Bài 15.6 trang 50 Sách bài tập Hóa học 12: Trong phản ứng tách kim loại từ ZnO bằng C theo phương pháp nhiệt luyện, kẽm sinh ra ở thể nào? Vì sao?

Lời giải:

Kẽm sinh ra trong quá trình nhiệt luyện ở thể hơi, vì phản ứng nhiệt luyện có nhiệt độ cao, kẽm có nhiệt độ nóng chảy thấp.

Bài 15.7 trang 50 Sách bài tập Hóa học 12: Chusa còn gọi là cinnabar, là một loại khoáng vật có thành phần chính là HgS. Trước đây trong y học cổ truyền, chu sa được dùng với liều lượng phù hợp kết hợp với một số vị thuốc khác trong điều trị chứng mất ngủ, tim đập loạn, hồi hộp. Tuy nhiên, vị thuốc này chỉ được “dùng sống”, thuyệt đối KHÔNG nấu (không sắc thuốc), hoặc dùng lửa (nướng, đốt). Hãy tìm hiểu và lí giải cho việc không dùng nhiệt đối với chu sa, Viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra (nếu có).

Lời giải:

Muối HgS dễ bị phân hủy, cháy khi đun nóng hoặc tiếp xúc với lửa, sinh ra hơi thủy ngân rất độc. Trong thực tế, trước đây người ta dùng đá chu sa như một nguồn chủ yếu để sản xuất kim loại thủy ngân, người ta đốt cháy chu sa trong ống kín, ngưng tụ sản phẩm cháy thu được thủy ngân ở dạng lỏng.

HgS(s) → Hg(g) + S(s)

HgS(s) + O₂(g) → Hg(g) + SO₂(g)

Bài 15.8 trang 50 Sách bài tập Hóa học 12: Trong công nghiệp, nhôm được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy hỗn hợp alumina (Al₂O₃) và cryolite (Na₃AlF₆) còn gọi là quy trình Hall-Héroult: 2Al₂O₃(l) → 4Al(l) + 3O₂(g) như hình dưới đây. Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp alumina và cryolite khoảng 950^oC, thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của alumina (> 2 000^oC); ngoài ra, cryolite còn làm tăng độ dẫn điện của hỗn hợp nóng chảy. Trong quá trình điện phân, cực dương làm bằng graphite bị ăn mòn và liên tục bị nhúng xuống bể điện phân. Sau một thời gian, các thanh graphite này sẽ được thay mới.

Mỗi phát biểu sau đây là đúng hay sai?

(a). Nhôm kim loại được tách ra tại cathode.

(b). Cryolite được thêm vào bể điện phân giúp tiết kiệm được năng lượng, giảm chi phí sản xuất.

(c). Bên cạnh nhôm, oxygen tinh khiết cũng thu được trực tiếp từ quy trình này.

(d). Vì anode và cathode đều làm bằng graphite, nên nếu đổi chiều dòng điện (anode trở thành cathode và ngược lại) thì quy trình điện phân vẫn xảy ra bình thường.

Lời giải:

a. Đúng. Tại cathode (-): Al³⁺(l) + 3e → Al(l), theo hình vẽ, lớp nhôm nóng chảy thu được tại cực âm (phần đáy của bể điện phân).

b. Đúng. Cryolite làm giảm sâu nhiệt độ nóng chảy, từ đó giảm lượng năng lượng cần cung cấp để nấu chảy hỗn hợp. Ngoài ra, việc tăng độ dẫn điện còn làm tăng hiệu suất của quá trình điện phân. Do đó, làm giảm chi phí sản xuất.

c. Sai. Tại anode, graphite bị ăn mòn do phản ứng với oxygen tạo thành các oxide của carbon thoát ra cùng với oxygen.

C(s) + O₂(g) → CO₂(g)

C(s) + CO₂(g) → 2CO(g)

d. Sai. Việc thiết kế cathode bên dưới bể điện phân giúp nhôm nóng chảy sinh ra ở đáy bể tráng tiếp xúc với oxygen trong không khí, ngoài ra tỉ trọng của nhôm lỏng lớn hơn hỗn hợp điện phân giúp nhôm lỏng chìm xuống đáy bể, không ảnh hưởng đến quá trình điện phân. Anode ở phía trên dễ dàng nhúng xuống bể liên tục khi bị ăn mòn (việc này gần như không thể thực hiện nếu đặt anode ở đáy bể). Bên cạnh đó, nếu anode ở đáy bể, các khi sinh ra tại anode sẽ thoát vào hỗn hợp lỏng, ảnh hưởng đến quá trình điện phân.

Lý thuyết Tách kim loại và tái chế kim loại

I. Trạng thái tự nhiên của kim loại

Các nguyên tố kim loại tồn tại trong vỏ Trái Đất, nước mặt, nước ngầm và cơ thể sinh vật

+ Trong vỏ Trái Đất, đa số các nguyên tố kim loại tồn tại ở dạng hợp chất oxide và muối không tan, một số kim loại quý tồn tại ở dạng đơn chất và hợp kim

+ Trong nước mặt và nước ngầm, các nguyên tố kim loại tồn tại ở dạng cation như Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺

+ Trong cơ thể sinh vật, nguyên tố calcium có trong xương và răng; các nguyên tố như potassium, sắt, đồng,… có trong máu

II. Phương pháp tách kim loại

1. Phương pháp tách các kim loại hoạt động hóa học trung bình và yếu

- Phương pháp nhiệt luyện: Thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học trung bình và yếu như Z, Fe, Sn, Pb, Cu,… ra khỏi các oxide bằng các chất khử phù hợp và phổ biến như C, CO,… ở nhiệt độ cao

- Phương pháp thủy luyện: thường được dùng để tách những kim loại hoạt động hóa học yếu như Cu, Ag, Au,… ra khỏi dung dịch muối của chúng bằng các kim loại có tính khử mạnh như Fe, Zn,….

2. Phương pháp tách kim loại hoạt động hóa học mạnh

Phương pháp điện phân dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học mạnh

III. Tái chế kim loại

1. Nhu cầu tái chế kim loại

Nhu cầu sử dụng kim loại của con người ngày càng lớn. Tái chế để đáp ứng nhu cầu sử dụng và góp phần bảo vệ tài nguyên và môi trường.

2. Thực tiễn tái chế kim loại

Bài 14: Tính chất hoá học của kim loại

Bài 15: Tách kim loại và tái chế kim loại

Bài 16: Hợp kim – Sự ăn mòn kim loại

Bài 17: Nguyên tố nhóm IA

Bài 18: Nguyên tố nhóm IIA

Bài 19: Nước cứng và làm mềm nước cứng