Giải chi tiết Hóa học 12 cánh diều bài 15 Tách kim loại và tái chế kim loại

MỞ ĐẦU

Người ta có thể thu được kim loại bằng cách tách kim loại từ các hợp chất của chúng, hoặc bằng quá trình tái chế kim loại.

1. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp để tách kim loại từ hợp chất cần dựa vào cơ sở nào?
2. Vì sao cần phải tái chế kim loại?

Bài làm chi tiết:

1. Ta cần khử cation M⁺ thành kim loại.
2. Cần tái chế kim loại từ các phế liệu kim loại để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong cuộc sống.

I. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN CỦA KIM LOẠI 

Câu hỏi 1: Dựa vào độ hoạt động hóa học hoặc giá trị thế điện cực chuẩn, giải thích vì sao vàng, bạc có thể tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên. 

Bài làm chi tiết:

Do thế điện cực chuẩn của vàng và bạc lớn nên hầu như không bị oxi hóa, ít bị ăn mòn bởi các tạp chất và không phản ứng với các acid ở nhiệt độ thường nên không bị gỉ. Vậy nên chúng có thể tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên.

Câu hỏi 2: Nước tự nhiên ở khu vực có khoáng vật calcite thường chứa cation kim loại nào?

Bài làm chi tiết:

Nước tự nhiên ở khu vực có khoáng vật calcite thường chứa cation Ca²⁺.

Vận dụng 1: Mỏ khoáng vật là nơi tập trung quặng tới mức có thể khai thác được, như mỏ vàng Bồng Miêu, Quảng Nam; mỏ sắt Thạch Khê, Hà Tĩnh.

Hãy tìm hiểu và cho biết một số mỏ kim loại quan trọng ở Việt Nam.

Bài làm chi tiết:

Ở Việt Nam có một số mỏ kim loại quan trọng như: Mỏ apatite ở Lào Cai; mỏ đồng ở Lạng Sơn, Cao Bằng; mỏ wolfram ở Thái Nguyên…

II. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

Luyện tập 1: Chỉ ra chất khử được sử dụng trong các phản ứng ở Ví dụ 1.

Bài làm chi tiết:

Ở phản ứng thứ nhất: Chất khử là CO.

Ở phản ứng thứ hai: Chất khử là C. 

Câu hỏi 3: Chỉ ra một số đặc điểm khác nhau giữa phương pháp nhiệt luyện và phương pháp thủy luyện.

Bài làm chi tiết:

Sự khác nhau giữa hai phương pháp:

Luyện tập 2: Viết phương trình hóa học của phản ứng tách nhôm từ aluminium oxide bằng phương pháp điện phân nóng chảy.

Bài làm chi tiết:

Phương trình hóa học:

2Al2O3      đpnc     → 4Al+3O2

Luyện tập 3: Hãy đề xuất phương pháp tách kim loại sodium từ hợp chất sodium chloride. Giải thích.

Bài làm chi tiết:

Để tách kim loại sodium từ hợp chất sodium chloride, người ta dùng phương pháp điện phân nóng chảy, do sodium là một kim loại mạnh, có thể dễ dàng phản ứng với nhiều dung dịch, do đó không thể thu được kim loại sodium từ điện phân dung dịch.

III. TÁI CHẾ KIM LOẠI

Câu hỏi 4: Cho biết một số phế liệu có thể dùng để tái chế nhôm.

Bài làm chi tiết:

Trong cuộc sống, có một số phế liệu có thể dùng để tái chế nhôm như: vỏ lon nước ngọt, xác của nhiều loại xe, khung nhôm... 

Luyện tập 4: Hình dưới đây liên quan đến công đoạn nào trong quá trình tái chế kim loại?

Bài làm chi tiết:

Đây là công đoạn luyện kim trong quá trình tái chế kim loại.

Vận dụng 2: Hãy tìm hiểu về quy trình tái chế nhôm thủ công. Nêu và giải thích nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường từ quá trình tái chế nhôm thủ công.

Bài làm chi tiết:

Quy trình tái chế nhôm thủ công bao gồm các bước:

• Bước 1: Nhập nhôm phế liệu từ nhiều nguồn.
• Bước 2: Giảm bớt thể tích nhôm bằng cách cắt thành mảnh nhỏ, ép, đập...
• Bước 3: Làm sạch các mảnh nhôm bằng phương pháp hóa học hoặc cơ học.
• Bước 4: Cho các khối nhôm vào lò nung (ở nhiệt độ lên đến 750^oC) để tạo thành nhôm nóng chảy.
• Bước 5: Loại bỏ đi các cặn bã, tạp chất rồi đổ vào khuôn tạo hình sản phẩm.

Do trong các công đoạn tái chế nhôm thủ công, quá trình tẩy rửa các sản phẩm nhôm đã thải trực tiếp ra môi trường nước thải có chứa các dung dịch độc hại như acid, hơi kim loại... khiến cho môi trường bị ô nhiễm.

BÀI TẬP

Bài 1: Đề xuất phương pháp tách kim loại magnesium từ magnesium carbonate và viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.

Bài làm chi tiết:

Để tách kim loại magnesium từ magnesium carbonate, ta có trình tự phản ứng sau:

MgCO3          1        → MgCl2          2         → Mg

MgCO3+2HCl               MgCl2+H2O+CO2 (1)

MgCl2      đpnc     → Mg+Cl2 (2)

Bài 2: Kim loại kẽm được tách từ hợp chất zinc sulfide trong khoáng vật sphalerite. Trước tiên, đốt zinc sulfide trong khí oxygen dư để tạo zinc oxide và sulfur dioxide. Để thu được zinc, có thể khử zinc oxide bằng carbon. Viết các phương trình hóa học của phản ứng xảy ra.

Bài làm chi tiết:

Các phương trình hóa học lần lượt là:

ZnS+32O2      to    → ZnO+SO2

2ZnO+C     to    2Zn+CO2

Bài 3: Để tái chế nhôm, người ta có thể sử dụng phế liệu kim loại như vỏ của các lon, hộp chứa nước giải khát hay thực phẩm. Phế liệu này còn lẫn các tạp chất là các hợp chất hữu cơ và vô cơ (có trong nhãn, mác in hoặc sơn trên vỏ lon, hộp). Phế liệu được cắt, băm nhỏ rồi cho vào lò nung đến khi chảy lỏng. Phần lớn các tạp chất biến thành xỉ lỏng, nổi lên trên, được vớt ra khỏi lò. Phần còn lại trong lò là nhôm tái chế ở trạng thái nóng chảy.

1. Nêu lợi ích của việc cắt, băm nhỏ phế liệu nhôm trước khi nung chảy.
2. Theo em, có nên dùng nhôm tái chế theo mô tả trên để chế tạo dụng cụ nhà bếp (xoong, chảo, thau,...), dụng cụ y tế không? Vì sao?

Bài làm chi tiết:

1. Việc cắt, băm nhỏ phế liệu nhôm trước khi nung chảy giúp giảm bớt thể tích và dễ dàng cho việc phân loại tái chế.
2. Theo em, không nên dùng nhôm tái chế theo mô tả trên để chế tạo dụng cụ nhà bếp và dụng cụ y tế vì các vật dụng bằng nhôm này được sản xuất theo phương thức thô sơ và không đảm bảo quy chuẩn chất lượng. Chúng đều lẫn nhiều loại tạp chất, được rửa bằng các hóa chất độc hại và có thể gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người.