Bài giảng Hóa học chất rắn: Chương 3 - Trần Vũ Diễm Ngọc

8/28/2021

Các mạng tinh thể tiêu biểu

47

Chương 3: Phản ứng hóa học
3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
ĐN: Phản ứng hố học có sự thay đổi số e giữa các chất phản ứng
 Phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố.

Trần Vũ Diễm Ngọc

48

24


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
Hợp chất có tính oxh mạnh: K2Cr2O7; KMnO4; HCIO4; H2SO4; KCIO3; Ce(SO4)2
Các ơ xít MgO, Cr2O3, CO2
Các chất hoàn nguyên: Al, Na, Zn, C, S, H

Trần Vũ Diễm Ngọc

49

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ô xi hóa – khử

Trần Vũ Diễm Ngọc

50

25


8/28/2021

Chương 3: Phản ứng hóa học
3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử

Trần Vũ Diễm Ngọc

51

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ô xi hóa – khử

Trần Vũ Diễm Ngọc

52

26

8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử

Thế khử : đặc trưng khả năng ôxi hóa khử của cặp
lớn: dạng oxh hoạt động mạnh, khử yếu
nhỏ: dạng oxh hoạt động yếu, khử mạnh

Trần Vũ Diễm Ngọc

53

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ô xi hóa – khử

Trần Vũ Diễm Ngọc

54

27


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử

•

Phản ứng tạo dịng điện trong pin do sự chênh lệch về thế điện cực của kim loại.

•

Sự chênh lệch càng lớn do độ hoạt động của các kim loại càng khác nhau thì
phản ứng oxi hóa khử xảy ra trong pin càng mạnh.

Trần Vũ Diễm Ngọc

55

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
•

Khi có mơi trường tham gia (ion H+, OH-)

Trần Vũ Diễm Ngọc

56

28


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
•

3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử

Q trình thiêu quặng
Q trình nung quặng hoặc tinh quặng đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy
của chúng (tính chất hố lý bị thay đổi, tính chất hố học vấn giữ ngun)
1.

Thiêu oxi hố khơng hoàn toàn- loại một phần lưu huỳnh chứa trong
quặng, phần còn lại nằm dưới dạng MeS hoặc MeSO4 .

2.

2. Thiêu sunfat hố- Đưa MeS hoặc MeO về dạng MeSO4 có lợi cho cơng
đoạn gia cơng tiếp theo.

3. Thiêu oxi hố triệt để- nung quặng sunfua trong mơi trường oxi hố đến khi
khử hết lưu huỳnh trong tinh quặng.
Trần Vũ Diễm Ngọc

57

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
•

Q trình thiêu quặng

khi thiêu sẽ xẩy ra các phản ứng hoá học sau đây:
MeS + 3O2 = 2MeO + 2SO2
SO 2 + O2 
2SO3
MeO + SO3 

MeSO4

Trần Vũ Diễm Ngọc

58

29


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
Q trình thiêu quặng tinh quặng ZnS:

•

GT0   RT ln K p
Phản ứng

7730K

ZnS+1,5 O2=ZnO +SO2

G010-5
-0,92

8730K
lgK
6,22

G010-5

9730K
G0 10-5

-0,90

lgK
5,40

-0,88

lgK
4,75

FeS+1,5O2=FeO+SO2

-0,87

5,85

-0,85

5,06

-0,62

0,43

3FeS+5O5=Fe3O4+3SO2

-3,15

21,20

-3,25

18,26

-2,96

15,50

ZnS + 2O2 = ZnSO4

-1,23

8,35

-1,15

6,91

-1,08

5,80

FeS + 2O2 = FeSO4

-1,32

3,97

-1,25

7,41

1,15

6,32

Trần Vũ Diễm Ngọc

59

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
•

Hồn ngun

Đưa oxit KL hố trị cao đến hoá trị thấp

MeX + B = Me + BX
X – O, Cl, C, S,…
B – chất hoàn nguyên

Trần Vũ Diễm Ngọc

60

30


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
•

Các phương pháp hồn ngun
-

Chất hồn ngun Khí : hồn ngun gián tiếp (CO, H2)

-

Chất HN Rắn: hoàn nguyên trực tiếp (C)

-

Chất HN Kim loại: hoàn nguyên nhiệt kim

-

Điện phân:

