Để tính khối lượng quặng bauxite cần dùng, ta thực hiện các bước sau:

Bước 1: Tính khối lượng Al₂O₃ cần thiết

Phương trình điện phân nóng chảy Al₂O₃ để tạo nhôm:

2Al2O3→4Al+3O22Al_2O_3 \rightarrow 4Al + 3O_22Al2​O3​→4Al+3O2​

• Từ phương trình, 102 g Al₂O₃ tạo ra 54 g Al.
• Khối lượng mol của Al₂O₃ = 102 g/mol.
• Khối lượng mol của Al = 27 g/mol.

Tỉ lệ khối lượng:

MAl2O3MAl=10254=12\frac{M_{Al_2O_3}}{M_{Al}} = \frac{102}{54} = \frac{1}{2}MAl​MAl2​O3​​​=54102​=21​

Vậy, để sản xuất 4 tấn (4000 kg) nhôm, cần:

mAl2O3=40002=2000 kg (trong đieˆˋu kiện lyˊ tưởng)m_{Al_2O_3} = \frac{4000}{2} = 2000 \text{ kg} \text{ (trong điều kiện lý tưởng)}mAl2​O3​​=24000​=2000 kg (trong đieˆˋu kiện lyˊ​ tưởng)

Do hiệu suất phản ứng là 95%, nên lượng Al₂O₃ thực tế cần dùng:

mAl2O3′=20000.95≈2105.3 kgm'_{Al_2O_3} = \frac{2000}{0.95} \approx 2105.3 \text{ kg}mAl2​O3​′​=0.952000​≈2105.3 kg

Bước 2: Tính khối lượng quặng bauxite cần dùng

• Quặng bauxite chứa 48% Al₂O₃, tức là trong 100 kg bauxite có 48 kg Al₂O₃.
• Khối lượng quặng cần dùng:

mbauxite=mAl2O3′0.48=2105.30.48≈4386.04 kgm_{\text{bauxite}} = \frac{m'_{Al_2O_3}}{0.48} = \frac{2105.3}{0.48} \approx 4386.04 \text{ kg}mbauxite​=0.48mAl2​O3​′​​=0.482105.3​≈4386.04 kg

Kết luận

Vậy, cần khoảng 4386 kg (4.39 tấn) quặng bauxite để sản xuất 4 tấn nhôm với hiệu suất 95%.

Ta sẽ phân tích sơ đồ phản ứng từng bước để xác định các chất X và Y.

Bước 1: Xác định X

• Xuất phát từ NaCl, ta cần tìm X có thể tạo ra NaHCO₃.
• Một quy trình phổ biến là quá trình Solvay, trong đó NaCl phản ứng với NH₃, CO₂ và H₂O để tạo NaHCO₃.
• X chính là Na₂CO₃ (Natri cacbonat).

Phương trình phản ứng (sơ đồ Solvay):

2NaCl+CaCO3→Na2CO3+CaCl22NaCl + CaCO_3 → Na_2CO_3 + CaCl_22NaCl+CaCO3​→Na2​CO3​+CaCl2​

Bước 2: Xác định Y

• NaHCO₃ bị nhiệt phân hủy thành Na₂CO₃ (Y), CO₂ và H₂O.

Phương trình phân hủy:

2NaHCO3→Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO_3 → Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O2NaHCO3​→Na2​CO3​+CO2​+H2​O

=> Y chính là Na₂CO₃ (Natri cacbonat).

Bước 3: Xác định sản phẩm cuối NaNO₃

• Na₂CO₃ (Y) tác dụng với HNO₃ để tạo NaNO₃ và CO₂ thoát ra.

