BÀI 20: KIM LOẠI TRONG TỰ NHIÊN VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

(15 CÂU)

1. NHẬN BIẾT (4 CÂU)

Câu 1: Trong tự nhiên, các kim loại thường tồn tại ở dạng nào?

Trả lời:

Trong tự nhiên, hầu hết các kim loại tồn tại ở dạng hợp chất trong quặng, chỉ một vài kim loại kém hoạt động như vàng, bạc, platinum,… được tìm thấy dưới dạng đơn chất.

Câu 2: Nguyên tắc điều chế kim loại là gì?

Trả lời:

Nguyên tắc điều chế kim loại là khử ion kim loại thành nguyên tử:

Mⁿ⁺ + ne → M.

Câu 3: Nêu các phương pháp điều chế kim loại hoạt động hoá học mạnh, hoạt động trung bình, yếu.

Trả lời:

- Những kim loại hoạt động hoá học mạnh được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy các hợp chất của chúng.

- Những kim loại hoạt động trung bình, yếu thường được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện hoặc điện phân dung dịch muối của chúng hoặc thuỷ luyện.

Câu 4: Liệt kê các vật liệu kim loại được sử dụng phổ biến trong cuộc sống và nêu ý nghĩa của việc tái chế kim loại đó.

Trả lời:

- Các vật liệu kim loại phổ biến: sắt, nhôm, đồng…

- Ý nghĩa của việc tái chế:

+ Giảm lượng rác thải ra môi trường.

+ Tiết kiệm chi phí.

+ Giảm ô nhiễm môi trường….

2. THÔNG HIỂU (4 CÂU)

Câu 1: Hãy so sánh phương pháp nhiệt luyện và phương pháp thuỷ luyện.

Trả lời:

Câu 2: Phương pháp nào thường dùng trong phòng thí nghiệm để tách kim loại? Giải thích.

Trả lời:

Phương pháp thường dùng trong phòng thí nghiệm để tách kim loại là phương pháp thuỷ luyện do phương pháp này dễ thực hiện, an toàn.

Câu 3: Trong phản ứng tách kim loại từ ZnO bằng C theo phương pháp nhiệt luyện, kẽm sinh ra ở thể nào? Vì sao?

Trả lời:

Trong phản ứng tách kim loại từ ZnO bằng C theo phương pháp nhiệt luyện, kẽm sinh ra ở thể hơi, do nhiệt độ phản ứng cao hơn nhiệt độ hoá hơi của kẽm.

Câu 4: Cho các kim loại Ag, Al, Cu, Fe, Mg, Na, Sn và Zn. Hãy sắp xếp các kim loại trên ứng với các phương pháp phù hợp để tách chúng ra khỏi hợp chất của chúng.

Trả lời:

- Phương pháp nhiệt luyện: Cu, Fe, Sn, Zn.

- Phương pháp thuỷ luyện: Ag, Cu.

- Phương pháp điện phân nóng chảy: Al, Mg, Na.

3. VẬN DỤNG (5 CÂU)

Câu 1: Từ những hợp chất riêng biệt : Cu(OH)₂, MgO, FeS₂, hãy nêu phương pháp thích hợp để điều chế Cu, Mg, Fe.

Trả lời:

Phương pháp:

Cu(OH)₂ → CuCl₂ Cu.

MgO → MgCl₂ Mg.

FeS₂ → Fe₂O₃ Fe.

Câu 2: Bằng những phương pháp nào người ta có thể điều chế Cu từ dung dịch Cu(NO₃)₂, Ca từ dung dịch CaCl₂? Viết phương trình hoá học của các phản ứng.

Trả lời:

- Điều chế Cu từ Cu(NO₃)₂:

2Cu(NO₃)₂ + 2H₂O 2Cu + O₂ + 4HNO₃

CuO + H₂ Cu + H₂O.

- Điều chế Ca từ CaCl­₂: cô cạn dung dịch CaCl₂ rồi điện phân nóng chảy.

CaCl₂ Ca + Cl₂

Câu 3: Một loại quặng sắt chứa 80% Fe₂O₃ và 10% SiO₂. Hàm lượng các nguyên tử Fe và Si trong quặng này là bao nhiêu?

Trả lời:

Giả sử có 100 gam quặng sắt, khối lượng Fe₂O₃ là 80 gam và khối lượng SiO₂ là 10 gam

Số mol Fe₂O₃ là (mol)

(mol)

→ m_Fe = 56(g)

%m_Fe = .

Tương tự tính cho Si , %m_Si = 4,7%

Câu 4: Để khử hoàn toàn 30 gam hỗn hợp gồm CuO, FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃,Fe, MgO cần dùng 5,6 lít khí CO (đktc). Khối lượng chất rắn thu được sau phản ứng là bao nhiêu?

