Tách-tinh chế kim loại, hợp chất của kim loại

 TÁCH -TINH CHẾ KIM LOẠI, HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI 

 I.Phương pháp

- Bước 1. Chọn chất X chỉ tác dụng với A (mà không tác dụng với B) để chuyển A thành dạng A₁ kết tủa, bay hơi, hoặc hòa tan; tách ra khỏi B (bằng cách lọc hoặc tự tách).

- Bước 2. Điều chế lại chất A từ chất A₁

Sơ đồ tách chất ra khỏi hỗn hợp:

         + X         B (,) : Thu trực tiếp B

      A, B        

                                                  + Y

                             AX (tan)                      A (tái tạo)

Nếu hỗn hợp A, B đều tác dụng được với X thì dùng chất X' chuyển cả A, B thành A', B' rồi tách A', B'  thành 2 chất nguyên chất. Sau đó tiến hành bước 2 (điều chế  lại A từ A')

*Chú ý:

-Đối với hỗn hợp rắn: X thường là dung dịch để hòa tan chất A.

-Đối với hỗn hợp lỏng ( hoặc dung dịch): X thường là dung dịch để tạo kết tủa hoặc khí

-Ta chỉ thu được chất tinh khiết nếu chất đó không lẫn chất khác cùng trạng thái

Ví dụ 1:  Nêu phương pháp tách hỗn hợp gồm MgO, Fe₂O₃, CuO ở thể rắn thành các chất nguyên chất.

Giải:

Trước tiên ta sẽ khử các oxit kim loại trên bằng hiđro ở nhiệt độ cao (chỉ có oxit kim loại đứng sau nhôm mới bị khử)

Ta có phản ứng khử như sau: CuO + H₂ → Cu + H₂O; Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O

Còn lại MgO không bị khử. Sau đó ta cho các chất thu được tác dụng với axit HCl thì Cu không phản ứng và bị oxi hóa ở ngoài không khí tạo thành CuO:

2Cu + O₂ → 2CuO. Ta tách được CuO ra khỏi hỗn hợp.

MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂  ;    Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

Hai muối thu được là MgCl₂ và FeCl₂ ta cho điện phân dung dịch thì FeCl₂ bị điện phân tạo thành Fe, sau đó Fe bị oxi hóa thành Fe₂O₃ ta tách được Fe₂O₃

Muối MgCl₂ không bị điện phân dung dịch thì ta điện phân nóng chảy tạo thành Mg, sau đó đốt nóng thì Mg bốc cháy trong không khí tạo ra MgO:

MgCl₂ → Mg + Cl₂; 2Mg + O₂ → 2MgO

Cuối cùng ta tách được cả ba chất trên ra khỏi hỗn hợp thành các chất nguyên chất.

Ví dụ 2: Bằng phương pháp hóa học hãy tách riêng từng kim loại sau ra khỏi hỗn hợp: Al, Fe, Cu?

Giải:

Cho hỗn hợp phản ứng với dung dịch kiềm chỉ có Al tan do phản ứng:

2Al + 2NaOH + H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂

Lọc tách Fe và Cu. Phần nước lọc thu được cho phản ứng với dung dịch HCl vừa đủ sẽ sinh ra kết tủa keo trắng:

2NaAlO₂ + HCl + H₂O → Al(OH)₃ + NaCl

Lọc kết tủa rồi nung với H2 trong điều kiện nung nóng ta sẽ thu được Al

Al(OH)₃ + H₂  Al + 3H₂O

Hỗn hợp Fe và Cu cho phản ứng với dung dịch HCl chỉ có Fe phản ứng

Fe + HCl → FeCl₂ + H₂

Lọc thu được Cu. Phần nước lọc thu được cho phản ứng với dung dịch kiềm sẽ cho kết tủa trắng xanh

FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂ + 2NaCl

Lọc kết tủa nùng nóng ở nhiệt độ cao được FeO

Fe(OH)₂  FeO + H₂O

FeO + H₂  Fe + H₂O

II.Bài tập vận dụng

Bài 1:

Bằng phương pháp hóa học hãy tách riêng từng chất khỏi hỗn hợp gồm CuO, Al₂O₃, SiO₂

Hướng dẫn:

Dễ thấy hỗn hợp gồm: 1 oxit bazo, 1 oxit lưỡng tính, một oxit axit. Vì vậy nên dùng dung dịch HCl để hòa tan, thu được SiO₂

