Những kim loại nào có thể điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện ?

I. Nguyên tắc điều chế kim loại

Nguyên tắc điều chế kim loại là khử ion kim loại thành nguyên tử.

Mⁿ⁺  +  ne → M

II. Phương pháp điều chế kim loại

Tùy thuộc vào độ hoạt động hóa học của kim loại mà người ta lựa chọn phương pháp điều chế phù hợp.

1. Phương pháp nhiệt luyện

- Nguyên tắc: Khử ion kim loại trong hợp chất ở nhiệt độ cao bằng các chất khử như C, CO, H₂ hoặc các kim loại hoạt động (như Al).

- Phạm vi áp dụng: Sản xuất các kim loại có tính khử trung bình (Zn, Fe, Sn, Pb,…) trong công nghiệp.

- Ví dụ:

Fe₂O₃ + 3CO  2Fe + 3CO₂

2. Phương pháp thuỷ luyện

- Nguyên tắc: Dùng những dung dịch thích hợp như: H₂SO₄, NaOH, NaCN,… để hoà tan kim loại hoặc các hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có ở trong  quặng. Sau đó khử những ion kim loại này trong dung dịch bằng những kim loại có tính khử mạnh hơn như Fe, Zn,…

- Phạm vi áp dụng: Thường sử dụng để điều chế các kim loại có tính khử yếu.

- Ví dụ dùng Fe để khử ion Cu²⁺ trong dung dịch muối đồng.

Fe + CuSO₄→ FeSO₄ + Cu↓

Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺  + Cu↓

3. Phương pháp điện phân 

a. Điện phân hợp chất nóng chảy 

- Nguyên tắc: Khử các ion kim loại bằng dòng điện bằng cách điện phân nóng chảy hợp chất của kim loại.

- Phạm vi áp dụng: Điều chế các kim loại hoạt động hoá học mạnh như K, Na, Ca, Mg, Al…

- Ví dụ điện phân Al₂O₃ nóng chảy là phương pháp sản xuất nhôm trong công nghiệp.

+ Ở catot (cực âm): Al³⁺ + 3e → Al

+ Ở anot (cực dương): 2O^2- → O₂ + 4e

Phương trình điện phân: 2Al₂O₃ $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$4Al + 3O₂

Sơ đồ thùng điện phân Al₂O₃ nóng chảy

b. Điện phân dung dịch 

- Nguyên tắc: Khử các ion kim loại bằng dòng điện bằng cách điện phân dung dịch muối của kim loại.

- Phạm vi áp dụng: Điều chế các kim loại có độ hoạt động hoá học trung bình hoặc yếu như Zn, Cu …

- Ví dụ điện phân dung dịch CuCl₂ để điều chế Cu:

+ Ở catot: Cu²⁺ + 2e → Cu

+ Ở anot: 2Cl^- → Cl₂ + 2e

Phương trình điện phân: CuCl₂ $\stackrel{t^{\circ }}{\to }$Cu + Cl₂

c) Tính lượng chất thu được ở các điện cực

 Dựa vào công thức Farađây, có thể tính được khối lượng các chất thu được ở điện cực:

$m=\frac{AIt}{nF}$ trong đó:

m: Khối lượng chất thu được ở điện cực (gam).

A: Khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực.

n: Số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận.

I: Cường độ dòng điện (ampe)

t: Thời gian điện phân (giây)

F: Hằng số Farađây (F = 96500).