Химия получение металлов: Получение металлов — урок. Химия, 9 класс.

Понятие о металлургии: общие способы получения металлов

Понятие о металлургии: общие способы получения металлов

Металлургия — это наука о промышленных способах получения металлов. Различают черную и цветную металлургию.

Черная металлургия — это производство железа и его сплавов (сталь, чугун и др.).

Цветная металлургия — производство  остальных металлов и их сплавов.

Широкое применение находят сплавы металлов. Наиболее распространенные сплавы железа — чугун и сталь.

Чугун — это сплав железа, в котором содержится 2-4 масс. % углерода, а также кремний, марганец и небольшие количества серы и фосфора. 

Сталь — это сплав железа, в котором содержится 0,3-2 масс. % углерода и небольшие примеси других элементов.

Легированные стали — это сплавы железа с хромом, никелем, марганцем, кобальтом, ванадием, титаном и другими металлами. Добавление металлов придает стали дополнительные свойства. Так, добавление хрома придает сплаву прочность, а добавление никеля придает стали пластичность.

Основные стадии металлургических процессов:

1. Обогащение природной руды (очистка, удаление примесей)
2. Получение металла или его сплава.
3. Механическая обработка металла

 

 

Большинство металлов встречаются в природе в виде соединений. Наиболее распространенный металл в земной коре — алюминий. Затем железо, кальций, натрий и другие металлы.

 

Нахождение металлов в природе
Активные металлы — в виде солей	Металлов средней активности — в виде оксидов и сульфидов	Малоактивные металлы -в виде простых веществ
Хлорид натрия NaCl

 

 

Активные металлы (щелочные и щелочноземельные) классическими «химическими» методами получить из соединений нельзя.

Такие металлы в виде ионов — очень слабые окислители, а в простом виде — очень сильные восстановители, поэтому их очень сложно восстановить из катионов в простые вещества. Чем активнее металл, тем сложнее его получить в чистом виде — ведь он стремится прореагировать с другими веществами.

Получить такие металлы можно, как правило, электролизом расплавов солей, либо вытеснением из солей другими металлами в жестких условиях.

Натрий в промышленности получают электролизом расплава хлорида натрия с добавками хлорида кальция:

2NaCl = 2Na + Cl₂

Калий получают пропусканием паров натрия через расплав хлорида калия при 800°С:

KCl + Na = K↑ + NaCl

Литий можно получить электролизом расплава хлорида лития в смеси с KCl или BaCl₂

(эти соли служат для понижения температуры плавления смеси):

2LiCl = 2Li + Cl₂

Цезий можно получить нагреванием смеси хлорида цезия и специально подготовленного кальция:

Са + 2CsCl = 2Cs + CaCl₂

Магний получают электролизом расплавленного карналлита или хлорида магния с добавками хлорида натрия при 720–750°С:

MgCl₂  →  Mg + Cl₂

 

Кальций получают электролизом расплавленного хлорида кальция с добавками фторида кальция:

CaCl₂ → Ca + Cl₂

 

Барий получают из оксида восстановлением алюминием в вакууме при 1200 °C:

4BaO+ 2Al = 3Ba + Ba(AlO₂)₂

 

Алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия Al₂O₃ в криолите Na₃AlF

6:

2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂

 

 

Металлы малоактивные и неактивные восстанавливают из оксидов углем, оксидом углерода (II) СО или более активным металлом. Сульфиды металлов сначала обжигают.

 

3.1. Обжиг сульфидов

 

При обжиге сульфидов металлов образуются оксиды:

2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂

Металлы получают дальнейшим восстановлением оксидов.

 

3.2. Восстановление металлов углем

 

Чистые металлы можно получить восстановлением из оксидов углем. При этом до металлов восстанавливаются только оксиды металлов, расположенных в ряду электрохимической активности после алюминия. 

 

 

Например, железо получают восстановлением из оксида углем:

2Fe₂O₃ + 6C → 2Fe + 6CO

ZnO + C → Zn + CO

Оксиды металлов, расположенных в ряду электрохимической активности до алюминия, реагируют с углем с образованием карбидов металлов:

CaO + 3C → CaC₂ + CO

 

3.

3. Восстановление металлов угарным газом

 

Оксид углерода (II) реагирует с оксидами металлов, расположенных в ряду электрохимической активности после алюминия. 

