1.5 Pengekstrakan logam daripada bijihnya
Anda akan menjelaskan pengekstrakan logam daripada bijihnya melalui elektrolisis dan melalui penurunan oleh karbon berdasarkan siri kereaktifan logam.
SP 1.5.1Menjelaskan pengekstrakan logam daripada bijihnya melalui proses elektrolisis.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Menjelaskan
Murid perlu menjelaskan pengekstrakan aluminium daripada bauksit melalui elektrolisis, termasuk setengah persamaan di anod dan katod, tindak balas redoks dan kesannya terhadap alam sekitar.
- IsiProses dan setengah persamaanHuraian
Aluminium lebih reaktif daripada karbon, maka diekstrak melalui elektrolisis aluminium oksida lebur yang dilarutkan dalam kriolit untuk merendahkan takat lebur. Ion Al³⁺ diturunkan di katod dan ion O²⁻ dioksidakan di anod.
ContohKatod: Al³⁺ + 3e⁻ → Al. Anod: 2O²⁻ → O₂ + 4e⁻. Keseluruhan: 2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂.
- IsiKesan terhadap alam sekitarHuraian
Perlombongan bauksit memusnahkan hutan dan mencemarkan sungai dengan lumpur merah; elektrolisis menggunakan tenaga elektrik yang sangat banyak; anod karbon bertindak balas dengan oksigen membebaskan karbon dioksida (gas rumah hijau).
ContohPencemaran sungai oleh lumpur bauksit di kawasan perlombongan; kitar semula tin aluminium menjimatkan sebahagian besar tenaga berbanding mengekstrak aluminium baharu.
Peta pokokKaedah pengekstrakan ikut kereaktifan
- Kalium, natrium, kalsium, magnesium, aluminium
- Oksida logam terlalu stabil untuk diturunkan oleh karbon
- Zink, ferum, stanum, plumbum, kuprum
- Karbon menyingkirkan oksigen daripada oksida logam
Peta alirPengekstrakan aluminium secara elektrolisis
- Bijih bauksit ditulenkan menjadi aluminium oksida, Al₂O₃.
- Al₂O₃ dilarutkan dalam kriolit lebur untuk merendahkan takat lebur (daripada melebihi 2000 °C kepada kira-kira 1000 °C).
- Katod (lapisan karbon): Al³⁺ + 3e⁻ → Al; aluminium lebur dikumpul di dasar.
- Anod (karbon): 2O²⁻ → O₂ + 4e⁻.
- Oksigen bertindak balas dengan anod karbon: C + O₂ → CO₂, maka anod perlu diganti secara berkala.
- Persamaan keseluruhan: 2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂.
SP 1.5.2Menjelaskan pengekstrakan logam daripada bijihnya melalui proses penurunan oleh karbon.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Menjelaskan
Murid perlu menjelaskan pengekstrakan besi dalam relau bagas melalui penurunan oleh karbon, dengan menyatakan tindak balas redoks yang berlaku.
- IsiSebab karbon digunakanHuraian
Ferum kurang reaktif daripada karbon dalam siri kereaktifan, maka karbon (dan karbon monoksida) dapat menyingkirkan oksigen daripada oksida ferum.
ContohLogam di bawah karbon seperti zink, ferum, stanum dan plumbum diekstrak dengan karbon; logam di atas karbon seperti aluminium perlu elektrolisis.
- IsiTindak balas redoks dalam relau bagasHuraian
Kok terbakar membentuk CO₂, kemudian CO₂ diturunkan oleh karbon menjadi CO. Karbon monoksida menurunkan ferum(III) oksida kepada ferum dan ia sendiri dioksidakan kepada karbon dioksida. Batu kapur menyingkirkan bendasing sebagai sanga.
ContohFe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂: Fe₂O₃ kehilangan oksigen (diturunkan, Fe +3 → 0), CO menerima oksigen (dioksidakan, C +2 → +4); CO ialah agen penurunan.
Peta alirPengekstrakan besi dalam relau bagas
- Bahan mentah: bijih hematit (Fe₂O₃), kok (karbon) dan batu kapur; udara panas ditiup dari bawah.
- C + O₂ → CO₂ (membebaskan haba).
- CO₂ + C → 2CO (karbon monoksida agen penurunan).
- Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂; juga Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO.
- CaCO₃ → CaO + CO₂; CaO + SiO₂ → CaSiO₃ (sanga) menyingkirkan bendasing pasir.
- Besi lebur dan sanga dikeluarkan secara berasingan dari dasar relau.
NotaStanum di Malaysia
Bijih timah (kasiterit, SnO₂) diturunkan oleh karbon pada suhu tinggi: SnO₂ + C → Sn + CO₂. Dalam tindak balas ini SnO₂ kehilangan oksigen (diturunkan) manakala karbon menerima oksigen (dioksidakan), maka ia tindak balas redoks.
Ingat: mnemonik & kad imbas
Mnemonik
- KNCMA
- Kami Nak Cari Minyak Angin: K, Na, Ca, Mg, Al diekstrak melalui elektrolisis.