Trả lời:

n_CO = mol.

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

(gam).

Câu 5: Chu sa 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”, tuyệt 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 hoá học của phản ứng xảy ra (nếu có).

Trả lời:

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

HgS(s) → Hg(s) + S(s)

HgS(s) + O₂(g) → Hg(g) + SO₂(g).

4. VẬN DỤNG CAO (2 CÂU)

Câu 1: Cho hơi nước qua than nóng đỏ thu được 2,24 lít hỗn hợp khí X gồm CO₂, CO và đo ở đktc. Dẫn X qua hỗn hợp gồm CuO và Al₂O₃ dư nung nóng thu dược m gam chất rắn và hỗn hợp khí và hơi Y. Dẫn Y qua dung dịch Ca(OH)₂ dư, lọc bỏ kết tủa thấy khối lượng dung dịch giảm 1,16 gam. Khối lượng kim loại có trong m là bao nhiêu?

Trả lời:

Phản ứng của than nóng đỏ với hơi nước:

C + 2H₂O → CO₂ + 2H₂

x → 2x (mol)

C + 2H₂O → CO + H₂

y → y (mol)

Theo đề ta có: 3x + 2y = 0,1 (1)

Khi dẫn hỗn hợp khí X qua hỗn hợp gồm CuO và Al₂O₃ dư, chỉ có CuO phản ứng:

CuO + CO → Cu + CO₂

y → y → y (mol)

CuO + H₂ → Cu + H₂O

2x+y → 2x+y → 2x+y

Khí và hơi Y thoát ra gồm: (x+y) mol CO₂ và (2x+ y) mol H₂O

Dẫn Y qua dung dịch Ca(OH)₂ dư, sẽ có phản ứng:

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃

x+y → x+y

Trong phần nước lọc, khối lượng giảm 1,16 gam

Giải hệ (1) và (2)

Số mol kim loại Cu tạo ra là: mol

Khối lượng kim loại có trong m là 5,12 gam.

Câu 2: Điện phân 1 lít dung dịch có chứa 18,8 gam Cu(NO₃)₂ và 29,8 gam KCl bằng điện cực trơ, có màng ngăn xốp. Sau 1 thời gian thấy khối lượng dung dịch giảm 34,3 gam so với ban đầu. Coi thể tích dung dịch không đổi trong quá trình điện phân. Nồng độ các chất trong dung dịch sau khi điện phân là bao nhiêu?

Trả lời:

Số mol Cu(NO₃)₂ và KCl lần lượt là 0,1 và 0,4 mol

Tại cathode lần lượt xảy ra các quá trình: (1) Cu²⁺ + 2e → Cu

(2) 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-

Tại anode lần lượt xảy ra các quá trình: (a) 2Cl^- → Cl₂ + 2e

(b) 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e

Nhận xét: trong số các ion do muối điện li ra chỉ có Cu²⁺ và Cl^- bị điện phân ở các điện cực.

Nếu Cu²⁺ và Cl^- bị điện phân hết, tổng khối lượng dung dịch giảm đi một lượng là: (

⇒ Cu²⁺ và Cl^- bị điện phân hết, nước tham gia phản ứng ở cả 2 điện cực.

Gọi mol H₂ thoát ra ở cathode là x, mol O₂ thoát ra ở anode là y. Ta có:

- Cathode: (1) Cu²⁺ + 2e → Cu

0,1 0,2 0,1 mol

(2) 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-

2x x 2x mol

- Anode: (a) 2Cl^- → Cl₂ + 2e

0,4 0,2 0,4 mol

(b) 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e

4y y 4y mol

Bảo toàn electron: 0,2 + 2x = 0,4 + 4y (1)

Tổng khối lượng giảm: 64.0,1 + 2x + 71.0,2 = 34,3 (2)

Giải hệ phương trình (1)và (2) ta được: x = 0,85; y = 0,375 mol

Sau khi điện phân trong dung dịch có:

K⁺ (0,4 mol); NO₃^- ( 0,2 mol); OH^- ( 2.0,85 = 1,7 mol); H⁺ (4.0,375 = 1,5 mol)

H⁺ + OH^- → H₂O

1,5 1,5 mol

Sau phản ứng trên còn dư 0,2 mol OH^-

→ Dung dịch cuối cùng có K⁺( 0,4 mol); NO₃^- ( 0,2 mol); OH^- ( 0,2 mol)

→ Có 0,2 mol KNO₃ và 0,2 mol KOH

Nồng độ các chất còn lại trong dung dịch là: KNO₃ 0,2 M; KOH 0,2 M