 

 

Например, железо можно получить восстановлением из оксида с помощью угарного газа:

2Fe₂O₃ + 6CО → 4Fe + 6CO₂

 

 

3.4. Восстановление металлов более активными металлами

 

Более активные металлы вытесняют из оксидов менее активные.  Активность металлов можно примерно оценить по электрохимическому ряду металлов:

 

 

Восстановление металлов из оксидов другими металлами — распространенный способ получения металлов. Часто для восстановления металлов применяют алюминий и магний.  А вот щелочные металлы для этого не очень подходят – они слишком химически активны, что создает сложности при работе с ними.

Например, цезий взрывается на воздухе.

Алюмотермия – это восстановление металлов из оксидов алюминием.

Например: алюминий восстанавливает оксид меди (II) из оксида:

3CuO + 2Al  =  Al₂O₃ + 3Cu

Магниетермия – это восстановление металлов из оксидов магнием.

CuO + Mg = Cu + MgO

 

Железо можно вытеснить из оксида с помощью алюминия:

2Fe₂O₃ + 4Al → 4Fe + 2Al₂O₃

При алюмотермии образуется очень чистый, свободный от примесей углерода металл.

 

 

Активные металлы вытесняют менее активные из растворов их солей.

Например, при добавлении меди (Cu) в раствор соли менее активного металла – серебра (AgNO₃) произойдет химическая реакция:

2AgNO₃ + Cu = Cu(NO₃)₂ + 2Ag

Медь покроется белыми кристаллами серебра.

При добавлении железа (Fe) в  раствор соли меди (CuSO₄) на железном гвозде появился розовый налет металлической меди:

CuSO₄  + Fe = FeSO₄ + Cu

При добавлении цинка в раствор нитрата свинца (II) на цинке образуется слой металлического свинца:

Pb(NO₃)₂  + Zn = Pb + Zn (NO₃)₂

 

 

3.5. Восстановление металлов из оксидов водородом

 

Водород восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные в ряду активности правее алюминия. Как правило, взаимодействие оксидов металлов с водородом протекает в жестких условиях – под давлением или при нагревании.

CuO + H₂ = Cu + H₂O

 

 

 

 

 

Чугун получают из железной руды в доменных печах.

Печь последовательно загружают сверху шихтой, флюсами, коксом, затем снова рудой, коксом и т.д.

 

1- загрузочное устройство, 2 — колошник, 3 — шахта, 4 — распар, 5 — горн, 6 — регенератор

 

Доменная печь имеет форму двух усеченных конусов, соединенных основаниями. Верхняя часть доменной печи — колошник, средняя — шахта, а нижняя часть — распар.

В нижней части печи находится горн. Внизу горна скапливается чугун и шлак и отверстия, через которые чугун и шлак покидают горн: чугун через нижнее, а шлак через верхнее. 

Наверху печи расположено автоматическое загрузочное устройство. Оно состоит из двух воронок, соединенных друг с другом. Руда и кокс сначала поступают в верхнюю воронку, а затем в нижнюю.

Из нижней воронки руда и кокс поступают в печь. во время загрузки руды и кокса печь остается закрытой, поэтому газы не попадают в атмосферу, а попадают в регенераторы. В регенераторах печной газ сгорает. 

 

Шихта — это железная руда, смешанная с флюсами.

Снизу в печь вдувают нагретый воздух, обогащенный кислородом, кокс сгорает:

C + O₂ = CO₂

Образующийся углекислый газ поднимается вверх и окисляет кокс до оксида углерода (II):

CO₂ + С = 2CO

Оксид углерода (II) (угарный газ) — это основной восстановитель железа из оксидов в данных процессах. Последовательность восстановления железа из оксида железа (III):

Fe₂O₃ → Fe₃O₄ (FeO·Fe₂O₃) → FeO → Fe

Последовательность восстановления оксида железа (III):

3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂

FeO + CO → Fe + CO₂

Суммарное уравнение протекающих процессов:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

При этом протекает также частичное восстановление примесей оксидов других элементов (кремния, марганца и др. ). Эти вещества растворяются в жидком железе.