Phương trình phản ứng:

Na2CO3+2HNO3→2NaNO3+CO2+H2ONa_2CO_3 + 2HNO_3 → 2NaNO_3 + CO_2 + H_2ONa2​CO3​+2HNO3​→2NaNO3​+CO2​+H2​O

Kết luận

• X = Na₂CO₃
• Y = Na₂CO₃

Các phương trình phản ứng hoàn chỉnh:

1. 2NaCl+CaCO3→Na2CO3+CaCl22NaCl + CaCO_3 → Na_2CO_3 + CaCl_22NaCl+CaCO3​→Na2​CO3​+CaCl2​
2. Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O → 2NaHCO_3Na2​CO3​+CO2​+H2​O→2NaHCO3​
3. 2NaHCO3→Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO_3 → Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O2NaHCO3​→Na2​CO3​+CO2​+H2​O
4. Na2CO3+2HNO3→2NaNO3+CO2+H2ONa_2CO_3 + 2HNO_3 → 2NaNO_3 + CO_2 + H_2ONa2​CO3​+2HNO3​→2NaNO3​+CO2​+H2​O

Ta sẽ phân tích sơ đồ phản ứng từng bước để xác định các chất X và Y.

Bước 1: Xác định X

• Xuất phát từ NaCl, ta cần tìm X có thể tạo ra NaHCO₃.
• Một quy trình phổ biến là quá trình Solvay, trong đó NaCl phản ứng với NH₃, CO₂ và H₂O để tạo NaHCO₃.
• X chính là Na₂CO₃ (Natri cacbonat).

Phương trình phản ứng (sơ đồ Solvay):

2NaCl+CaCO3→Na2CO3+CaCl22NaCl + CaCO_3 → Na_2CO_3 + CaCl_22NaCl+CaCO3​→Na2​CO3​+CaCl2​

Bước 2: Xác định Y

• NaHCO₃ bị nhiệt phân hủy thành Na₂CO₃ (Y), CO₂ và H₂O.

Phương trình phân hủy:

2NaHCO3→Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO_3 → Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O2NaHCO3​→Na2​CO3​+CO2​+H2​O

=> Y chính là Na₂CO₃ (Natri cacbonat).

Bước 3: Xác định sản phẩm cuối NaNO₃

• Na₂CO₃ (Y) tác dụng với HNO₃ để tạo NaNO₃ và CO₂ thoát ra.

Phương trình phản ứng:

Na2CO3+2HNO3→2NaNO3+CO2+H2ONa_2CO_3 + 2HNO_3 → 2NaNO_3 + CO_2 + H_2ONa2​CO3​+2HNO3​→2NaNO3​+CO2​+H2​O

Kết luận

• X = Na₂CO₃
• Y = Na₂CO₃

Các phương trình phản ứng hoàn chỉnh:

1. 2NaCl+CaCO3→Na2CO3+CaCl22NaCl + CaCO_3 → Na_2CO_3 + CaCl_22NaCl+CaCO3​→Na2​CO3​+CaCl2​
2. Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O → 2NaHCO_3Na2​CO3​+CO2​+H2​O→2NaHCO3​
3. 2NaHCO3→Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO_3 → Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O2NaHCO3​→Na2​CO3​+CO2​+H2​O
4. Na2CO3+2HNO3→2NaNO3+CO2+H2ONa_2CO_3 + 2HNO_3 → 2NaNO_3 + CO_2 + H_2ONa2​CO3​+2HNO3​→2NaNO3​+CO2​+H2​O

Để tinh chế bột bạc (Ag) khỏi tạp chất là đồng (Cu) và nhôm (Al), ta có thể sử dụng phương pháp hòa tan chọn lọc dựa vào tính chất hóa học khác nhau của các kim loại này.

Các bước tinh chế:

1. Hòa tan tạp chất bằng axit thích hợp

• Sử dụng dung dịch HCl:

  • Nhôm (Al) phản ứng với axit HCl tạo ra khí H₂, còn bạc không phản ứng.
  • Phương trình phản ứng: 2Al+6HCl→2AlCl3+3H2↑2Al + 6HCl → 2AlCl_3 + 3H_2↑2Al+6HCl→2AlCl3​+3H2​↑
  • Sau phản ứng, nhôm bị loại bỏ dưới dạng ion Al³⁺ trong dung dịch.