-

Phân ly

Trần Vũ Diễm Ngọc

61

•

Các phương pháp hồn ngun
Dãy hoạt động hóa học

Hoạt tính hóa học
giảm
HN bằng C

2ZnO + C = 2Zn + CO2

HN bằng H2

2Fe2O3 + 2C = 3Fe + 3CO2

CuO + H2 = Cu + H2O

2PbO + C = 2Pb + CO2

Ag2O + H2 = 2Ag + H2O

Trần Vũ Diễm Ngọc

62

31


8/28/2021

Các phương pháp hồn ngun

•

MeX+ B = Me + BX
ΔG(B→BX) < ΔG (Me→MeX)

63

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
-

Chất hồn ngun Khí : hoàn nguyên gián tiếp (CO, H2)
MeO + CO
MeO + CO

Me + CO2 (Fe2O3; Cu2O, NiO )
Me + CO2 (FeO; WO2, MoO2 )

Điều kiện hoàn nguyên:
(%CO)mt > (%CO)cb

(A)

Trần Vũ Diễm Ngọc

64

32


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
-

Chất hồn ngun Khí : hồn ngun gián tiếp (CO, H2)

Trần Vũ Diễm Ngọc

65

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
-

Chất hồn ngun Khí : hồn ngun gián tiếp (CO, H2)

Trần Vũ Diễm Ngọc

66

33


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử

-

Hồn ngun bằng C rắn

-

Hồn ngun bằng C rắn

Trần Vũ Diễm Ngọc

67

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử

T < 923oC: Hoàn nguyên bằng C rắn

Trần Vũ Diễm Ngọc

68

34

8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
Hồn ngun oxit sắt

400oC
500-600oC
900-1000oC

Trần Vũ Diễm Ngọc

69

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
Hồn ngun oxit sắt

Trần Vũ Diễm Ngọc

70

35


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học

3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
Hồn ngun oxit sắt

Fe2O3(r) + 2Al(r) 2Fe(l) + Al2O3(r)

Trần Vũ Diễm Ngọc

71

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
Hồn ngun ZnO

ZnO + CO  Zn h + CO2

(1)

C + CO2  2CO

(2)

ZnO + C = Znh + CO

(3)

Trần Vũ Diễm Ngọc

72

36

8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
Thiêu ơxi hóa quặng đồng

3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
4CuFeS2 →
S2 + 2O2
Cu2S + 2O2
4FeS + 7O2
3FeS + 5O2

2Cu2S + 4FeS + S2
(1)
→ 2SO2
(2)
→ 2CuO
+ SO2
(3)
→ 2 Fe2O3 + 4SO2 (4)
→ Fe3O4
+ 3SO2 (5)

Luyện ra stên:
3Fe3O4

+ FeS

+ SiO2

= 5[(FeO)2. SiO2] + SO2

(6)

Công đoạn thổi luyện sten đồng ra đồng thô:
Ban đầu phản ứng oxy hóa tạo xỉ sắt:
2FeS +O2 +SiO2 = 2FeO. SiO2 + 2SO2
Giai đoạn thổi luyện thứ hai: 2Cu2S
Giai đoạn thổi luyện thứ ba:

(7)

+ O2 → 2 Cu2O + 2SO2

Cu2S + Cu2O

→

6Cu + 2SO2

(8)
(9)

Trần Vũ Diễm Ngọc

73

Chương 3: Phản ứng hóa học

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
Thiêu ơxi hóa PbS

Hồn ngun PbO bằng C

Trần Vũ Diễm Ngọc

74

37


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
 Sản xuất xỉ titan từ tinh quặng Ilmnit

CO2 + C → 2CO

Fe2 O3 . TiO2 + 3CO → 2Fe + 2TiO2 + 3CO2

 Sản xuất Ti bằng phương pháp clorua

TiCl4 + 2Mg ==> Ti + 2MgCl2

TiO2 + C + 2Cl2 ==> TiCl4 + CO2
TiCl4 + 4Na ==> Ti + 4NaCl

Trần Vũ Diễm Ngọc

75

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
Xi măng hóa
- Hồn ngun KL từ dung dịch.
- Làm sạch dd Hòa tách + thu hồi tạp.
- Phân chia 2 kl trong dd
+ dd h/tách chứa Co & Cu, cho thêm Co để k/tủa Cu.
+ dd h/tách Zn chứa Cu2+ & Cd2+, dùng bột Zn đẩy chúng ra khỏi dd.
Cơ chế của qúa trình là điện hóa.

