Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Điều chế và tách kim loại (Hóa học Lớp 12)

(AI giải đề cho tôi)
(a) Điện phân MgCl₂ nóng chảy: cực âm sinh Mg (kim loại) ✓. (b) Fe(NO₃)₂ + AgNO₃ dư: Fe²⁺ bị Ag⁺ oxi hóa thành Fe³⁺, sinh ra Ag kết tủa (kim loại) ✓. (c) Nhiệt phân CaCO₃: CaCO₃ → CaO + CO₂, không có kim loại ✗. (d) Na vào dung dịch CuSO₄ dư: Na phản ứng với nước trước sinh NaOH, sau đó Cu(OH)₂ kết tủa, không thu được Cu ✗. (e) H₂ dư khử CuO nung nóng: CuO + H₂ → Cu + H₂O, thu được Cu ✓. Vậy có 3 thí nghiệm thu được kim loại.

(AI giải đề cho tôi)
nCO = 4,48/22,4 = 0,2 mol. Khí sau phản ứng gồm CO2 và CO dư, M = 20×2 = 40 g/mol. Gọi x mol CO2, y mol CO: x + y = 0,2 và 44x + 28y = 8 → 16x = 2,4 → x = 0,15 mol CO2. Vậy oxit nhường 0,15 mol O (2,4 g), khối lượng kim loại m = 8 − 2,4 = 5,6 g.

(AI giải đề cho tôi)
Xét từng thí nghiệm: (1) Điện phân NaCl (điện cực trơ, không màng ngăn): catot $2H_{2}O+2e\to H_2+2O{H}^{-}$, anot $2C{l}^{-}\to C{l}_2+2e$; sau đó $C{l}_2+2NaOH\to NaCl+NaClO+H_{2}O$. Thu được $H_2$, $C{l}_2$ là đơn chất → ĐẠT. (2) $BaO+H_{2}O\to Ba(OH{)}_2$; $Ba(OH{)}_2+CuS{O}_4\to BaS{O}_4\downarrow +Cu(OH{)}_2\downarrow$, chỉ có muối và bazơ, không đơn chất → KHÔNG. (3) $FeC{l}_3+3AgN{O}_3\to 3AgCl\downarrow +Fe(N{O}_3{)}_3$, chỉ có kết tủa muối, không đơn chất → KHÔNG. (4) $ZnO+C\stackrel{t^o}{\to }Zn+CO$ (hoặc $C{O}_2$), thu kẽm kim loại là đơn chất → ĐẠT. (5) $A{g}_{2}S+O_2\stackrel{t^o}{\to }2Ag+S{O}_2$, thu bạc kim loại là đơn chất → ĐẠT. (6) $2N{H}_3+2Cr{O}_3\stackrel{t^o}{\to }C{r}_2{O}_3+N_2+3H_{2}O$ (NH_3 khử Cr^{+6} về Cr^{+3}, N^{-3} bị oxy hóa lên N_2^0), thu $N_2$ là đơn chất → ĐẠT. (7) Nhiệt nhôm: $2Al+2CrO\stackrel{t^o}{\to }A{l}_2{O}_3+2Cr$, thu crom kim loại là đơn chất → ĐẠT. Vậy có 5 thí nghiệm (1, 4, 5, 6, 7) thu được đơn chất → đáp án B, trùng với đáp án nguồn.

(AI giải đề cho tôi)
Xét từng thí nghiệm: (a) Mg vào dung dịch Fe2(SO4)3 dư: Mg khử Fe3+ thành Fe2+ (Mg + 2Fe3+ → Mg2+ + 2Fe2+), do Fe3+ dư nên Mg hết trước khi khử tiếp Fe2+ thành Fe, không thu được kim loại. (b) Cl2 + 2FeCl2 → 2FeCl3, chỉ tạo muối sắt(III), không có kim loại. (c) H2 dư + CuO nung nóng: CuO + H2 → Cu + H2O, thu được kim loại Cu. (d) Na vào dung dịch CuSO4: Na phản ứng với nước trước (2Na + 2H2O → 2NaOH + H2), sau đó Cu2+ + 2OH- → Cu(OH)2 kết tủa, không thu được kim loại Cu. (e) Nhiệt phân AgNO3: 2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2, thu được kim loại Ag. (g) Đốt FeS2: 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2, tạo oxide sắt(III) chứ không phải kim loại Fe. (h) Điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực trơ: catot có Cu2+ + 2e → Cu, thu được kim loại Cu. Vậy có 3 thí nghiệm (c), (e), (h) thu được kim loại. Đáp án D, khớp với đáp án nguồn.

