ĐIỀU CHẾ các hợp CHẤT vô cơ

ĐIỀU CHẾ CÁC HỢP CHẤT VÔ CƠ
A.HALOGEN VÀ ĐỒNG BỌN
I.Clo
1.Trạng thái tự nhiên
Có trong khoáng vật cacnalit (KCl.MgCl2.6H2O) và xinvinit (NaCl.KCl)
2.Điều chế
Nguyên tắc : oxi hóa Cl(-) thành Cl2
a.Trong phòng thí nghiệm
Dùng HClđặctác dụng với các chất oxi hóa mạnh (MnO2,KMnO4,KClO3,K2Cr2O7, )
MnO2+4HCl > MnCl2+Cl2+H2O (đun nóng)
2KMnO4+16HCl >2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O (nhiệt độ thường)
KClO3+6HCl >KCl+3Cl2+3H2O (nhiệt độ thường)
K2Cr2O7+14HCl >2KCl+2CrCl3+3Cl2+7H2O
b.Trong công nghiệp
(sản phẩm phụ của công nghiệp sản xuất xút (NaOH))
Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn
2NaCl+2H2O >H2+Cl2+2NaOH
II.Khí HCl
1.Trong phòng thí nghiệm
Dùng NaClrắn (tinh thể)tác dụng H2SO4đặc
(phương pháp này cũng được dùng để điều chế HNO3 và HF)
NaCl+H2SO4 >NaHSO4+HCl (nhiệt độ không quá 250 độ C hoặc nhiệt độ thường)
2NaCl+H2SO4 >Na2SO4+2HCl (nhiệt độ > 400 độ C)
2.Trong công nghiệp
a.Phương pháp sunfat : tương tự điều chế trong phòng thí nghiệm
b.Phương pháp tổng hợp
H2+Cl2 >2HCl
(H2 và Cl2 thu được từ điện phân dd NaCl có màng ngăn)
c.Thu HCl tinh khiết từ “clo hóa các chất hữu cơ”
III.Các hợp chất khác của Clo
1.Nước Gia-ven

Dùng NaOHloãng nguộitác dụng với Clo
2NaOH+Cl2 >NaCl+NaClO+H2O
(Hoặc điện phân dd NaCl không màng ngăn)
2.Clorua vôi
Dùng Clo tác dụng với vôi tôi hoăc sữa vôi
Ca(OH)2+Cl2 >CaOCl2+H2O (30 độ C)
3.Muối Clorat(quan trọng nhất là KClO3)
Dùng Clo tác dụng với dd kiềmnóng
3Cl2+6KOH >5KCl+KClO3+3H2O
Điện phân dd KCl 25%
3H2O+KCl >KClO3+3H2 (70-75 độ C)
IV.Flo
1.Trạng thái tự nhiên
Có trong khoáng vật florit (CaF2) và criolit (Na3AlF6 hay AlF3.3NaF)
2.Điều chế
a.Trong công nghiệp
Do F2 là chất oxi hóa rất mạnh nên không có chất khử nào đủ mạnh để tách được Flo ra khỏi hỗn hợp của nó.
Vìvậy phương pháp tối ưu nhất là điện phân hỗn hợp KF+2HF (nhiệt độ nóng chảy 70 độ C)(dùng hỗn hợp
này cũng bởi vì giúp giảm nhiệt độ nóng chảy)
(Cực dương làm bằng than chì và cực âm làm bằng thép đặc biệt hoặc Cu)
V.Khí HF
Do F2 tác dụng quá mãnh liệt với nước nên phương phápduy nhất để điều chế HF là dùng CaF2 tác dụng với
H2SO4đặc
CaF2+H2SO4 >CaSO4+2HF (250 độ C)
VI.Brom và Iốt
Sau khi lấy muối ăn ra khỏi nước biển, phần còn lại chứa nhiều muối NaBr và KBr.Ta sục khí Cl2 vào dd
Bromua:
2NaBr+Cl2 >2NaCl+Br2
(điều chế Iôt tương tự)
VII.Khí HBr