Kad imbas
- Bijih aluminium
- Bauksit (Al₂O₃)
- Fungsi kriolit
- Merendahkan takat lebur Al₂O₃
- Mengapa anod karbon diganti
- Bertindak balas dengan oksigen membentuk CO₂
- Agen penurunan dalam relau bagas
- Karbon monoksida (dan karbon)
- Fungsi batu kapur
- Menyingkirkan bendasing sebagai sanga CaSiO₃
Semak kefahaman
Mengapakah aluminium oksida dilarutkan dalam kriolit lebur semasa pengekstrakan aluminium? (SP 1.5.1)
Lihat jawapan
Untuk merendahkan takat lebur aluminium oksida daripada melebihi 2000 °C kepada kira-kira 1000 °C supaya menjimatkan tenaga.
Mengapakah besi boleh diekstrak melalui penurunan oleh karbon tetapi aluminium tidak boleh? (SP 1.5.2)
Lihat jawapan
Ferum kurang reaktif daripada karbon, manakala aluminium lebih reaktif daripada karbon, maka karbon tidak dapat menyingkirkan oksigen daripada aluminium oksida.
13 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.
Tahap Penguasaan (TP)
| TP | Tafsiran |
|---|---|
| TP1 | Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran asas mengenai konsep pengoksidaan dan penurunan. |
| TP2 | Memahami tindak balas redoks serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut dengan contoh. |
| TP3 | Mengaplikasikan pengetahuan mengenai tindak balas redoks untuk menerangkan kejadian atau fenomena alam dan dapat melaksanakan tugasan mudah. |
| TP4 | Menganalisis pengetahuan mengenai tindak balas redoks dalam konteks penyelesaian masalah mengenai kejadian atau fenomena alam. |
| TP5 | Menilai pengetahuan mengenai tindak balas redoks dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan untuk melaksanakan satu tugasan. |
| TP6 | Merekacipta menggunakan pengetahuan mengenai tindak balas redoks dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan atau dalam melaksanakan aktiviti/ tugasan dalam situasi baharu secara kreatif dan inovatif dengan mengambil kira nilai sosial/ ekonomi/ budaya masyarakat. |
Untuk guru: cadangan aktiviti mencapai TP (6)
- TP1
Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran asas mengenai konsep pengoksidaan dan penurunan.
Aktiviti: Individu, 10 minit: murid memadankan kad logam (Al, Fe, Sn) dengan kaedah pengekstrakannya (elektrolisis atau penurunan oleh karbon) berdasarkan siri kereaktifan.
Evidens PBD: Kad padanan yang disemak guru.
SP disasar: 1.5.1, 1.5.2 · Latihan sepadan: aras Mengingat - TP2
Memahami tindak balas redoks serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut dengan contoh.
Aktiviti: Berpasangan, 15 minit: murid menerangkan dengan contoh langkah pengekstrakan aluminium secara elektrolisis daripada bauksit menggunakan gambar rajah sel dan setengah persamaan.
Evidens PBD: Gambar rajah dan penerangan lisan berpasangan.
SP disasar: 1.5.1 · Latihan sepadan: aras Memahami - TP3
Mengaplikasikan pengetahuan mengenai tindak balas redoks untuk menerangkan kejadian atau fenomena alam dan dapat melaksanakan tugasan mudah.
Aktiviti: Kumpulan, 20 minit: murid menyusun langkah pengekstrakan besi dalam relau bagas secara kad bersiri, menulis persamaan penurunan oksida besi oleh karbon, lalu menerangkan peranan setiap bahan.
Evidens PBD: Kad susunan langkah dan persamaan yang betul.
SP disasar: 1.5.2 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi - TP4
Menganalisis pengetahuan mengenai tindak balas redoks dalam konteks penyelesaian masalah mengenai kejadian atau fenomena alam.
Aktiviti: Berpasangan, 20 minit: murid menganalisis mengapa aluminium diekstrak secara elektrolisis tetapi stanum cukup dengan penurunan oleh karbon, dengan merujuk kedudukan logam dalam siri kereaktifan.
Evidens PBD: Jawapan analisis bertulis menggunakan siri kereaktifan.
SP disasar: 1.5.1, 1.5.2 · Latihan sepadan: aras Menganalisis - TP5
Menilai pengetahuan mengenai tindak balas redoks dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan untuk melaksanakan satu tugasan.
Aktiviti: Kumpulan, 25 minit: murid menilai kaedah pengekstrakan logam tertentu dari segi kos tenaga dan kereaktifan, lalu membuat keputusan kaedah paling sesuai untuk sebuah kilang kecil dengan justifikasi.
Evidens PBD: Keputusan dan hujah pada lembaran, dinilai rubrik.
SP disasar: 1.5.1, 1.5.2 · Latihan sepadan: aras Menilai dan Menghayati - TP6
Merekacipta menggunakan pengetahuan mengenai tindak balas redoks dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan atau dalam melaksanakan aktiviti/ tugasan dalam situasi baharu secara kreatif dan inovatif dengan mengambil kira nilai sosial/ ekonomi/ budaya masyarakat.
Aktiviti: Kumpulan, 30 minit: murid mereka carta alir pengekstrakan logam baharu yang diberi kereaktifan tertentu dalam situasi bijih fiksyen, lalu memilih kaedah dan menerangkan alasan.
Evidens PBD: Carta alir bijih fiksyen dan rubrik kreativiti dan ketepatan.
SP disasar: 1.5.1, 1.5.2 · Latihan sepadan: aras Mencipta
Cadangan sahaja; TP rasmi ditentukan guru melalui pertimbangan profesional (PBD). Buka unit dan latihan
Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 22 unit Kimia Tingkatan 5 untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.