất bị khử).
Ví dụ trong từng phương pháp điều chế
| Phương pháp | Phương trình | Ion kim loại nhận electron từ… |
|---|---|---|
| Nhiệt luyện | Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (t°) | CO (chất khử); Fe3+ + 3e → Fe |
| Thuỷ luyện | Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu | Fe (kim loại mạnh hơn); Cu2+ + 2e → Cu |
| Điện phân nóng chảy | 2NaCl → 2Na + Cl2 (đpnc) | Catot (cực âm); Na+ + 1e → Na |
| Điện phân dung dịch | 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + 2H2SO4 + O2 (đpdd) | Catot; Cu2+ + 2e → Cu |
Dù nguồn electron khác nhau (chất khử, kim loại mạnh hơn hay dòng điện), vai trò của ion kim loại không đổi: luôn nhận electron, luôn bị khử.
Lưu ý để không nhầm
- Đừng nhầm “chất bị khử” với “chất khử”. Chất khử là CO, H2, Al, C, kim loại mạnh… còn chất bị khử là hợp chất chứa ion kim loại.
- Nếu đề hỏi về anion (Cl–, O2–) ở anot khi điện phân, thì anion bị oxi hoá, ngược với ion kim loại ở catot.
- Ở catot khi điện phân luôn xảy ra sự khử; ở anot luôn xảy ra sự oxi hoá.
- Với dung dịch, ion kim loại hoạt động mạnh (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+) không bị khử ở catot vì nước bị khử trước; vì vậy chúng được điều chế bằng điện phân nóng chảy.
Bài luyện tập
- Cho 5,6 gam Fe vào dung dịch CuSO4 dư. Tính khối lượng Cu sinh ra và cho biết ion nào bị khử.
Đáp án: n(Fe) = 0,1 mol; Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu nên n(Cu) = 0,1 mol, m(Cu) = 6,4 gam. Ion Cu2+ bị khử. - Khử hoàn toàn 16 gam Fe2O3 bằng CO dư ở nhiệt độ cao. Tính khối lượng Fe và thể tích CO (đktc) cần dùng.
Đáp án: n(Fe2O3) = 0,1 mol → n(Fe) = 0,2 mol, m(Fe) = 11,2 gam; n(CO) = 0,3 mol → V = 6,72 lít. Ion Fe3+ là chất bị khử. - Điện phân nóng chảy MgCl2: viết bán phản ứng ở mỗi điện cực.
Đáp án: Catot: Mg2+ + 2e → Mg (ion kim loại bị khử); anot: 2Cl– → Cl2 + 2e (bị oxi hoá).
Câu hỏi thường gặp
Khi điều chế kim loại, ion kim loại là chất khử hay chất oxi hoá?
Ion kim loại là chất oxi hoá (chất bị khử) vì nó nhận electron để trở thành kim loại: M^n+ + ne → M.
Chất khử trong các phương pháp điều chế kim loại là gì?
Tuỳ phương pháp: CO, H2, C, Al trong nhiệt luyện; kim loại mạnh hơn trong thuỷ luyện; catot (dòng điện) trong điện phân.
Vì sao Na, Mg, Al phải điều chế bằng điện phân nóng chảy?
Các ion Na+, Mg2+, Al3+ rất khó bị khử; trong dung dịch nước, H2O bị khử ở catot trước nên không tạo ra kim loại. Vì vậy phải điện phân hợp chất nóng chảy.
Sự khử ion kim loại xảy ra ở điện cực nào khi điện phân?
Xảy ra ở catot (cực âm), nơi ion kim loại nhận electron.