Thủy phân PBr3
PBr3+3H2O >H3PO3+3HBr
Thực tế, cho Br2 tác dụng trực tiếp với P và H2O (PT như trên)
VIII.Một số chất khác
1.OF2(oxi florua)
Cho F2 qua dd NAOH loãng (khoảng 2%) và lạnh
2F2+2NaOH >2NaF+H2O+OF2
B.OXI VÀ ĐỒNG BỌN
I.Oxi
1.Trong phòng thí nghiệm
Phân hủy hợp chất chứa oxi vàkém bền nhiệt(thường là những chất có tính oxi hóa mạnh)
(KMnO4,KClO3,H2O2, )
2KMnO4 >K2MnO4+MnO2+O2 (đun nóng)
2KClO3 >2KCl+3O2 (xúc tác MnO2 đun nóng hoặc >500 độ C)
2H2O2 >2H2O+O2 (xúc tác MnO2)
( Nhiệt phân muối nitrat của kim loại kiềm(hoặc kiềm thổ) cũng tạo ra được O2 nhưng chắc do tính nguy
hiểm của phản ứng này nên nó không được dùng để điều chế O2 trong phòng thí nghiệm
2RNO3 >2RNO2+O2)
2.Trong công nghiệp
a.Từ không khí
Không khí hóa lỏng ở áp suất cao, nhiệt độ thấp sau đó chưng cất phân đoạn không khí lỏng thu
O2 ở -183 độ C, Ar ở -186 độ C, N2 ở -196 độ C
b.Điện phân H2O (có hòa tan các chất điện li như H2SO4, NaOH, để tăng tính dẫn điện)
2H2O >2H2+O2
II.Lưu huỳnh
1.Khai thác lưu huỳnh tự do trong lòng đất
Sử dụng hệ thống thiết bị nén H2O siêu nóng (170 độ C) vào mỏ S đẩy S nóng chảy lên (phương pháp
Frasch)
2.Sản xuất từ hợp chất
a.Đốt H2S trong điều kiện thiếu không khí

H2S+O2 >2S+2H2O
b.Dùng H2S khử SO2
2H2S+SO2 >3S+2H2O
(Thu hồi >90% lượng S trong khí độc SO2 và H2S)
III.H2S
Trong công nghiệp, không sản xuất H2S (do đây là khí độc và không có ứng dụng trong thực tiễn)
Trong phòng thí nghiệm,
FeS+HCl(dd) >H2S+FeCl2
IV.SO2
1.Trong phòng thí nghiệm
Na2SO3+H2SO4(dd) >Na2SO4+H2O+SO2 (đun nóng)
2.Trong công nghiệp
-Đốt cháy S: S+O2 >SO2
-Đốt quặng sunfua kim loại như FeS2,Cu2S,
4FeS2+11O2 >2Fe2O3+8SO2
V.SO3 2SO2+O2< >2SO3 (xúc tác V2O5 450-500 độ C)
VI.H2SO4
(3 công đoạn)
1.Sản xuất SO2
2.Sản xuất SO3
3.Sản xuất H2SO4
H2SO4 98% hấp thụ SO3 thu Oleum H2SO4.nSO3
H2SO4+nSO3 >H2SO4.nSO3
Dùng nước thích hợp pha loãng Oleum
H2SO4.nSO3+H2O >(n+1)H2SO4
C.NITƠ VÀ ĐỒNG BỌN
I.N2
1.Trạng thái tự nhiên
Có trong khoáng vật “diêm tiêu natri”(NaNO3)
2.Điều chế

