Penurunan oksida logam oleh karbon

Menurunkan oksida logam dengan karbon ialah cara logam yang sederhana reaktif dan tidak reaktif diekstrak daripada bijihnya. Ia terletak dalam bab Redoks Tingkatan 5 dan menyatukan dua idea besar: redoks sebagai kehilangan dan penerimaan oksigen, dan siri kereaktifan sebagai panduan kepada kaedah pengekstrakan yang betul. Ini menjadikannya topik soalan berstruktur yang sangat lazim.

Idea: karbon sebagai agen penurunan

Apabila karbon dipanaskan kuat dengan oksida logam, karbon mengambil oksigen daripada logam itu. Karbon dioksidakan (ia menerima oksigen untuk menjadi karbon dioksida) dan oksida logam diturunkan (ia kehilangan oksigen untuk menjadi logam). Oleh itu karbon ialah agen penurunan dan oksida logam ialah agen pengoksidaan. Ini hanya berfungsi jika logam itu kurang reaktif daripada karbon, kerana logam yang lebih reaktif memegang oksigennya terlalu kuat untuk dialihkan oleh karbon.

Persamaan seimbang

Plumbum(II) oksida

2PbO(s) + C(s) → 2Pb(l) + CO₂(g)

Kuprum(II) oksida

2CuO(s) + C(s) → 2Cu(s) + CO₂(g)

Timah(IV) oksida

SnO₂(s) + C(s) → Sn(l) + CO₂(g)

Besi(III) oksida (seperti dalam relau bagas, di mana karbon mula-mula menghasilkan karbon monoksida, agen penurunan sebenar)

2C(s) + O₂(g) → 2CO(g)

Fe₂O₃(s) + 3CO(g) → 2Fe(l) + 3CO₂(g)

Zink oksida

2ZnO(s) + C(s) → 2Zn(s) + CO₂(g)

Perhatikan bahawa dalam setiap persamaan, oksigen dipindahkan daripada logam kepada karbon, dan setiap persamaan seimbang bagi setiap unsur.

Logam manakah boleh diekstrak begini

Hanya logam di bawah karbon dalam siri kereaktifan, zink, besi, timah, plumbum dan kuprum, boleh diekstrak dengan penurunan karbon. Logam di atas karbon, kalium, natrium, kalsium, magnesium dan aluminium, terlalu reaktif; oksidanya tidak diturunkan oleh karbon dan ia diekstrak melalui elektrolisis sebatian lebur sebaliknya. Mengetahui kedudukan karbon dalam siri ialah kunci yang membuka soalan-soalan ini.

Keadaan yang diperlukan

Pemanasan yang kuat dan berterusan diperlukan, biasanya dalam relau, kerana tindak balas memerlukan suhu tinggi untuk berlaku. Bekalan karbon (kok) dicampur dengan bijih.

Pemerhatian

Campuran berbara semasa dipanaskan. Bagi kuprum(II) oksida, pepejal hitam bertukar kepada kuprum perang. Gas tidak berwarna dibebaskan yang mengeruhkan air kapur, mengesahkan karbon dioksida. Bagi logam bertakat lebur rendah, seperti plumbum dan timah, manik logam lebur terbentuk.

Kesilapan lazim yang perlu dielakkan

Jangan cuba mengekstrak aluminium atau magnesium dengan karbon, kesilapan yang kerap berlaku. Jangan lupa simbol keadaan; plumbum dan timah yang dibebaskan adalah lebur, (l), pada suhu pengekstrakan yang tinggi, manakala kuprum sering ditulis sebagai pepejal. Apabila diminta mengenal pasti agen penurunan, namakan karbon (atau karbon monoksida dalam relau bagas), bukan logam.

Bagaimana ia muncul dalam peperiksaan SPM

Dalam Kertas 2 (4541/2) anda mungkin diminta menulis persamaan seimbang, menamakan agen pengoksidaan dan agen penurunan, atau menerangkan mengapa logam tertentu diekstrak atau tidak diekstrak oleh karbon menggunakan siri kereaktifan. Dalam Kertas 1 (4541/1), item objektif sering menguji susunan siri kereaktifan atau bertanya kaedah pengekstrakan mana yang sesuai untuk logam tertentu. Soalan berstruktur kegemaran membandingkan dua logam, satu di atas dan satu di bawah karbon, dan meminta anda meramalkan yang mana diekstrak oleh karbon serta memberi sebab. Kaitkan setiap jawapan kembali kepada pemindahan oksigen dan kedudukan logam berbanding karbon, dan ingat bahawa “penurunan” di sini bermaksud kehilangan oksigen, jadi oksida logam ialah yang diturunkan manakala karbon ialah yang dioksidakan. Menyusun definisi ini dengan betul ialah tempat markah paling kerap diperoleh atau hilang.