Những thanh kim loại được đưa vào sử dụng trong các ngành hầu như đều có nguồn gốc từ mỏ khoáng thạch trong lòng đất. Những mỏ này ở dạng hợp chất của chúng chứ không là kim loại nguyên chất. Từ những mỏ khoáng chứa đầy hợp chất và tạp chất. Vậy các ngành làm trong lĩnh vực sản xuất kim loại đã làm gì để tạo thành thanh nguyên chất? Phương pháp điều chế kim loại mà họ đã sử dụng là gì?
Nguyên Tắc Điều Chế Kim Loại
Điều chế kim loại là cách tạo ra kim loại nguyên chất từ hỗn hợp hoặc hợp chất tự nhiên của nó. Trong tự nhiên chỉ có một số rất ít kim loại ở trạng thái tự do. Hầu hết chúng tồn tại ở dạng ion trong các hợp chất hóa học. Muốn chuyển hóa những ion này thành kim loại ta thực hiện quá trình khử ion kim loại của chúng. Do đó, nguyên tắc cung trong điều chế kim loại là khử ion. Phương trình tổng quát được thể hiện qua: Mn+ + ne → M
Phương trình điều chế một vài kim loại điển hình:
- Điều chế Natri: Na+ + 1e → Na
- Điều chế Đồng: Cu2+ + 2e → Cu
- Điều chế kim loại Sắt: Fe2+ + 2e → Fe
- Điều chế kim loại kẽm: Zn2+ + 2e → Zn
- Điều chế kim loại Nhôm: Al3+ + 3e → Al
Khi điều chế kim loại các ion kim loại đóng vai trò là chất oxi hóa. Chúng nhận thêm e trong quá trình phản ứng, trở về trạng thái cần bằng e.
Phương Pháp Điều Chế Kim Loại Bằng Phương Pháp Nhiệt Luyện
Phạm vi áp dụng: Dùng trong sản xuất các kim loại có tính khử trung bình (Zn, Fe, Sn, Pb,…) trong công nghiệp.
Nguyên tắc điều chế: Khử ion kim loại trong hợp chất ở nhiệt độ cao bằng các chất khử như Al, C, H2 CO.
- Điều chế sắt kim loại từ oxit sắt từ hoặc sắt (II) Oxit bằng CO hoặc phản ứng nhiệt nhôm:
3Fe3O4 + 8Al →(to) 9Fe + 4Al2O3
Fe2O3 + 3CO →(to) 2Fe + 3CO2
- Điều chế kim loại kẽm từ kẽm oxit bằng chất khử là C và CO:
2ZnO + C →(to) 2Zn + CO2
2ZnO + 2CO →(to) 2Zn + 2CO2
- Phương trình khác
WO3 + 3H2 →(to) W + 3H2O
TiCl4 + 4Na →(to) Ti + 4NaCl
V2O5 + 5Ca →(to) 2V + 5CaO
Các phản ứng dùng kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ làm chất khử đều phải thực hiện trong môi trường khí trơ hoặc chân không. Trường hợp điều chế từ quặng là sunfua kim loại như Cu2S, ZnS, FeS2… Thì phải chuyển sunfua kim loại thành oxit kim loại. Sau đó khử oxit kim loại bằng chất khử thích hợp.
2ZnS + 3O2 →(to) 2ZnO + 2SO2
ZnO + C →(to) Zn + CO
Đối với kim loại khó nóng chảy như Cr, người ta dùng Al làm chất khử. Phản ứng nhiệt nhôm tỏa nhiệt mạnh, lượng nhiệt tạo ra được sử dụng để đun nóng chảy Cr2O3. Nhờ vậy giảm được chi phí cho nhiên liệu:
Cr2O3 + 2Al →(to) 2Cr + Al2O3
Đối với những kim loại kém hoạt động như Hg, Ag chỉ cần đốt cháy quặng cũng thu được kim loại:
HgS + O2 →(to) Hg + SO2
Phương Pháp Điều Chế Kim Loại Bằng Phương Pháp Thủy Luyện
Phương pháp thủy luyện còn gọi là phương pháp ướt. Phương pháp này được dùng để điều chế những kim loại có độ hoạt động hóa học yếu như Au, Ag, Hg, Cu…Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp, như dung dịch H2SO4, NaOH, NaCN… Để hòa tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có trong quặng. Sau đó các ion kim loại trong dung dịch được khử bằng kim loại có tính khử mạnh hơn.
Điều chế Ag bằng cách nghiền nhỏ quặng bạc sunfua Ag2S. Xử lí hỗn hợp nghiền bằng dung dịch NaCN. Sau đó lọc để thu được dung dịch muối phức bạc:
Ag2S + 4NaCN → 2Na[Ag(CN)2] + Na2S
Sau đó, ion Ag+ trong phức được khử bằng kim loại Zn. Phương pháp này có thể gọi là dùng kim loại mạnh để đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi muối.
Zn + 2Na[Ag(CN)2] → Na2[Zn(CN)4] + 2Ag
Vàng lẫn trong đất đá có thể hòa tan dần trong dung dịch NaCN có sục oxi. Cuối cùng thu được dung dịch muối phức của vàng:
4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O → 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH
Sau đó, ion Au3+ trong phức được khử bằng kim loại hoạt động mạnh hơn là Zn:
Zn + 2Na[Au(CN)2] → Na2[Zn(CN)4] + 2Au
Phương Pháp Điều Chế Kim Loại Bằng Phương Pháp Điện Phân
Phương pháp điện phân là phương pháp vạn năng. Chúng có thể điều chế hầu hết các kim loại. Từ những kim loại có độ hoạt động hóa học cao đến trung bình và thấp.
Cơ sở của phương pháp này là dùng dòng điện một chiều để khử các ion kim loại. Tác nhân khử là cực (–) mạnh hơn nhiều lần tác nhân khử là chất hóa học
Phương pháp chung để điều chế các kim loại Na, Ca, Al trong công nghiệp là phương pháp điện phân; bằng cách điện phân những hợp chất (muối, bazơ, oxit) nóng chảy của chúng.
Ví dụ: Sơ đồ thùng điện phân NaCl nóng chảy để điều chế Na
Nguyên liệu là NaCl tinh khiết
Cực dương làm bằng than chì, cực âm bằng thép
Điều chế kim loại có tính khử trung bình và yếu như Zn, Cu,..bằng cách điện phân dung dịch muối của chúng
ZnBr2 → (điện phân) Zn + Br2
2CuSO4 + 2H2O → (điện phân) 2Cu + 2H2SO4 + O2
Phế Liệu 247, đơn vị chuyên thu mua phế liệu trên toàn quốc. Với 13 năm kinh nghiệm trong nghề, chúng tôi luôn tự hào là đơn vị đi đầu trong ngành thu mua và tái chế phế liệu. Thu mua tận nơi, quy trình đơn giản, thanh toán nhanh chóng là phương châm làm việc của Phế Liệu 247. Liên hệ 1900 6891 để được tư vấn chi tiết nhất.
![Ống hút nhựa có thể tái chế không? [Cách tái chế và vứt bỏ ống hút nhựa đúng cách]](https://phelieu247.com/wp-content/uploads/2019/08/ong-hut-co-the-tai-che-khong.jpg)