a.Trong phòng thí nghiệm
NH4NO2 >N2+H2O (đun nóng nhẹ)
Hoặc đun nóng nhẹ hỗn hợpbão hòaNH4Cl và NaNO2
NH4Cl+NaNO2 >N2+NaCl+2H2O (đun nóng nhẹ)
Hoặc 2NH4Cl+4CuO >N2+H2+CuCl2+3Cu (nhiệt độ)
b.Trong công nghiệp
Chưng cất phân đoạn không khí lỏng thu N2 ở -196 độ C(xem điều chế O2)
II.NH3
1.Trong phòng thí nghiệm
-Muối amoni tác dụng chất kiềm đun nóng nhẹ
2NH4Cl+Ca(OH)2 >2NH3+CaCl2+2H2O
(Làm khô NH3: cho qua bình đựng CaO)
-Điều chế nhanh 1 lượng nhỏ NH3: đun nóng dd NH3 đậmđặc (làm khô như trên)
2.Trong công nghiệp
N2+3H2 >2NH3 (450-500 độ C, 200-300 atm, xúc tác Al2O3,K2O, )
III.Một số chất khác(trong phòng thí nghiệm)
1.N2O NH4NO3 >N2O+2H2O (đun nóng nhẹ)
2.NO 3Cu+8HNO3(loãng) >2NO+4H2O+3Cu(NO3)2
3.NO2 Cu+4HNO3(đặc) >2NO2+2H2O+Cu(NO3)2
4.N2O5 2HNO3 (P2O5) >N2O5+H2O
5.N2H4(hidrazin-nhiên liệu tên lửa) trong công nghiệp
2NH3 < > N2H4+H2 (tia cực tím)
IV.HNO3
1.Trong phòng thí nghiệm
NaNO3 (hoặc KNO3)rắntác dụng với H2SO4đặc nóng
NaNO3+H2SO4 >HNO3+NaHSO4
(phương pháp này chỉ điều chế một lượng nhỏ HNO3 bốc khói)
2.Trong công nghiệp
PHƯƠNG PHÁP OXI HÓA (3 giai đoạn)
a.Oxi hóa NH3 bằng oxi không khí

4NH3+5O2 >4NO+6H2O (800-900 độ C, xúc tác Pt)phảnứng tỏa 907KJ
b.Oxi hóa NO thành NO2 (làm nguội NO hóa hợp với O2)
2NO+O2 >NO2
c.Chuyển hóa NO2 thành HNO3
4NO2+2H2O+O2 >4HNO3
PHƯƠNG PHÁP HỒ QUANG
N2 >NO >NO2 >HNO3
V.Phốt pho
1.Trạng thái tự nhiên
Có trong khoáng vật apatit (3Ca3(PO4)2.CaF2), phốtphorit (Ca3(PO4)2)
2.Điều chế trong công nghiệp
Nung hỗn hợp quặng phốtphorit, cát, than cốc ở 1200 độ C trong lò điện
Ca3(PO4)2+3SiO2+5C >3CaSiO3+2P+5CO
(Hơi P thoát ra ngưng tụ khi làm lạnh, thu P trắng dạng rắn)
VI.H3PO4
1.Trong phòng thí nghiệm
P+5HNO3(đặc) >H3PO4+5NO2+H2O
PCl5+4H2O >H3PO4+5HCl
2.Trong công nghiệp
a.Phương pháp trích li: H2SO4đặc+ quặng phốtphorit (hoặc apatit)
Ca3(PO4)2+3H2SO4 >3CaSO4+2H3PO4 (nhiệt độ)
(Tách muối CaSO4 kết tinh và cô đặc dd, làm lạnh để axit kết tinh.Axit H3PO4 điều chế được không tinh
khiết, chất lượng thấp=>chủ yếu để sản xuất phân bón)
b.Phương pháp nhiệt: Điều chế H3PO4 tinh khiết và nồngđộ cao hơn
4P+5O2 >2P2O5 (nhiệt độ)
P2O5+3H2O >3H3PO4
CACBON VÀ ĐỒNG BỌN
I.Cacbon
1.Trạng thái tự nhiên
Có trong khoáng vật canxit (CaCO3), magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3.MgCO3)