Bài 2:

a)Tinh chế SiO₂ có lẫn FeO

b) Tinh chế Ag có lẫn Fe, Zn, Al

Hướng dẫn:

a) Hòa tan trong dung dịch HCl dư thì FeO tan hết, SiO₂ không tan

=>thu được SiO₂

b) Hòa tan trong dung dịch HCl dư hoặc AgNO₃ dư thì Fe, Zn, Al tan hết, Ag không tan

=>thu được Ag

Bài 3:

Tách riêng từng chất ra khỏi hỗn hợp Cu, Al, Fe bằng phương pháp hóa học

Hướng dẫn:

Hòa tan hỗn hợp vào dung dịch NaOH đặc dư thì Al tan còn Fe, Cu không tan

Từ NaAlO₂ tái tạo Al theo sơ đồ:

NaAlO₂ → Al(OH)₃ →Al₂O₃ → Al

Phần nước lọc tái tạo lấy Fe:

FeCl₂ → Fe(OH)₂ → FeO → Fe

(Nếu đề bài không yêu cầu giữ nguyên lượng ban đầu thì có thể dùng Al đẩy Fe khỏi muối FeCl₂

Bài 4:

Tách riêng mỗi chất ra khỏi hỗn hợp sau:

a)Hỗn hợp Al₂O₃, CuO, FeS, K₂SO₄

b)Hỗn hợp AlCl₃, FeCl₃, BaCl₂

c)Hỗn hợp Cu, Ag, S, Fe

Hướng dẫn:

a)

b)

Cho hỗn hợp tác dụng với dung dịch NH₃ dư → dung dịch và 2 kết tủa.

Từ dung dịch (BaCl₂ và NH₄Cl) điều chế được BaCl₂ bằng cách cô cạn và đun nóng (NH₄Cl thăng hoa).

(Hoặc dùng Na₂CO₃ và HCl để thu được BaCl₂)

Hòa tan 2 kết tủa vào NaOH dư → thu được 1 dung dịch và 1 kết tủa

Từ dung dịch tái tạo AlCl₃

NaAlO₂ → Al(OH)₃ →Al₂O₃ → Al

Từ kết tủa tái tạo FeCl₃

Fe(OH)3 → FeCl₃

c)Sơ đồ tách:

Bài 5:

Quặng nhôm có Al₂O₃ lẫn với các tạp chất là Fe₂O₃ và SiO₂. Hãy nêu phản ứng nhằm tách riêng từng oxit ra khỏi quặng nhôm. 

Hướng dẫn:

-Hòa tan hỗn hợp oxit bằng dung dịch kiềm, Al₂O₃ và SiO₂ tan:

Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O

SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O

+Lọc thu được Fe₂O₃ không tan

-Sục CO₂ dư vào nước lọc để tách được kết tủa Al(OH)₃

NaAlO₂ + CO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃ + NaHCO₃

+Lọc kết tủa đem nung nóng thu được Al2O3

Al(OH)₃  Al₂O₃ + 3H₂O

-Dùng HCl tác dụng với nước lọc để tạo kết tủa H2SiO3

2HCl + Na₂SiO₃ → 2NaCl + H₂SiO₃

+Lọc kết tủa nung nóng H₂SiO₃ thu được SiO₂

H₂SiO₃  SiO₂ + H₂O

Bài 6:

Hỗn hợp gồm FeCl₂, NaCl, AlCl₃, CuCl₂.Tách riêng lấy từng chất?

Hướng dẫn:

Cho hh vào dd Ba(OH)₂ dư
+ Có kết tủa lọc tách : Cu(OH)₂ và Fe(OH)₂ (nhóm 1)
+ dd : NaCl, Ba(AlO₂)₂, Ba(OH)₂ dư( nhóm 2)
nhóm 1 cho td dd HCl dư, bay hơi HCl thu đc 2 muối khan cho vào nc, đpdd đc : Cu, Fe, cho td dd HCl dư thu đc FeCl₂ và Cu . Lọc kết tủa, cho Cu td Cl₂ thu đc CuCl₂
nhóm 2 cho td CO₂ dư , lọc tách kết tủa thu đc:
+ Al(OH)₃ td HCl --> AlCl₃ 
+ NaCl, Ba(HCO₃)₂ nung đc NaCl khan và BaCO₃ cho vào nước lọc kết tủa thu đc NaCl
Bài 7:

Tách riêng vụn bạc ra khỏi hỗn hợp vụn bạc, sắt, nhôm

Hướng dẫn:

Cho hỗn hợp tác dụng với dung dịch HCl. Sắt và nhôm sẽ tác dụng. Chất rắn không phản ứng là bạc.

Lọc dung dịch ta sẽ thu được bạc