Đáp án A

CO hay H${}_2$ cũng lấy đi [O] trong oxit theo tỉ lệ 1 : 1.

{CO; H${}_2$} + [O] → {CO${}_2$; H${}_2$O} $\Rightarrow$ n${}_{Xphảnứng}$ = n${}_{Ophảnứng}$.

Bảo toàn khối lượng: m${}_{Ophảnứng}$ = 36,1 – 28,1 = 8(g).

▶ n${}_{Xphảnứng}$ = 0,5 mol $\Rightarrow$ V${}_{Xphảnứng}$ = 11,2 lít

(AI giải đề cho tôi)
Câu 3 (điện phân nhôm Hall-Héroult):
a) ĐÚNG. Tại cathode (cực âm) xảy ra quá trình khử: Al^{3+} + 3e → Al. Đây là bản chất của điện phân điều chế nhôm.
b) SAI. Cryolite (Na_3AlF_6) nóng chảy là chất điện li, các ion của nó cũng tham gia dẫn điện và bị điện phân/tiêu hao một phần trong thùng điện phân (thực tế cần bổ sung ~50 kg cryolite cho 1 tấn Al), nên khẳng định 'không bị điện phân' là sai.
c) SAI. Tính trực tiếp theo định luật Faraday với m_Al = 1000 g, U = 5 V: n_Al = 1000/27 ≈ 37,04 mol, n_e = 3 × 37,04 ≈ 111,1 mol. Điện năng A = U·Q = 5 × 111,1 × 96485 ≈ 5,36·10^7 J ≈ 14,9 kWh (khoảng 15 kWh, không phải 16 kWh). Lưu ý: công thức in trong đề có mẫu số '9.3,6.10^6' (đúng như bản in trên trang 46, có thể là lỗi in của 9,36·10^6 hoặc 3,24·10^7); nếu áp mẫu số 9,36·10^6 cho ~51,5 kWh, nếu mẫu số vật lí đúng 3,24·10^7 cho ~14,9 kWh — cả hai cách đều cho giá trị khác 16 kWh, nên kết luận ý c) sai không đổi.
d) ĐÚNG. Tại anode (cực dương, làm bằng than cốc), ion O^{2-} bị oxi hoá và kết hợp với điện cực carbon: 2O^{2-} + C − 4e → CO_2. Khí thoát ra ở anode chủ yếu là CO_2 (anode than cốc bị tiêu hao, cần bổ sung ~400 kg than cốc cho 1 tấn Al).
a) (AI giải đề cho tôi)
Tại cathode xảy ra quá trình khử cation Al^{3+}: Al^{3+} + 3e → Al.
b) (AI giải đề cho tôi)
Cryolite là chất điện li nóng chảy, các ion của nó tham gia dẫn điện và bị điện phân/tiêu hao một phần (cần bổ sung ~50 kg cho 1 tấn Al), nên không phải 'không bị điện phân'.
c) (AI giải đề cho tôi)
Với m = 1000 g Al, U = 5 V: n_e = 3·(1000/27) ≈ 111,1 mol; A = U·Q = 5·111,1·96485 ≈ 5,36·10^7 J ≈ 14,9 kWh ≈ 15 kWh ≠ 16 kWh. Vậy ý c) sai (kết luận không phụ thuộc vào cách đọc mẫu số của công thức in trong đề).
d) (AI giải đề cho tôi)
Anode bằng than cốc: 2O^{2-} + C − 4e → CO_2, khí thoát ra chủ yếu là CO_2.

n${}_{ZnS}$ = 0,8.60/97 = 0,495 tấn mol
⟹ n${}_{Zn}$ = 0,495.97% = 0,48015 tấn mol
⟹ V${}_{Zn}$ = 65.0,48015.10${}^6$ : 7,14 = 4371113,445 cm${}^3$
⟹ n = 4371113,445 : (120.30.10) = 121 thanh
Đáp án: 121 thanh