2.Điều chế
a.Kim cương nhân tạo
Nung than chì ở 2000 độ C, áp suất 50-100 nghìn atm, xúc tác Fe,Cr hay Ni
b.Than chì nhân tạo
Nung than cốc ở 2500-3000 độ C trong lò điện (không cókhông khí)
c.Than cốc
Nung than mỡ khoảng 1000 độ C trong lò cốc (không có không khí)
d.Than gỗ
Tạo nên khi đốt cháy gỗ trong điều kiện thiếu không khí
e.Than muội
Nhiệt phân CH4 có xúc tác
CH4 >C+H2
6.Than mỏ
Khai thác trực tiếp từ các vỉa than trong lòng đất
II.CO
1.Trong phòng thí nghiệm
Cho H2SO4 đặc và axit HCOOH, đun nóng
HCOOH >CO+H2O (nhiệt độ H2SO4 đặc)
2.Trong công nghiệp
-Cho hơi nước qua than nung đỏ
C+H2O >CO+H2
(Hỗn hợp khí tạo thành gọi làkhí than ướt, chứa trung bình khoảng 44% CO, còn lại là CO2,N2,H2, )
-Sản xuất trong lò gas: thổi không khí qua than nung đỏCO2 bị khử thành CO
CO2+C >2CO
(Hỗn họp khí thu được gọi làkhí lò gashaykhí than khô, chứa trung bình khoảng 25% CO, ngoài ra là
N2,CO2 và một lượng nhỏ khí khác)
III.CO2
1.Trong phòng thí nghiệm
Cho dd HCl tác dụng với đá vôi trong bình kíp
CaCO3+2HCl >CaCl2+CO2+H2O

2.Trong công nghiệp
Được tạo ra trong quá trình đốt than để thu năng lượng ngoài ra trong quá trình chuyển hóa khí thiên nhiên,
các sản phẩm dầu mỏ, nung vôi, lên men rượu từ glucozo,
IV.Si
1.Trạng thái tự nhiên
Có trong khoáng vật cao lanh (Al2O3.2SiO2.2H2O), xecpentin (3MgO.2SiO2.2H2O), fenspat
(Na2O.Al2O3.6SiO2)
2.Điều chế
a.Trong phòng thí nhiệm
Đốt cháy hỗn hợp bột Mg với cát nghiền mịn
SiO2+2Mg >Si+MgO (đốt cháy)
b.Trong công nghiệp
Dùng than cốc khử SiO2 trong lò điện ở nhiệt độ cao
SiO2+2C >Si+2CO (nhiệt độ)
KIM LOẠI
I.Phương pháp chung điều chế kim loại(trong công nghiệp)
1.Phương pháp thủy luyện (điều chế kim loại có tính khử yếu như Cu,Hg,Ag,Au, )
Cơ sở của phương pháp là dùng những dung dịch thích hợp như dd H2SO4, NaOH, NaCN, để hòa tan KL
và tách ra khỏi phần không tan có trong quặng. Sau đó, các ion KL trong dd được khử bằng KL có tính khử
mạnh hơn như Fe,Zn,
VD
Ag2S+4KCN >2K(Ag(CN)2)+K2S
2K(Ag(CN)2)+Zn >K2(Zn(CN)4)+2Ag
2.Phương pháp nhiệt luyện (điều chế KL có tính khử trung bình và yếu như Zn,Fe,Sn,Pb,Cu, )
Cơ sở của phương pháp là khử những ion LK trong các hợp chất ở nhiệt độ cao bằng các chất khử mạnh như
C,CO,H2 hoạc kim loại Al, kim loại kiềm và kiềm thổ
-Trường hợp là quặng sunfua KL như Cu2S,ZnS,FeS2, thì phải chuyển sunfua KL thành oxit KL sau đó
khử oxit KL bằng chất khử thích hợp.
2ZnS+3O2 >2ZnO+2SO2 (nung)
ZnO+C >CO+Zn (nhiệt độ cao)

