Khoa học tự nhiên lớp 9
Chủ điểm 9 · ⚗️ Hoá học

Tách kim loại, hợp kim; kim loại khác phi kim ở đâu

Chọn đúng phương pháp tách một kim loại theo vị trí trên dãy hoạt động, viết phương trình và tính khối lượng kim loại thu được từ quặng có hiệu suất, và phân biệt kim loại với phi kim.

Ứng với SGK Kết nối tri thức: Bài 20, Bài 21

⚡ Nhớ nhanh

  • 1Hầu hết kim loại nằm trong quặng ở dạng hợp chất (ion dương). Tách kim loại là khử hợp chất đó thành kim loại. Chỉ Au (đôi khi Ag, Cu) gặp ở dạng đơn chất.
  • 2Chọn phương pháp theo dãy hoạt động: kim loại mạnh (K, Na, Ca, Mg, Al) → điện phân nóng chảy · trung bình (Zn, Fe, Pb) → nhiệt luyện (C, CO) · yếu (Cu, Ag) → thuỷ luyện.
  • 3Lò cao luyện gang (Fe₂O₃ + CO); nhôm điện phân Al₂O₃ nóng chảy có cryolite; kẽm: đốt ZnS thành ZnO rồi khử bằng C.
  • 4Hợp kim là vật liệu kim loại có một kim loại chính trộn thêm nguyên tố khác. Gang 2–5% C (cứng, giòn), thép dưới 2% C (cứng, dẻo).
  • 5Kim loại nhường electron → ion dương, cho oxide base. Phi kim nhận electron → ion âm, cho oxide acid.
  • 6Bài tính có quặng: nhân tỉ lệ % Fe₂O₃, rồi nhân hiệu suất, cuối cùng chia cho % kim loại trong gang.

👀 Nhìn là hiểu

Chọn một kim loại trên dãy rồi xem đường đi quặng → phương pháp → kim loại. Bấm thử phương pháp khác để biết vì sao không hợp.

⬅ hoạt động mạnhyếu ➡
mạnh: điện phân TB: nhiệt luyện yếu: thuỷ luyện
Al₂O₃từ quặng bauxiteĐiện phân nóng chảy−+Al
Tốn năng lượng:

Đem thử phương pháp:

✅ Nhôm (Al) thuộc nhóm mạnh: dùng điện phân nóng chảy

Al thuộc nhóm mạnh, bám chặt vào hợp chất; chất khử thông thường không đủ sức, phải dùng dòng điện.

2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂↑ (điện phân nóng chảy, cryolite)

💡 Ion kim loại trong hợp chất nhận electron và trở thành kim loại: hợp chất bị khử.

Mẫu:

1 ⛏️ Chọn phương pháp tách kim loại

Cần nhớ

  • ✦Quặng chứa kim loại ở dạng hợp chất: Al₂O₃ (bauxite), Fe₂O₃ (hematite), ZnS. Kim loại càng mạnh càng bám chặt vào hợp chất, càng khó tách, càng tốn năng lượng.
  • ✦Tách kim loại nghĩa là khử hợp chất của kim loại thành kim loại: ion kim loại nhận electron và trở thành nguyên tử kim loại.
  • ✦Nhiều kim loại chỉ có ở dạng hợp chất: nhôm là kim loại phổ biến nhất vỏ Trái Đất nhưng không có mẩu nhôm nguyên chất nào ngoài tự nhiên.

Ba phương pháp, chọn theo nhóm kim loại

NhómPhương phápVí dụ
Mạnh: K, Na, Ca, Mg, AlĐiện phân nóng chảy (tốn nhiều điện)2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂↑
Trung bình: Zn, Fe, PbNhiệt luyện: dùng C, CO ở nhiệt độ caoFe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
Yếu: Cu, AgThuỷ luyện: kim loại mạnh hơn đẩy ra khỏi dung dịch muốiFe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu
AuGặp sẵn dạng tự do, chỉ cần đãi, tách cơ họcHạt vàng trong cát

Dạng bài

Chọn phương pháp và viết phương trình

  1. 1 Tìm vị trí của kim loại trên dãy: mạnh, trung bình hay yếu.
  2. 2 Chọn phương pháp tương ứng: điện phân nóng chảy / nhiệt luyện / thuỷ luyện.
  3. 3 Viết phương trình: sản phẩm là kim loại và phần còn lại (Cl₂, O₂, CO₂…).
  4. 4 Kiểm tra số nguyên tử mỗi nguyên tố hai vế ✓.

⚠️ Bẫy hay gặp: Thuỷ luyện không dùng được cho Na, K, Ca: thả Na vào dung dịch CuSO₄ thì Na tác dụng với nước trước, không thu được Cu. Cũng không dùng C hay CO khử Al₂O₃: đốt than với Al₂O₃ bao lâu cũng không ra nhôm.