Trần Vũ Diễm Ngọc

76

38


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử

Xi măng hóa

Chênh lệch điện thế phụ thuộc  kl th/gia pứ và nồng độ ion của chúng.
Thế đ/cực của kl: Me = 0Me + (RT/zF).lna(Mez+)

Q/trình XMH chỉ xảy ra:

Me2 < Me1

77

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
Xi măng hóa
Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4

Trần Vũ Diễm Ngọc

78

39


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
 Hồn ngun nhiệt kim: sx các kim loại và hợp kim không chứa C
(tỏa lượng nhiệt rất lớn)
Sx các kim loại và hợp kim không chứa C (tỏa lượng nhiệt rất lớn)

Trần Vũ Diễm Ngọc

79

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.1 Phản ứng ơ xi hóa – khử
 Hoàn nguyên nhiệt kim:
Sx các kim loại và hợp kim không chứa C (tỏa lượng nhiệt rất lớn)

Trần Vũ Diễm Ngọc

80

40


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.2 Phản ứng với axit, bazo (kiềm)
 Kim loại và quặng oxit: Cu, Ag, Au, Bi, Pt
 Các hợp chất ơxit:
- Ơxit (Cu2O, SiO2, Fe2O3, SnO2, TiO2)
- Silicates (Al2O3.2SiO2)
- Cacbonat (CaCO3.MgCO3, ZnCO3)
- Sulphates (CaSO4.2H2O, BaSO4)
- Phosphates
 Sulfua, arsenic (FeS, Cu2S, CuFeS2, PbS, ZnS, NiAsS, NiAs),
 Halogen NaCl, CaF2, AgCl, Na3AlF6.

Trần Vũ Diễm Ngọc
81

3.1. Các dạng phản ứng hóa học

3.1.2 Phản ứng với axit, bazo (kiềm)
Name
Ammonia
Alkali Metal Hydroxides
Alkaline Earth Metal
Hydroxides
Acetic Acid
Perchloric Acid
Chloric Acid
Nitric Acid
Carbonic Acid
Bicarbonate
Sulfuric acid
Bisulfate
Hydrohalic Acids
Hydrofluoric Acid

Formula
NH3
LiOH, NaOH, KOH, RbOH,
CsOH
Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2

Comment
weak base
soluble strong bases
soluble strong bases

HC2H3O2
HClO4

HClO3
HNO3
H2CO3
–
HCO3
H2SO4
–
HSO4
HCl, HBr, HI
HF

vinegar, weak acid
strong acid
strong acid
strong acid
a weak acid, in sodas
a weak base (baking soda)
diprotic strong acid
weak acid
strong acids
weak acid, but very dangerous

Trần Vũ Diễm Ngọc

82

41


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.2 Phản ứng với axit, bazo (kiềm)
Nguyên liệu

Dung môi

Sản phẩm

Quặng vàng/bạc

CN- (O2)

Kim loại Ag/Au

Quặng ôxit đồng

H2SO4

Cu hoặc sunfat Cu

Quặng ZnO (thiêu oxh ZnS)

H2SO4

Zn

Quặng Ni sau

H2SO4

Ni/NiO

Quặng Ni sau thiêu h.nguyên

NH3/(NH4)2CO3

Ni/ NiCO3/ NiO

Ni/Co

H2SO4/ NH3/(NH4)2CO3

Ni or Co, sunfat

Quặng Ôxit Coban

H2SO4 (chất khử SO2)

Co or muối Co

Bauxit (quặng Al)

NaOH

Al2O3

Ilmenit/Rutil

H2SO4/HCl

TiO2

Trần Vũ Diễm Ngọc

83

Chương 3: Phản ứng hóa học
3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.2 Phản ứng với axit, bazo (kiềm)

Trần Vũ Diễm Ngọc

84

42


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.2 Phản ứng với axit, bazo (kiềm)

Trần Vũ Diễm Ngọc

85

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.2 Phản ứng với axit, bazo (kiềm)
Bảng : Biến thiên thế đẳng nhiệt đẳng áp của một số phản ứng hoà

tan trong quặng kẽm

Trần Vũ Diễm Ngọc

86

43


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.2 Phản ứng với axit, bazo (kiềm)
Sản xuất TiO2 từ Rutine hoặc Xỉ Ti
TiO2 + 2NaOH = Na2TiO3 + H2O

