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

MỞ ĐẦU

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?

Giải rút gọn:

- Điện phân nóng chảy các hợp chất của những nguyên tố hoá học mạnh.

- 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.

Giải rút gọn:

a) Những kim loại: vàng, bạc, platinum,…

b) - 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 nghiên cứu: 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.

Giải rút gọn:

1. - 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.

2. Vì O₂ sinh ra ở cực dương đốt cháy than chì tạo ra CO₂ nên phải thay cực dương của bình 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.

Giải rút gọn:

a) Các kim loại: Na, K, Ba, Ca, Mg, Al,…

Vì chúng là những kim loại mạnh trong dãy điện hoá và đều có khả năng dễ mất electron lớp ngoài cùng.

b) - Cathode: Na⁺ + 1e → Na

- Anode: 2Cl^- → Cl₂ + 2e

PTHH: NaCl Na + Cl₂

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

Giải rút gọn:

Một số kim như kẽm, sắt, đồng, chì,…

Hoạt động nghiên cứu: 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.

Giải rút gọn:

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

2. - Cathode: Cu²⁺ + 2e → Cu

- Anode: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

PTHH: CuSO₄ + H₂O → Cu + H₂SO₄ + O₂

III. TÁI CHẾ KIM LOẠI

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

Giải rút gọn:

Nhu cầu: trữ lượng mỏ quặng ngày càng cạn kiệt, nhu cầu sử dụng ngày càng tăng và lượng phế thải kim loại tạo ra ngày càng nhiều. Trong thực tiễn:

- Tái chế sắt:

+ Phương pháp: nung chảy, sử dụng điện phân dung dịch để tách sắt…

+ Sắt sau tái chế được ứng dụng: sản xuất thép, xây dựng, sản xuất ô tô,…

- Tái chế nhôm: 

+ Phương pháp: điện phân nóng chảy.

+ Sau tái chế được ứng dụng trong sản xuất ô tô, xe máy, xe đạp, xây dựng, trong thiết bị điện tử,…

- Tái chế đồng:

+ Phương pháp: thuỷ luyện, nhiệt luyện,…

+ Sau tái chế đồng được dùng 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.