Чтобы удалить из железной руды тугоплавкие примеси (оксид кремния (IV) и др.). Для их удаления используют флюсы и плавни (как правило, известняк CaCO₃ или доломит CaCO₃·MgCO₃). Флюсы разлагаются при нагревании:

CaCO₃ → CaO + CO₂

и образуют с тугоплавкими примесями легкоплавкие вещества (шлаки), которые легко можно удалить из реакционной смеси:

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

 

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Общие способы получения металлов. Коррозия 11 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Нахождение металлов в природе

 

Металлы присутствуют в природе как в самородном состоянии (самородные металлы), так и в виде различных соединений. В свободном состоянии присутствуют в природе металлы, которые либо плохо окисляются кислородом, либо совсем не окисляются. Например, платина, золото, серебро. Реже – медь, ртуть и некоторые другие. Самородные металлы встречаются в природе в небольших количествах в виде зерен или вкраплений в различных минералах. Лишь изредка они образуют большие куски – самородки. Самый большой самородок золота весил 112 кг. Иногда металлы практически в чистом виде содержатся в метеоритах. Так, некоторые предметы из высокочистого железа, найденные археологами, объясняются именно тем, что они были изготовлены из метеоритного железа. Но чаще всего металлы существуют в природе в связанном состоянии в составе минералов.

 

Минерал – это химически и физически индивидуализированный продукт природной физико-химической реакции, находящийся в кристаллическом состоянии.

Очень часто это оксиды. Например, оксид железа (III) Fe₂O₃ – гематит, или красный железняк (рис. 1).

Рис. 1

Fe₃O₄ – магнетит, или магнитный железняк. Нередко минералами являются сульфидные соединения: галенит ZnS, киноварь HgS.

Активные металлы часто присутствуют в природе в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты).

Минералы входят в состав горных пород и руд. Рудами называются природные образования, содержащие минералы в таком количестве, чтоб из этих руд было выгодно получать металлы. Обычно перед получением металла из руды руду обогащают, удаляя пустую породу и различные примеси. При этом образуется концентрат, который и является исходным сырьем для металлургической промышленности.

 

Способы получения металлов

 

 

Существуют различные способы обогащения руды. Один из них – флотация.

 

Для получения металлов из руд необходимо перевести металлы из руд в какую-нибудь единую форму, чаще всего в форму оксидов.

2CuS +3O₂  2CuO + 2SO₂

4FeS₂ + 11O₂  2Fe₂O₃ + 8SO₂

Полученные оксиды можно восстанавливать несколькими способами.

1. Один из основных – это

металлотермия.

• Алюмотермия (алюминотермия)

Cr₂O₃ + 2Al  2Al₂O₃ + 2Cr

• Магниетермия

Fe₂O₃ + 3Mg  3MgO + 2Fe

Можно проводить восстановление и другими веществами.

CuO + C → Cu + CO↑

NiO + H₂ → Ni + H₂O

2. Термическое разложение соединений металлов.

2AlH₃  2Al + 3H₂↑

Fe(CO)₅  Fe + 5CO↑

TiI₄  Ti + 2I₂

Этот метод применяется для получения высокочистых металлов.

3. Электролитическое получение металлов.

Металлы, особенно активные, можно получить при электролизе расплавов электролитов. Для щелочных металлов – это единственный способ их получения. Возможно получение металлов при электролизе водных растворов солей. Катионы металлов, расположенных в электрохимическом ряду напряжений до водорода, разряжаются на катоде в той или иной степени одновременно с молекулами воды.

А в случае солей металлов, расположенных правее водорода, на катоде получается только соответствующий металл.

4. Более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли.

CuSO₄ + Fe → FeSO₄ + Cu

В таких реакциях нельзя использовать щелочные и щелочноземельные металлы, потому что они реагируют с водой.

 

Коррозия металлов и сплавов

 

 

Коррозия – самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под воздействием окружающей среды. Коррозию металлов и сплавов вызывают такие компоненты окружающей среды, как вода, кислород, оксиды углерода и серы, содержащиеся в воздухе, морская вода и грунтовые воды.

 

По типу агрессивных сред, в которых протекает коррозия, она может быть следующих видов:

• Газовая коррозия
• Атмосферная коррозия
• Коррозия в неэлектролитах
• Коррозия в электролитах
• Подземная коррозия
• Биокоррозия

Рис. 2

Чаще всего коррозии подвергаются изделия из железа (рис. 2).

Особенно сильно корродируют металлы во влажном воздухе и в воде. В повседневной жизни для сплавов железа чаще всего использую термин «ржавление». Химически чистое железо ржавеет медленно, техническое железо, содержащее различные примеси, ржавеет быстро. Коррозия зависит не только от химического состава объекта, но и от того, какие примеси и в каком количестве этот объект содержит.