⚡
Làm mẫu

Nêu phương pháp tách Mg từ MgCl₂ và viết phương trình.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

2 🏭 Quy trình tách Fe, Al, Zn

Lò cao luyện gang (Fe)

  • ✦Nạp quặng sắt (Fe₂O₃), than cốc, đá vôi từ đỉnh lò, thổi khí nóng giàu oxygen từ dưới lên.
  • ✦Than cháy tạo CO: C + O₂ → CO₂ (t°), rồi CO₂ + C → 2CO (t°).
  • ✦CO khử quặng: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ (t°). Sắt nóng chảy chìm xuống đáy, hoà tan carbon thành gang.
  • ✦Đá vôi tạo xỉ nổi lên trên: CaCO₃ → CaO + CO₂ (t°), CaO + SiO₂ → CaSiO₃. Muốn thành thép thì thổi oxygen đốt bớt carbon: C + O₂ → CO₂ (t°).

Nhôm và kẽm

Kim loạiCác bướcPhương trình
Al từ bauxiteTinh chế quặng được Al₂O₃ → điện phân nóng chảy, trộn cryolite để hạ nhiệt độ nóng chảy, tiết kiệm điện. Al ở cực âm, O₂ ở cực dương2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂↑
Zn từ ZnSĐốt quặng trong không khí thành ZnO (khí SO₂ gây mưa acid, phải xử lí), rồi khử ZnO bằng C2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂↑ (t°) · ZnO + C → Zn + CO↑ (t°)

Dạng bài

Tính kim loại thu được từ quặng có hiệu suất

  1. 1 Tính khối lượng chất chứa kim loại trong quặng: m = m(quặng) · % chất đó.
  2. 2 Đổi ra mol, theo phương trình tính mol và khối lượng kim loại lí thuyết.
  3. 3 Nhân hiệu suất để ra khối lượng thực tế; nếu sản phẩm là gang thì chia cho % Fe trong gang.
  4. 4 Kiểm tra: lấy kết quả ngược về, thấy đúng tỉ lệ đề cho ✓.

⚠️ Bẫy hay gặp: Quặng chứa 80% Fe₂O₃ không phải 80% Fe. Lấy luôn 800 kg làm khối lượng Fe là bỏ quên bước đổi Fe₂O₃ → Fe (đúng là 560 kg trước khi nhân hiệu suất).

⚖️
Làm mẫu

Từ 1 tấn quặng chứa 80% Fe₂O₃, hiệu suất 90%, luyện được bao nhiêu kg gang chứa 96% Fe?

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

3 🔩 Hợp kim: gang, thép, duralumin, inox

Cần nhớ

  • ✦Hợp kim là vật liệu kim loại có một kim loại chính và các nguyên tố khác. Hợp kim thường cứng hơn, bền hơn, ít gỉ hơn kim loại nguyên chất, nên dùng nhiều hơn.
  • ✦Gang và thép đều là hợp kim của sắt, khác nhau ở hàm lượng carbon: gang 2–5%, thép dưới 2%.
  • ✦Tái chế kim loại tiết kiệm năng lượng vì bỏ qua bước tách kim loại khỏi hợp chất. Tái chế nhôm chỉ tốn dưới 10% năng lượng so với luyện từ bauxite.

Bốn hợp kim hay gặp

Hợp kimThành phần chínhTính chấtDùng làm
GangFe, 2–5% CCứng, giòn, chỉ đúc đượcNắp cống, thân máy, ống nước
ThépFe, dưới 2% CCứng, dẻo, rèn cán đượcKhung nhà, cầu, ô tô
Thép không gỉ (inox)Fe với chromium, nickelÍt gỉ, sáng bóngDụng cụ nhà bếp, y tế
DuraluminAl chính, thêm Cu, Mg…Nhẹ mà bềnVỏ máy bay

Dạng bài

Tính % kim loại trong hợp kim

  1. 1 Chọn kim loại tác dụng với acid (đứng trước H), kim loại còn lại không phản ứng.
  2. 2 Từ số mol H₂ (V/24,79) suy ra mol và khối lượng kim loại đó theo phương trình.
  3. 3 % = m(kim loại) / m(hợp kim) · 100.
  4. 4 Kiểm tra: % hai kim loại cộng lại bằng 100 ✓.

⚠️ Bẫy hay gặp: Dùng 22,4 L/mol thay 24,79 thì n(H₂) ≈ 0,11 mol, ra khoảng 55% Zn. Điều kiện chuẩn của sách mới là 25 °C, 1 bar: 24,79 L/mol.

🧮
Làm mẫu

Hợp kim Zn–Cu nặng 13 g, cho vào HCl dư thu 2,479 L H₂ (25 °C, 1 bar). Tính % khối lượng Zn.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

4 ⚖️ Kim loại khác phi kim ở đâu

So từng mặt

Kim loạiPhi kim
Xu hướng electronNhường → ion dươngNhận → ion âm
Vị trí bảng tuần hoànBên trái và giữaGóc trên bên phải
Vật líDẫn điện, dẻo, ánh kim, hầu hết rắn (trừ Hg)Kém dẫn điện (trừ than chì), giòn, có đủ ba thể
Với oxygenOxide base (CaO)Oxide acid (CO₂)
Với hydrogenKhông tạo hợp chất khíNhiều phi kim tạo khí tan thành acid (HCl)

Dạng bài

Từ số electron lớp ngoài tìm loại nguyên tố và hợp chất

  1. 1 Viết cách xếp electron theo lớp (2-8-…) từ Z.
  2. 2 Ít electron lớp ngoài (1–3) thì nhường → kim loại; gần đủ 8 (5–7) thì nhận → phi kim.
  3. 3 Viết ion tạo thành rồi cân điện tích để ra công thức hợp chất.
  4. 4 Kiểm tra: tổng điện tích các ion bằng 0 ✓.

