Giải chi tiết Hóa học 12 KNTT bài 20 Kim loại trong tự nhiên và phương pháp tách kim loại

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Trong tự nhiên, các kim loại (trừ vàng, bạc và platinum) thường tồn tại dưới dạng hợp chất trong quặng. Làm thế nào để tách kim loại ra khỏi quặng?

Bài làm chi tiết:

Để có thể tách kim loại ra khỏi quặng, ta có thể sử dụng các phương pháp:

- Phương pháp điện phân nóng chảy các hợp chất của những nguyên tố hoá học mạnh.

- Phương pháp nhiệt luyện hoặc điện phân dung dịch muối của những kim loại hoạt động trung bình, yếu.

I. KIM LOẠI TRONG TỰ NHIÊN

Câu hỏi 1: a) Hãy cho biết những kim loại nào tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên.

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

Bài làm chi tiết:

a) Những kim loại tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên: vàng, bạc, platinum,…

b) Một số mỏ quặng kim loại quan trọng ở Việt Nam:

- Quặng bauxite: Tây Nguyên, Lâm Đồng, Đắk Nông,…

- Quặng kẽm: Lào Cai, Yên Bái, Hà Giang,…

- Quặng sắt: Thái Nguyên, Lào Cai,…

- Quặng đồng: Hà Giang, Lạng Sơn, Cao Bằng,…

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

Hoạt động: Hãy tìm hiểu quá trình điện phân Al₂O₃ nóng chảy và thực hiện các yêu cầu sau:

1. Nêu vai trò của cryolite trong quá trình điện phân.

2. Tại sao sau một thời gian, cần phải thay cực dương của bình điện phân. Viết các phương trình hóa học để giải thích.

Bài làm chi tiết:

1. Vai trò của cryolite:

- Giảm nhiệt độ nóng chảy của Al₂O₃.

- Tăng khả năng dẫn điện của dung dịch điện phân.

- Tạo lớp xỉ trên bề mặt, ngăn cản quá trình oxi hoá Al bởi không khí.

2. Sau một thời gian, cần phải thay cực dương của bình điện phân vì khí O₂ sinh ra ở cực dương đốt cháy dần dần than chì sinh ra CO₂. Do đó cần phải thay cực dương của bình điện phân và để bảo đảm hiệu suất của quá trình.

Câu hỏi 2: 

a) Hãy cho biết những kim loại nào được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy. Giải thích.

b) Hãy viết các phương trình xảy ra trên các điện cực và phương trình hóa học của phản ứng khi điện phân nóng chảy muối ăn.

Bài làm chi tiết:

a) Những kim loại được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy là: Na, K, Ba, Ca, Mg, Al,…

Những kim loại này được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy vì chúng là những kim loại mạnh trong dãy điện hoá, các kim loại này đều có khả năng dễ mất electron lớp ngoài cùng.

b) - Ở cathode: Na⁺ + 1e → Na

- Ở anode: 2Cl^- → Cl₂ + 2e

PTHH: NaCl   dpnc→   Na + Cl₂

Câu hỏi 3: Hãy kể tên một số kim loại được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện.

Bài làm chi tiết:

Một số kim loại được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện: là những kim loại có hoạt động trung bình, yếu như kẽm (Zn), sắt (Fe), đồng (Cu), chì (Pb),…

Hoạt động: Quan sát Hình 20.2 và thực hiện các yêu cầu sau:

1. Cho biết điện cực nào là điện cực dương, điện cực nào là điện cực âm.

2. Hãy viết các quá trình xảy ra trên các điện cực và phương trình hóa học của phản ứng điện phân dung dịch CuSO₄.

Bài làm chi tiết:

1. Điện cực âm là điện cực bên phải, điện cực dương là điện cực bên trái.

2. - Ở cathode: Cu²⁺ + 2e → Cu

- Ở anode: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

PTHH: CuSO₄ + H₂O → Cu + H₂SO₄ + O₂

III. TÁI CHẾ KIM LOẠI

Hoạt động: Em hãy tìm hiểu, trình bày nhu cầu sử dụng và thực tiễn tái chế sắt, nhôm, đồng ở Việt Nam.

Bài làm chi tiết:

Nhu cầu sử dụng: hiện nay, trữ lượng các mỏ quặng kim loại ngày càng cạn kiệt, trong khi nhu cầu sử dụng kim loại ngày càng tăng và lượng phế thải kim loại tạo ra ngày càng nhiều.

Thực tiễn tái chế sắt, nhôm, đồng ở Việt Nam:

- Tái chế sắt:

+ Sắt thường được tái chế từ các vật liệu phế liệu, các đồ dùng cũ,…

+ Người ta thường tái chế sắt bằng phương pháp như nung chảy, sử dụng điện phân dung dịch để tách sắt từ các vật liệu,…

+ Sắt sau khi tái chế được ứng dụng trong sản xuất thép, trong các lĩnh vực xây dựng, sản xuất ô tô,…

- Tái chế nhôm: 

+ Nhôm thường được tái chế từ các sản phẩm như lon nước ngọt, lon bia, các đồ gia dụng bằng nhôm,…

+ Người ta thường tái chế nhôm bằng phương pháp điện phân nóng chảy.

+ Nhôm có thể tái chế nhiều lần, nhôm sau khi tái chế được ứng dụng trong các lĩnh vực như sản xuất ô tô, xe máy, xe đạp, xây dựng, trong thiết bị điện tử,…

- Tái chế đồng:

+ Đồng thường được tái chế từ cáp dây điện, đồ gia dụng bằng đồng, các sản phẩm điện tử,…

+ Đồng thường được tách bằng phương pháp thuỷ luyện, nhiệt luyện,…

+ Đồng sau khi tái chế được sử dụng làm vật liệu xây dựng, phương tiện giao thông, dụng cụ nấu ăn, nhạc cụ, dây dẫn điện,…

Do đó, việc tái chế kim loại là công việc cần thiết, vừa bảo đảm nguồn cung, vừa gia tăng giá trị kinh tế, bảo vệ môi trường và thực hiện mục tiêu phát triển bền vững.