• Sử dụng dung dịch H₂SO₄ loãng hoặc HNO₃ loãng:

  • Đồng (Cu) phản ứng với H₂SO₄ hoặc HNO₃ loãng tạo thành muối tan, còn bạc không bị hòa tan.
  • Phương trình phản ứng với H₂SO₄ loãng: Cu+H2SO4→CuSO4+H2↑Cu + H_2SO_4 → CuSO_4 + H_2↑Cu+H2​SO4​→CuSO4​+H2​↑
  • Phương trình phản ứng với HNO₃ loãng: Cu+4HNO3→Cu(NO3)2+2NO2+2H2OCu + 4HNO_3 → Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2OCu+4HNO3​→Cu(NO3​)2​+2NO2​+2H2​O

2. Lọc và rửa bột bạc

• Sau khi hòa tan hoàn toàn nhôm và đồng, bạc còn lại ở dạng bột không tan.
• Lọc bột bạc qua giấy lọc và rửa sạch bằng nước cất để loại bỏ ion Al³⁺, Cu²⁺ còn sót lại.

3. Thu hồi bạc tinh khiết

• Sấy khô bột bạc sau khi rửa để thu được bạc tinh khiết.

Kết luận

Bằng cách sử dụng HCl để loại nhôm và H₂SO₄ hoặc HNO₃ loãng để loại đồng, ta có thể tinh chế bạc hiệu quả bằng phương pháp hóa học.

Liên kết kim loại được hình thành khi các nguyên tử kim loại liên kết với nhau trong mạng tinh thể kim loại. Cơ chế hình thành liên kết kim loại như sau:

1. Sự giải phóng electron hóa trị:

   • Các nguyên tử kim loại có số electron hóa trị ít (thường từ 1 đến 3) và dễ mất electron để tạo thành ion dương (cation).
   • Khi nhiều nguyên tử kim loại tập hợp lại, các electron hóa trị bị giải phóng và tạo thành "biển electron tự do" bao quanh các ion kim loại.

2. Lực hút tĩnh điện giữa ion dương và electron tự do:

   • Các ion kim loại (cation) sắp xếp theo một cấu trúc mạng tinh thể.
   • Biển electron tự do di chuyển tự do giữa các ion dương, tạo ra lực hút tĩnh điện mạnh mẽ giữa chúng. Lực hút này chính là liên kết kim loại.

Tính chất của liên kết kim loại

Nhờ có liên kết kim loại, kim loại có những tính chất đặc trưng như:

• Tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao: Do các electron tự do có thể di chuyển dễ dàng trong mạng tinh thể.
• Tính dẻo, dễ uốn, dễ kéo: Khi có ngoại lực tác động, các lớp ion kim loại có thể trượt lên nhau mà không làm vỡ cấu trúc.
• Ánh kim: Do các electron tự do phản xạ ánh sáng tốt.
• Nhiệt độ nóng chảy và độ cứng cao (tùy từng kim loại): Các kim loại có liên kết mạnh hơn (như sắt, titan) có nhiệt độ nóng chảy và độ cứng cao hơn.

Tóm lại, liên kết kim loại là một kiểu liên kết mạnh giúp kim loại có tính chất độc đáo, khác biệt với liên kết ion và liên kết cộng hóa trị.

1. Sử dụng lớp phủ bảo vệ:
   • Sơn chống ăn mòn: Phủ lên bề mặt vỏ tàu một lớp sơn đặc biệt có khả năng chống thấm nước và hóa chất. Lớp sơn này tạo ra một lớp rào cản vật lý, ngăn không cho nước biển và các chất ăn mòn tiếp xúc trực tiếp với thép.
   • Mạ kẽm (Galvanizing): Phủ một lớp kẽm lên bề mặt thép. Kẽm sẽ bị ăn mòn trước, bảo vệ thép bên trong. Đây là phương pháp bảo vệ điện hóa, vì kẽm có tính khử mạnh hơn sắt.
2. Bảo vệ điện hóa (Điện cực hi sinh):
   • Gắn các tấm kim loại hoạt động hơn (ví dụ: kẽm, magie) vào vỏ tàu: Các kim loại này sẽ bị ăn mòn thay cho thép. Do chúng có tính khử mạnh hơn sắt, chúng sẽ đóng vai trò là anode (cực dương) và bị oxi hóa, trong khi thép đóng vai trò là cathode (cực âm) và được bảo vệ.
   • Sử dụng dòng điện ngoài ( impressed current ): Sử dụng một nguồn điện ngoài để tạo ra dòng điện một chiều, làm cho vỏ tàu trở thành cathode và được bảo vệ.
3. Sử dụng vật liệu chống ăn mòn:
   • Thép không gỉ: Sử dụng thép không gỉ (inox) để chế tạo vỏ tàu. Thép không gỉ chứa chromium, tạo thành một lớp oxide bảo vệ trên bề mặt, ngăn chặn sự ăn mòn. Tuy nhiên, phương pháp này thường đắt đỏ hơn.