(AI giải đề cho tôi)
K là kim loại kiềm rất hoạt động nên chỉ điều chế được bằng điện phân hợp chất nóng chảy. Xét từng phương pháp: (1) Điện phân dung dịch KCl chỉ thu được H2 ở cathode (K không bám cathode trong nước), không điều chế được K → sai. (2) Điện phân KCl nóng chảy: cathode K+ + e → K, anode 2Cl- → Cl2 → đúng. (3) Li không khử được KCl vì K đứng trước Li trong dãy hoạt động (thực tế ngược lại K khử được LiCl) → sai. (4) CO không khử được K2O vì K hoạt động hơn, CO chỉ khử được oxit của kim loại đứng sau Al → sai. (5) Điện phân KOH nóng chảy: cathode K+ + e → K, anode sinh O2 → đúng. Vậy chỉ có phương pháp 2 và 5 thích hợp, khớp đáp án D của đề.

(AI giải đề cho tôi)
Câu 2 Phần II (điện phân nóng chảy carnalite để sản xuất Mg):
a) Đúng. Tại cathode (điện cực âm) xảy ra quá trình khử: Mg${}^{2+}$ + 2e${}^{-}$ → Mg.
b) Sai. Khí trơ không phải là nitrogen vì ở nhiệt độ cao của quá trình điện phân, Mg nóng chảy phản ứng được với nitrogen (tạo Mg${}_3$N${}_2$); thực tế người ta dùng khí trơ như argon.
c) Đúng. Theo sơ đồ thiết bị, Mg nóng chảy nổi lên trên bề mặt hỗn hợp MgCl${}_2$ – KCl nóng chảy, chứng tỏ khối lượng riêng của Mg nóng chảy nhỏ hơn khối lượng riêng của hỗn hợp muối nóng chảy.
d) Đúng. Khối lượng mol của KCl.MgCl${}_2$.6H${}_2$O: $M=39,1+35,5+24+71+6\cdot 18=277,5$ g/mol. Trong 1 tấn quảng chứa 43% carnalite: $m=1000\cdot 0,43=430$ kg. Số mol carnalite: $n=430000/277,5=1549,5$ mol, mỗi mol chứa 1 mol Mg nên khối lượng Mg lý thuyết: $m_{Mg}=1549,5\cdot 24=37188$ g. Với hiệu suất 75%: $m_{Mg}=37188\cdot 0,75=27891$ g ≈ 27,9 kg. Khớp với kết quả $\frac{1000}{277,5}\cdot \frac{43}{100}\cdot 24\cdot \frac{75}{100}=27,89\approx 27,9$ kg.
a) (AI giải đề cho tôi)
Tại cathode xảy ra quá trình khử: Mg${}^{2+}$ + 2e${}^{-}$ → Mg.
b) (AI giải đề cho tôi)
Sai vì ở nhiệt độ cao của quá trình điện phân, Mg phản ứng được với nitrogen, nên khí trơ không phải là nitrogen (dùng khí trơ như argon).
c) (AI giải đề cho tôi)
Đúng vì Mg nóng chảy nổi lên trên bề mặt hỗn hợp muối nóng chảy, chứng tỏ khối lượng riêng của Mg nhỏ hơn.
d) (AI giải đề cho tôi)
$m_{Mg}=\frac{1000}{277,5}\cdot \frac{43}{100}\cdot 24\cdot \frac{75}{100}=27,89\approx 27,9$ kg.

a) Đúng: Mg${}^{2+}$ + 2e${}^{-}$ ⟶ Mg
b) Sai vì ở điều kiện này Mg phản ứng được với nitrogen
c) Đúng vì Mg nổi lên thì phải có khối lượng riêng nhỏ hơn
d) Đúng. $m_{Mg}=\frac{1000}{277,5}.\frac{43}{100}.24.\frac{75}{100}=27,89\approx 27,9$ kg
a) Đúng: Mg${}^{2+}$ + 2e${}^{-}$ ⟶ Mg
b) Sai vì ở điều kiện này Mg phản ứng được với nitrogen
c) Đúng vì Mg nổi lên thì phải có khối lượng riêng nhỏ hơn
d) Đúng. $m_{Mg}=\frac{1000}{277,5}.\frac{43}{100}.24.\frac{75}{100}=27,89\approx 27,9$ kg