⚠️ Bẫy hay gặp: Than chì là phi kim nhưng dẫn điện, thuỷ ngân là kim loại nhưng ở thể lỏng. Quy luật chung có ngoại lệ có lí do, đừng kết luận "phi kim thì không dẫn điện".

🧂
Làm mẫu

X có Z = 11, Y có Z = 17. Hợp chất tạo bởi X và Y có công thức nào?

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

✏️ Luyện tập

Làm xong mỗi nhóm bấm Kiểm tra. Câu sai có lời giải ngắn và nút quay lại phần cách làm.

⛏️

Chọn phương pháp

  1. 1
    Nhận biết

    Tách kim loại ra khỏi quặng thực chất là:

  2. 2
    Nhận biết

    Kim loại nào được tách bằng điện phân nóng chảy?

  3. 3
    Thông hiểu

    Cặp kim loại – phương pháp tách phù hợp nhất là:

  4. 4
    Thông hiểu

    Thả đinh sắt vào dung dịch CuSO₄ để thu đồng. Đây là phương pháp:

  5. 5
    Thông hiểu Dùng Zn đẩy Cu ra khỏi dung dịch CuSO₄ dư. Để thu 19,2 g Cu cần tối thiểu g Zn.
🔥

Lò cao luyện gang

  1. 1
    Nhận biết

    Nguyên liệu chính nạp vào lò cao luyện gang là:

  2. 2
    Thông hiểu

    Trong lò cao, chất trực tiếp khử Fe₂O₃ thành Fe là:

  3. 3
    Thông hiểu Khử hoàn toàn 16 g Fe₂O₃ bằng CO dư, khối lượng Fe thu được là g.
  4. 4
    Thông hiểu Để khử hoàn toàn 16 g Fe₂O₃ (Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂) cần thể tích CO ở 25 °C, 1 bar là L.
  5. 5
    Vận dụng Từ 1 tấn quặng chứa 80% Fe₂O₃, hiệu suất 90%, luyện được kg gang chứa 96% Fe.
🏭

Nhôm và kẽm

  1. 1
    Thông hiểu

    Khi điện phân nóng chảy Al₂O₃ người ta thêm cryolite để:

  2. 2
    Thông hiểu

    Đốt quặng ZnS trong không khí thu được:

  3. 3
    Vận dụng Điện phân nóng chảy 20,4 g Al₂O₃ thu được g Al và L O₂ (25 °C, 1 bar).
  4. 4
    Vận dụng Từ 48,5 g ZnS qua hai bước (đốt thành ZnO rồi khử bằng C), hiệu suất cả quá trình 80%, thu được g Zn.
🔩

Hợp kim

  1. 1
    Nhận biết

    Hàm lượng carbon của gang và thép là:

  2. 2
    Thông hiểu

    Khung xe đạp làm bằng thép chứ không làm bằng gang vì:

  3. 3
    Thông hiểu

    Thép không gỉ (inox) là hợp kim của sắt với:

  4. 4
    Vận dụng Hợp kim Al–Cu nặng 10 g cho vào HCl dư (Cu không phản ứng), thu 7,437 L H₂ (25 °C, 1 bar). %Al trong hợp kim là %.
⚖️

Kim loại và phi kim

  1. 1
    Nhận biết

    Oxide của phi kim như CO₂ thường là:

  2. 2
    Thông hiểu

    Nguyên tử có cách xếp electron 2-8-2 là:

  3. 3
    Vận dụng Nguyên tố X (Z = 13) kết hợp với Y (Z = 17) tạo hợp chất có công thức .

🎯 Chủ điểm này ra kiểm tra và thi chuyên thế nào?

  • •Kiểm tra hay hỏi chọn phương pháp tách theo vị trí trên dãy hoạt động và viết phương trình lò cao, điện phân Al₂O₃.
  • •Câu vận dụng thường tính khối lượng gang, nhôm, kẽm từ quặng có hiệu suất, hoặc % kim loại trong hợp kim qua khí H₂ ở 24,79 L/mol.
  • •Đề thi chuyên Hoá hay gài bẫy quặng 80% Fe₂O₃ không phải 80% Fe, và kim loại mạnh không tách được bằng nhiệt luyện hay thuỷ luyện.
Có đề cô giao? Tải lên để làm thử
Chủ điểm tiếp theo
10. Hợp chất hữu cơ, alkane, alkene và nhiên liệu