Na2TiO3 + 2H2O = H2TiO3 + 2NaOH
H2TiO3 + 2HCl = TiOCl2 + 2H2O

Ti4+ +2H2O = TiO(OH)2 + 2H+
TiOCl2 + H2 O → TiO2 + 2HCl
𝑡𝑜

H2TiO3 → TiO2 + H2O

Trần Vũ Diễm Ngọc

87

3.1. Các dạng phản ứng hóa học

3.1.3 Phản ứng điện hóa
Phản ứng điện hóa xảy ra trong dung dịch chất điệ li ở trạng thái hịa tan hoặc nóng
chảy
-

Là hệ oxi hóa-khử điện hóa trong đó chất oxi hóa và chất khử khơng trực
tiếp va chạm vào nhau trong quá trình phản ứng

-

E được chuyển từ chất khử tới chất oxi hóa gián tiếp qua 2 vật dẫn kim loại
dùng làm điện cực

A: Fe2+ + Pt = Fe3+ + e (Pt)

oxh

K: Ce(IV) + e (Pt) = Ce (III) + Pt

khử

88

44


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.3 Phản ứng điện hóa

Trần Vũ Diễm Ngọc

89

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.3 Phản ứng điện hóa
Hệ thống điện hóa

- Dung dịch điện ly
- Điện cực
- Nguồn

Trần Vũ Diễm Ngọc

90

45


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.3 Phản ứng điện hóa
Dung dịch điện ly

- Dung dịch nước: dung mơi và chất tan: Thường dùng dd điện ly mạnh: HCl,
H2SO4, H2SiF6, NaOH…
- Dung dịch muối nóng chảy, có độ dẫn điện lớn.

Trần Vũ Diễm Ngọc

91

Chương 3: Phản ứng hóa học
3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.3 Phản ứng điện hóa
Điện cực

 Điện cực nối với cực âm của nguồn điện gọi là cực âm hay catot (catod)
 Điện cực nối với cực dương của nguồn điện gọi là cực dương hay anot (anod)
 Catot: quá trình khử xảy ra (chất oxi hóa nhận điện tử để tạo thành chất khử
tương ứng).
 Anot: q trình oxi hóa xảy ra, (chất khử cho điện tử để tạo thành chất oxi hoá
tương ứng)

Trần Vũ Diễm Ngọc

92

46


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.3 Phản ứng điện hóa

Phản ứng oxi hóa - khử

Điện hóa
Điện phân

Điện năng

Anot

Catot

Hệ điện hóa

Q trình

Oxi hóa

Khử

Điên thế

Thấp (-)

Cao (+)

Pin điện

Cao (+)

Thấp (-)

Bình điện phân

Trần Vũ Diễm Ngọc

93

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.3 Phản ứng điện hóa
Phản ứng oxi hóa - khử
 Thế oxi hóa khử (thế khử) của một cặp oxi hóa khử là hiệu điện thế giữa dạng khử
và dạng oxi hóa.
 Là đại lượng đặc trưng cho tính oxi hóa khử của chất.
Thế oxi hóa khử là: EaOx/bKh

2H+ + 2e ⇋ H2 , có thế oxi hóa khử E2H+/H2= 0,0 V

Fe2+ + 2e ⇋ Fe, có thế oxi hóa khử EFe2+/Fe = -0,440 V

Cl2 + 2e ⇋ 2Cl- , có thế oxi hóa khử ECl2/2Cl- = + 1,360 V

Trần Vũ Diễm Ngọc

94

47


8/28/2021

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.3 Phản ứng điện hóa

Phản ứng oxi hóa - khử
 Phương trình Nernst:

R: hằng số khí lý tưởng
n : số electron trao đổi giữa Ox và Kh
T: nhiệt độ
F: hằng số Faraday = 96500 C/mol
[Ox], [Kh]: nồng độ dạng oxh, khử ở TTCB.

Trần Vũ Diễm Ngọc

95

3.1. Các dạng phản ứng hóa học
3.1.3 Phản ứng điện hóa
Phản ứng oxi hóa - khử

AgCl(r) + e- ↔ Ag(r) + Cl
Hg2Cl2(r) + 2e- ↔ 2Cl- + 2Hg(l)

E = Eo + (0.059/n)log1/[Cl-]
E = Eo + (0.059/2)log1/[Cl-]2

Trần Vũ Diễm Ngọc

96

48