-Đối với những KL khó nóng chảy như Cr,Fe dùng Al làm chất khử (phương pháp nhiệt nhôm)
Cr2O3+2Al >2Cr+Al2O3
-Với những KL kém hoạt động như Hg,Ag chỉ cần đốt cháy quặng cũng thu được KL mà không cần phải khử
bằng các tác nhân khác.
3.Phương pháp điện phân (điều chế được hầu hết các KL)
Cơ sở của phương pháp là dùng dòng điệnmột chiềuđể khử các ion KL.
-Điều chế những KL có tính khử mạnh như Li,Na,Al,K, bằng cách điện phân những hợp chất (muối, bazơ,
oxit)nóng chảycủa chúng
2KCl >2K+Cl2
-Điều chế KL có tính khử trung bình và KL có tính khử yếu như Zn,Cu, bằng cách điện phân dung dịch
muối của chúng
2ZnSO4+2H2O >2Zn+2H2SO4+H2
II.Kim loại kiềm và kiềm thổ
Do không có chất nào khử được ion KL kiềm nên phương pháp thường dùng là điện phân nóng chảy
muốihalogenua của chúng thu KL ở Catot
Điều chế Na: điện phân hỗn hợp 2NaCl+CaCl2 (để hạ nhiệt độ nóng chảy xuống còn khoảng 600 độ C)
2NaCl >2Na+Cl2
*Điều chế NaOH
Điện phân dd có màng ngăn
2NaCl+2H2O >H2+Cl2+2NaOH
(dd NaOH lẫn nhiều NaCl. Người ta cô đặc dd NaCl ít tan sovới NaOH nên kết tinh trước.Tách NaCl còn lại
NaOH)
III.Al
Điện phân nóng chảy Al2O3 và Na3AlF6 (nhiệt độ nóng chảy 900 độ C)
(Tác dụng: tiết kiệm năng lượng,tạo chất lỏng có tính dẫn điện tốt hơn Al2O3,hỗn hợp này có khối lượng
riêng < Al nổi lên trên Al, ngăn cản Al tiếp xúc với không khí)
2Al2O3 >4Al+3O2
IV.Cr
1.Trạng thái tự nhiên
Có trong quặng cromit (FeO.Cr2O3)

2.Điều chế
Tách Cr2O3 từ quặng cromit, điều chế Cr bằng phương pháp nhiệt nhôm
Cr2O3+2Al >2Cr+Al2O3 (nhiệt độ)
(Độ tinh khiết của Cr 97-99%, tạp chất là Al,Fe,Si)
V.Fe và đồng bọn
1.Trạng thái tự nhiên
Có trong quặng hematit đỏ (Fe2O3), hematit nâu (Fe2O3.nH2O), manhetit (Fe3O4)-quặng giàu Fe nhất,
xiderit (FeCO3), pirit sắt (FeS2)
2.Điều chế
a.Fe
3Fe2O3+CO >2Fe3O4+CO2 (400 độ C)
Fe3O4+CO >3FeO+CO2 (500-600 độ C)
FeO+CO >Fe+CO2 (700-800 độ C)
b.FeO (phòng thí nghiệm)
phân hủy Fe(OH)2 ở nhiệt độ cao (không có không khí)
Fe(OH)2 >FeO+H2O (nhiệt độ)
c.Fe(OH)2 (phòng thí nghiệm)
Phản ứng trao đổi ion của dd muối Fe(II) + dd bazo (không có không khí)
FeCl2+2NaOH >Fe(OH)2+ 2NaClhayFe(2+)+2OH(-) >Fe(OH)2
c.Muối Fe(II) (phòng thí nghiệm)
-Fe hoặc hợp chất Fe(II) như FeO, Fe(OH)2 tác dụng với dd HCl hoặc H2SO4 (không có không khí)
-Từ muối Fe(III)
2FeCl3+Fe >3FeCl2
d.Fe2O3
Phân hủy Fe(OH)3 ở nhiệt độ cao
2Fe(OH)3 >Fe2O3+3H2O
e.Fe(OH)3
Phản ứng trao đổi ion của dd muối Fe(III) hoặc phản ứng oxi hóa Fe(OH)2
FeCl3+3NaOH >2NaCl+Fe(OH)3hayFe(3+)+3OH(-) >Fe(OH)3
f.Muối Fe(III)

Điều chế trực tiếp từ phản ứng Fe tác dụng với chất oxi hóa mạnh như Cl2,HNO3,H2SO4(đặc, nóng), phản
ứng hợp chất Fe(III) với axit
2Fe(OH)3+3H2SO4 >Fe2(SO4)3+6H2O
Fe2O3+6HCl >2FeCl3+3H2O