Способы борьбы с коррозией

1. Нанесение различных покрытий на поверхность металла (краски, эмали, другой металл) (рис. 3).

Рис. 3

2. Использование нержавеющих сплавов, добавки к железу Cr. Ni. Ti (рис. 4).

Рис. 4

3. Введение ингибиторов коррозии.

4.Контакт с более активным металлом, протектором. Сначала будет корродировать протектор, потом защищаемый металл.

 

---

Йодистое рафинирование и галогеновые лампы

Для многих целей необходим высокочистый титан. Он широко используется в судостроении, авиации и космической технике, так как он прочный, пластичный и коррозионностойкий. Для получения высокочистого титана и некоторых других металлов используется метод йодистого рафинирования (рис. 5). Этот метод заключается в следующем. Титан с примесями и твердый йод загружают в нижнюю часть аппарата и начинают нагревание. Образуется летучий тетрайодид титана.

Рис. 5

TiI₄  Ti + 2I₂

Который перемещается к верхней части камеры, где разлагается на металл и йод на раскаленной вольфрамовой проволоке. Примеси не проявляют таких химических свойств и поэтому в верхнюю часть камеры не переходят.

Принцип йодистого рафинирования реализуется в галогеновых лампах. Ведь вольфрам, из которых состоит лампа накаливания, с нее постепенно испаряется, из-за чего нить утончается и, в конце концов, рвется. Но при добавлении небольшого количества йода, убежавшие атомы вольфрама могут образовывать с ним летучие йодиды, которые разлагаются на раскаленные вольфрамовые нити, возвращая металл на место. Чем тоньше участок спирали, тем выше на нем температура, соответственно, тем легче и быстрее на нем разлагается иодид вольфрама. Поэтому более тонкие участки спирали залечиваются быстрее. Из-за этого срок службы галогеновых ламп в 10 и более раз превышает срок службы обычных ламп накаливания.

---

 

Подведение итога урока

В ходе урока вы изучили тему «Общие способы получения металлов. Коррозия». Вы узнали, что такое самородные металлы. Исследовали некоторые способы получения металлов, получили представление, что такое коррозия, ее виды, механизм появления коррозии, типы агрессивных сред, в которых протекает процесс коррозии, и способы защиты от коррозии. Самые любознательные узнали о йодистом рафинировании и галогеновых лампах.

 

Список литературы

1. Рудзитис Г. Е. Химия. Основы общей химии. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – 14-е изд. – М.: Просвещение, 2012.
2. Попель П. П. Химия: 8 кл.: учебник для общеобразовательных учебных заведений / П. П. Попель, Л. С. Кривля. – К.: ИЦ «Академия», 2008. – 240 с.: ил.
3. Габриелян О. С. Химия. 11 класс. Базовый уровень. 2-е изд., стер. – М.: Дрофа, 2007. – 220 с.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «internerurok.ru» (Источник)
2. Интернет-портал «hemi.nsu.ru» (Источник)
3. Интернет-портал «chemport.ru» (Источник)
4. Интернет-портал «Химик.ру» (Источник)

 

Домашнее задание

1. №№ 6, 7, 8 (с. 174) Габриелян О. С. Химия. 11 класс. Базовый уровень. 2-е изд., стер. – М.: Дрофа, 2007. – 220 с.
2. Перечислите способы борьбы с коррозией.
3. Какие металлы встречаются в природе в самородном виде?

 

Добыча металлов | CPD

Используйте эти идеи и упражнения, чтобы помочь своим учащимся понять процессы восстановления и окисления

Вполне вероятно, что ножки столов и стульев в вашем классе сделаны из железа. Если бы ваши ученики спросили вас, откуда взялось это железо, как химика, у вас был бы гораздо более интересный ответ, чем «из магазина».

История о том, откуда берется железо и как мы использовали его в нашей мебели, показывает ежедневное влияние химии металлов. Железная руда была добыта, измельчена и обработана для производства ножек стульев и столов. Медь в наших телефонах и свинец в автомобильных аккумуляторах подверглись аналогичным процессам.