$m_{Zn}$ cần dùng = (100% + 25%).250.65/(2.197) = 51,6 kg

a) đúng, do O${}_2$ phản ứng với C trong điện cực sinh ra CO${}_2$, CO.
b) sai, trong quá trình điện phân tại cathode xảy ra quá trình khử Al${}^{3+}$.
c) sai
A = U.I.t
mà $m=\frac{M.I.t}{nF}\Rightarrow A=U.\frac{m.n.F}{M}=4,8.\frac{27.10^6.3.96494}{27}.10^{-3}=1389513600KJ=385976KWh$
Số tiền (phần điện năng hữu ích) = 385976×1600 = 617 561 600 đ ≈ 618 triệu đồng.
Tuy nhiên đề cho hiệu suất sử dụng điện năng 95%, nên tổng số tiền điện thực tế nhà máy phải chi là $\frac{617561600}{0,95}\approx 650064842$ đ ≈ 650 triệu đồng ≠ 618 triệu đồng → mệnh đề sai.
(Lưu ý: lời giải gốc chỉ tính được 617 561 600 đ ≈ 618 triệu mà chưa chia cho hiệu suất 0,95; bước chia cho 0,95 được bổ sung để nhất quán với kết luận "sai" của đáp án gốc.)
d) đúng
$m_{thanhAl}=\mathrm{100.50.10.2},7.10^{-6}=0,135$ tấn, số tiền = 0,135×80 triệu = 10,8 triệu

Đáp án 61,5

$$Fe{S}_2\stackrel{75\%}{\to }Fe$$
$$12056$$
$$?2,8g$$
$$\Rightarrow \%m_{Fe{S}_2}=\frac{2,\mathrm{8.120.100}}{\mathrm{56.75.13}}.100=61,5\%$$

Theo tỉ lệ mol qua hai giai đoạn: $Fe{S}_2\stackrel{75\%}{\to }Fe$ với tỉ lệ mol 1 : 1 (qua $F{e}_2{O}_3$).

Khối lượng Fe thu được thực tế: $n_{Fe}=\frac{2,8}{56}=0,05$ mol. Hiệu suất toàn bộ quá trình 75\% nên lượng FeS₂ theo lý thuyết: $n_{Fe{S}_2}=\frac{0,05}{0,75}=\frac{1}{15}$ mol.

Khối lượng FeS₂ tinh khiết: $m=\frac{1}{15}\times 120=8$ gam.

Vậy $a=\frac{8}{13}\times 100=61,538...\%\approx 61,5\%$.

(Khớp với đáp án chính thức: $\%m_{Fe{S}_2}=\frac{2,8\times 120\times 100}{56\times 0,75\times 13}=61,5\%$)

a) Sai; b) Đúng; c) Sai; d) Đúng.

a) Ở giai đoạn 3, $Si$ khử $MgO$ để tạo $Mg$: $$2MgO+2CaO+Si\to 2Mg+C{a}_{2}Si{O}_4$$ Như vậy $Mg$ trong $MgO$ bị khử, không phải bị oxi hóa.

b) Môi trường chân không giúp: hơi $Mg$ thoát ra dễ hơn; dịch chuyển cân bằng theo chiều tạo sản phẩm; hạn chế $Mg$ bị oxi hóa trở lại bởi không khí ở nhiệt độ cao.

c) Quá trình hơi $Mg$ ngưng tụ thành tinh thể là quá trình tỏa nhiệt, không phải thu nhiệt.

d) Khối lượng dolomite tinh khiết: $m=10\cdot 92\%=9,2$ tấn $=9200$ kg. $MgC{O}_3.CaC{O}_3$ có $M=84+100=184$. Theo tỉ lệ mol: 184 g dolomite tạo 24 g $Mg$. Khối lượng $Mg$ lí thuyết: $m_{Mg,lt}=9200\cdot \frac{24}{184}=1200$ kg. Hiệu suất toàn bộ 90%: $m_{Mg,tt}=1200\cdot 0,9=1080$ kg. Mỗi thỏi chứa 7,5 kg $Mg$, nên số thỏi: $n=\frac{1080}{7,5}=144$.
a) Sai.
Ở giai đoạn 3, $Si$ khử $MgO$ để tạo $Mg$:

$$2MgO+2CaO+Si\to 2Mg+C{a}_{2}Si{O}_4$$

Như vậy $Mg$ trong $MgO$ bị khử, không phải bị oxi hóa.
b) Đúng.
Môi trường chân không giúp:

- hơi $Mg$ thoát ra dễ hơn,
- dịch chuyển cân bằng theo chiều tạo sản phẩm,
- hạn chế $Mg$ bị oxi hóa trở lại bởi không khí ở nhiệt độ cao.
c) Sai.
Quá trình hơi $Mg$ ngưng tụ thành tinh thể là quá trình tỏa nhiệt, không phải thu nhiệt.
d) Đúng.
Khối lượng dolomite tinh khiết:

$m=10\cdot 92\%=9,2$ tấn $=9200$ kg.

