Phương pháp phụ thuộc kim loại cần tách
Kim loại trong quặng thường nằm trong hợp chất. **Làm giàu quặng** loại bớt đất, đá và tạp chất; bước này chưa biến hợp chất thành kim loại. Tiếp theo mới dùng phương pháp hóa học phù hợp.
**Nhôm và các kim loại hoạt động mạnh** thường được tách bằng điện phân nóng chảy. Từ quặng bauxite, chế biến thu Al₂O₃, rồi điện phân Al₂O₃ hòa tan trong cryolite nóng chảy. Cryolite giúp hạ nhiệt độ vận hành. Sơ đồ biểu diễn sự tách oxide ở mức SGK:
$$2Al_2O_3\xrightarrow{\text{điện phân nóng chảy}}4Al+3O_2.$$
Đây là sơ đồ giản lược; ở bể dùng điện cực carbon, oxygen còn phản ứng với carbon tạo CO₂, nên không coi O₂ là toàn bộ khí thải thực tế. Không tách Al bằng cách nung Al₂O₃ với CO như tách Fe.
**Sắt, kẽm** có thể được tách bằng nhiệt luyện: dùng chất thích hợp lấy oxygen khỏi oxide ở nhiệt độ cao. **Thủy luyện** dùng dung dịch thích hợp rồi thu kim loại; một ví dụ đơn giản là dùng kim loại mạnh hơn đẩy bạc ra khỏi dung dịch muối bạc. Đây là quy trình công nghiệp hoặc thí nghiệm chuyên môn, không phải hoạt động tự làm tại nhà.
Tách sắt một bước, tách kẽm từ ZnS qua oxide
Sắt có thể được tách từ Fe₂O₃ bằng CO ở nhiệt độ cao:
$$Fe_2O_3+3CO\xrightarrow{t^\circ}2Fe+3CO_2.$$
Với quặng chứa ZnS, quá trình trong bài học gồm hai bước: đốt ZnS trong oxygen để tạo oxide, rồi dùng carbon tách Zn khỏi oxide:
$$2ZnS+3O_2\xrightarrow{t^\circ}2ZnO+2SO_2.$$
$$ZnO+C\xrightarrow{t^\circ}Zn+CO.$$
Cả hai con đường có bước nhiệt luyện, nhưng nguyên liệu và chất phản ứng khác nhau. CO, SO₂ và khí thải luyện kim cần được thu gom, xử lí; không phải cứ khí thoát lên cao là hết gây ô nhiễm.
Bài luyện
Cách tách Al từ Al₂O₃ phù hợp với quá trình trong bài học là gì?
Lọc không biến hợp chất thành đơn chất kim loại.
CO không tách Al khỏi Al₂O₃ theo cách này.
Đúng: Al hoạt động mạnh, cần phương pháp điện phân nóng chảy phù hợp.
Nước nguội không tự tách Al từ oxide.
Lời giải
Trong quy trình đã học, Al₂O₃ được hòa tan trong cryolite nóng chảy rồi điện phân để thu Al. Làm giàu hoặc lọc quặng không thay thế bước chuyển hợp chất thành kim loại. Chọn C.
Bài luyện
Trước bước ZnO + C → Zn + CO ở nhiệt độ cao, quặng chứa ZnS được chuyển thành ZnO bằng phản ứng nào?
Trong quá trình đốt đang xét, sulfur tạo SO₂ chứ không tách thành S theo phương án này.
Số nguyên tử O hai vế chưa bằng nhau.
Không phải phản ứng đã học và mất nguyên tử S.
Đúng: đốt ZnS tạo ZnO và SO₂, phương trình cân bằng.
Lời giải
Bước đầu là đốt ZnS trong oxygen: 2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂. Hai vế có 2 Zn, 2 S, 6 O. Sau đó dùng carbon tách Zn khỏi ZnO ở nhiệt độ cao. Chọn D.