Giải thích:

• Ăn mòn điện hóa: Trong môi trường nước biển, thép bị ăn mòn do tạo thành các pin điện hóa. Các vùng khác nhau trên bề mặt thép có điện thế khác nhau, tạo thành các cực anode và cathode. Tại anode, sắt bị oxi hóa thành ion Fe2+Fe2+, gây ra sự ăn mòn.
• Cơ chế bảo vệ: Các phương pháp trên hoạt động bằng cách:
  • Ngăn chặn sự tiếp xúc giữa thép và môi trường ăn mòn (sơn, mạ).
  • Thay đổi điện thế của thép, làm cho thép trở thành cathode và không bị oxi hóa (điện cực hi sinh, dòng điện ngoài)

• Fe+CuSO4​→FeSO4​+Cu
• Fe+Fe2(SO4)3→3FeSO4Fe+Fe2​(SO4​)3​→3FeSO4​
• Fe+2AgNO3→Fe(NO3)2+2AgFe+2AgNO3​→Fe(NO3​)2​+2Ag
• Fe+Pb(NO3)2→Fe(NO3)2+PbFe+Pb(NO3​)2​→Fe(NO3​)2​+Pb

Để xác định các phản ứng xảy ra khi cho lá sắt (Fe) vào các dung dịch muối, ta cần xét tính oxi hóa - khử của các cặp Fe/Fe2+, kim loại trong muối/kim loại. Sắt có thể phản ứng với các ion kim loại có tính oxi hóa mạnh hơn Fe2+Fe2+.

1. AlCl3AlCl3​:
   • Nhôm (Al) là kim loại mạnh hơn sắt (Fe), nên Fe không thể khử Al3+Al3+ thành Al.
   • Không có phản ứng.
2. CuSO4CuSO4​:
   • Đồng (Cu) có tính oxi hóa mạnh hơn sắt (Fe), nên Fe có thể khử Cu2+Cu2+ thành Cu.
   • Phương trình phản ứng:Fe+CuSO4→FeSO4+CuFe+CuSO4​→FeSO4​+Cu
3. Fe2(SO4)3Fe2​(SO4​)3​:
   • Sắt (Fe) có thể khử Fe3+Fe3+ thành Fe2+Fe2+.
   • Phương trình phản ứng:Fe+Fe2(SO4)3→3FeSO4Fe+Fe2​(SO4​)3​→3FeSO4​
4. AgNO3AgNO3​:
   • Bạc (Ag) có tính oxi hóa mạnh hơn sắt (Fe), nên Fe có thể khử Ag+Ag+ thành Ag.
   • Phương trình phản ứng:Fe+2AgNO3→Fe(NO3)2+2AgFe+2AgNO3​→Fe(NO3​)2​+2Ag
5. $KCl$:
   • Kali (K) là kim loại mạnh hơn sắt (Fe), nên Fe không thể khử K+K+ thành K.
   • Không có phản ứng.
6. Pb(NO3)2Pb(NO3​)2​:
   • Chì (Pb) có tính oxi hóa mạnh hơn sắt (Fe), nên Fe có thể khử Pb2+Pb2+ thành Pb.
   • Phương trình phản ứng:Fe+Pb(NO3)2→Fe(NO3)2+PbFe+Pb(NO3​)2​→Fe(NO3​)2​+Pb

Tóm lại, các phản ứng xảy ra là:

• Fe+CuSO4→FeSO4+CuFe+CuSO4​→FeSO4​+Cu
• Fe+Fe2(SO4)3→3FeSO4Fe+Fe2​(SO4​)3​→3FeSO4​
• Fe+2AgNO3→Fe(NO3)2+2AgFe+2AgNO3​→Fe(NO3​)2​+2Ag
• Fe+Pb(NO3)2→Fe(NO3)2+PbFe+Pb(NO3​)2​→Fe(NO3​)2​+Pb