$MgC{O}_3.CaC{O}_3$ có:

$M=84+100=184$.

Theo tỉ lệ mol:

- 184 g dolomite tạo 24 g $Mg$.

Khối lượng $Mg$ lí thuyết:

$m_{Mg,lt}=9200\cdot \frac{24}{184}=1200$ kg.

Hiệu suất toàn bộ 90%:
$m_{Mg,tt}=1200\cdot 0,9=1080$ kg.
Mỗi thỏi chứa 7,5 kg $Mg$, nên số thỏi:
$n=\frac{1080}{7,5}=144$.

Hướng dẫn:
Ta có: mC(gang) = 90.4,60\% = 4,14 (tấn)
Khối lượng sắt (không đổi) = 90-4,14 = 85,86 tấn
Gọi số mol CO = CO${}_2$ = a mol
Các phản ứng xảy ra:
$$2C+O_2\to 2CO$$
a a/2 a
$$C+O_2\to C{O}_2$$
a a a
Số mol O${}_2$ = 5,76.10${}^6$/32 = 180000 mol = ½ a + a => a = 120000
Khối lượng C đã cháy = 12.2a = 2,88 tấn => Khối lượng C trong thép = 4,14 - 2,88 = 1,26 tấn
=> \% mC trong thép = 1,26.100\% /(85,86 + 1,26) = 1,446\% xấp xỉ 1,45\% => x = 1,45

Hướng dẫn giải (nguồn: Đáp số 720, trang 11–12):
PTHH: $2A{l}_2{O}_3\stackrel{\text{điện phaˆn}}{\to }4Al+3O_2$
$n_{Al}=\frac{2700}{27}=100$ mol $\Rightarrow n_{O_2}=\frac{100.3}{4}=75$ mol.

Phản ứng ở anode: $C+O_2\to$ hỗn hợp khí $\{\begin{array}{l}CO:a\text{ mol}\\ C{O}_2:a\text{ mol}\\ O_2:a\text{ mol}\end{array}$ (các khí có tỉ lệ mol bằng nhau).

BTNT (O): $2n_{O_2}=n_{CO}+2n_{C{O}_2}+2n_{O_2}\Rightarrow 2.75=a+2a+2a\Rightarrow a=30$ mol.

BTNT (C): $n_C=n_{CO}+n_{C{O}_2}=2a=60$ mol $\Rightarrow x=m_C=60.12=720$ g.

(1) Zn + 2FeCl${}_3$ dư → ZnCl${}_2$ + 2FeCl${}_2$

(2) H${}_2$ dư + CuO $\stackrel{t^o}{\to }\to$ Cu + H${}_2$O

(3) 2AgNO${}_3$ $\stackrel{t^o}{\to }\to$ 2Ag + 2NO${}_2$ + O${}_2$

(4) HgS + O${}_2$ $\stackrel{t^o}{\to }\to$ Hg + SO${}_2$

(5) 2Na + CuSO${}_4$ + 2H${}_2$O → Na${}_2$SO${}_4$ + Cu(OH)${}_2$↓ + H${}_2$

(6) CuSO${}_4$ + H${}_2$O → Cu + H${}_2$SO${}_4$ + 1/2O${}_2$ (điện phân dung dịch)

a) Đúng: Giai đoạn 2 dùng Si khử MgO → thuộc nhiệt luyện. b) Đúng: Phản ứng tổng thể cần cung cấp nhiệt → quá trình thu nhiệt. c) Đúng: MgO dễ bị khử hơn CaO (Mg hoạt động yếu hơn Ca). d) Đúng: Tính toán hiệu suất đúng khoảng 90%.
a) Giai đoạn 2 dùng Si khử MgO → thuộc nhiệt luyện
b) Phản ứng tổng thể cần cung cấp nhiệt → quá trình thu nhiệt
c) MgO dễ bị khử hơn CaO (Mg hoạt động yếu hơn Ca)
d) Tính toán hiệu suất đúng khoảng 90%