Phương pháp thủy luyện trong điều chế kim loại là gì?

Câu hỏi: Phương pháp thủy luyện trong điều chế kim loại là gì?

Lời giải:

Phương pháp thủy luyện còn gọi là phương pháp ướt, được dùng để điều chế những kim loại có độ hoạt động hóa học thấp 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, như Fe, Zn…

-  Phạm vi sử dụng: thường dùng trong phòng thí nghiệm để điều chế các kim loại sau Mg (thường là kim loại yếu).
 

Ví dụ 1:

Người ta điều chế Ag bằng cách nghiền nhỏ quặng bạc sunfua Ag₂S, xử lí bằng dung dịch NaCN, rồi 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:

Zn + 2Na[Ag(CN)₂] → Na₂[Zn(CN)₄] + 2Ag

Ví dụ 2:

Vàng lẫn trong đất đá có thể hòa tan dần trong dung dịch NaCN cùng với oxi của không khí, 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 Zn:

Zn + 2Na[Au(CN)₂] → Na2[Zn(CN)₄] + 2Au

Cách giải bài tập điều chế kim loại bằng Phương pháp thủy luyện

* Một số lưu ý cần nhớ:

Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung môi thích hợp như dung dịch H₂SO₄, NaOH, NaCN,... để hoà tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có trong quặng. Sau đó khử những ion kim loại này bằng kim loại có tính khử mạnh như Fe, Zn, ...

Ví dụ : Dùng Fe để khử ion Cu²⁺ trong dung dịch muối đồng.

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu¯

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu¯

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Cho thanh sắt Fe vào dung dịch X chứa 0,1 mol AgNO3 và 0,2 mol Cu(NO₃)₂. Khi thấy thanh kim loại tăng lên 8,8 gam thì dừng lại. Tính khối lượng kim loại bám vào thanh sắt

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_Ag+ = 0,1 mol;  n_Cu2+ = 0,2 mol

Nếu Ag⁺ phản ứng hết :

Fe  +  2Ag⁺ → Fe²⁺ + 2Ag

0,05 ← 0,1         →      0,1    

=> m_tăng = 0,1.108 – 0,05.56 = 8 < 8,8

=> Ag⁺ phản ứng hết;  Cu²⁺ phản ứng 1 phần

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

x   → x            →     x         

=> m_tăng = 64x – 56x = 8x

=> tổng khối lượng tăng ở 2 phản ứng là:

m_tăng = 8 + 8x = 8,8  => x = 0,1 mol

=> m_{kim loại bám vào} = m_Ag + m_Cu = 17,2 gam

Ví dụ 2: Cho 0,56 gam bột sắt vào 100 ml dung dịch gồm AgNO₃ 0,3M và Cu(NO₃)₂ 0,5M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam chất rắn X. Giá trị của m là

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_Fe = 0,01 mol;  nAgNO₃ = 0,03 mol;  nCu(NO₃)₂ = 0,05 mol

Ta thấy : n_{e Fe cho tối đa} = 0,01.3 = 0,03 mol = n_{e Ag+} nhận tối đa

=> Fe phản ứng hết với Ag, tạo thành Fe³⁺ và Ag

=> n_Ag  = n_AgNO3 = 0,03 mol => m = 0,03.108 = 3,24 gam

Ví dụ 3: Cho m gam Zn vào dung dịch chứa 0,15 mol FeCl₃. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 3,92 gam chất rắn. Giá trị của m là:

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_FeCl3 = 0,15mol => m_{Fe tối đa sinh ra} = 0,15 . 56 = 8,4 gam > 3,92 gam

=> chất rắn chỉ có Fe, còn Zn đã phản ứng hết

n_Fe  = 3,92 / 56 = 0,07 mol

FeCl₃ phản ứng với Zn tạo thành Fe (0,07 mol) và FeCl₂ (0,15 – 0,07 = 0,08 mol)

Bảo toàn e: 2n_Zn = 3n_Fe + n_FeCl2 => nZn = 0,145 mol

=> m = 9,425 gam