Источник: © William Barron de Burgh

На прогулке в загородном парке вы ближе к металлам, чем вы думаете. резкий контраст холмов, деревьев и полей рядом с горизонтом из бетона, стекла и металла Бирмингема позади. Хотя это не очевидно для всех, металлы находятся поблизости в изобилии, хотя и в их окисленной форме в виде положительных ионов металлов. Магний в хлорофилле листьев, кальций и многие другие ионы металлов в земле под моими ногами, и это лишь некоторые из мест. Сокращая ионы металлов в соединениях, мы можем извлекать металлы для собственного использования и буквально строить мир вокруг себя.

Что нужно знать учащимся

• Руда – это минерал, содержащий достаточное количество металла, чтобы его можно было извлечь. Углерод можно использовать для извлечения металлов из оксидов некоторых металлов.

• Металл может либо восстанавливаться, либо окисляться в результате реакции.

• Восстановление происходит, когда металл в соединении теряет кислород с образованием элементарного металла.

• Окисление происходит, когда металл (или углерод) получает кислород с образованием оксидного соединения.

Идеи для занятий

Многие металлы можно восстановить и извлечь в школьной лаборатории. Самыми простыми являются железо, медь и свинец. В течение нескольких уроков студентов можно научить тому, как металл извлекается и восстанавливается из руды. По мере введения каждого нового примера усложняйте химию. Этот процесс будет продолжаться во время обучения на GCSE и A-level. Ваше учение о восстановлении и окислении, или окислительно-восстановительном потенциале, в 11-14 годах создает концептуальную основу, на которой строится все остальное.

Начните с определения учащимися металлов, которые окисляются (в соединениях с кислородом) или восстанавливаются (как элементы). Покажите примеры, включая металлические руды и соединения, и сравните их с самими металлами. Попросите учащихся определить окисленные и восстановленные формы. Обсудите различные свойства, связанные с металлами и неметаллами, соединениями и элементами, ионами и атомами.

Начните с определения учащимися металлов, которые окисляются (в соединениях с кислородом) или восстанавливаются (как элементы). Покажите примеры, включая металлические руды и соединения, и сравните их с самими металлами. Попросите учащихся определить окисленные и восстановленные формы. Обсудите различные свойства, связанные с металлами и неметаллами, соединениями и элементами (rsc.li/354CsQJ), а также ионами и атомами (rsc.li/2Pt75sM).

Источник: © Shutterstock

Развивайте понимание учащихся, постепенно увеличивая детализацию понятий. Используйте следующие определения в последовательности, чередуя предшествующие знания:

	Восстановление металла	Окисление металла
1 ст	Удаление кислорода	Добавление кислорода
2 й	Формование элемента	Образование соединения
3 рд	Формирование атома	Образование иона

Предложите учащимся описать реакции, используя как можно больше ключевых слов, чтобы развить беглость речи. Попросите их включить слова «уменьшенный», «уменьшить», «уменьшить», «окислить», «окислить» и «окислить» как можно больше раз, сохраняя при этом смысл. Например, для уравнения: оксид железа + углерод → железо + диоксид углерода они могли бы сказать: «окисленное железо в оксиде железа восстанавливается углеродом, который окисляется с образованием окисленной формы углерода, которая представляет собой диоксид углерода». Восстановленное железо остается само по себе».

Эту последовательность можно представить с помощью серии вопросов; см. некоторые в рабочих листах ниже.

Загрузите рабочие листы

по извлечению металлов в формате MS Word и pdf, а также заметки и ответы для учителя в формате MS Word и pdf.

Рабочие листы по извлечению металлов, заметки учителей и ответы с веб-сайта Education in Chemistry: rsc.li

Практическая химия

Учащиеся могут сами проводить эксперименты по восстановлению, например, восстанавливать оксид железа до железа. Любимое практическое занятие класса – извлечение железа на спичечной головке. Начните с показа образца гематита из железной руды. Обсудите источники железной руды и рудники, такие как бывший железный рудник Флоренс в Эгремонте, Камбрия, который закрылся в 2008 году. Я рассказываю своим ученикам, как «я часами молотком дробил гематит, пока он не превратился в мелкий порошок для их использования» . Тогда покажите им порошкообразный оксид железа.

Учащиеся могут сами проводить эксперименты по восстановлению, например, восстанавливать оксид железа до железа. Любимое практическое занятие класса – извлечение железа из спичечной головки (rsc.li/2P4VEIT). Начните с показа образца гематита из железной руды. Обсудите источники железной руды и рудники, такие как бывший железный рудник Флоренс в Эгремонте, Камбрия, который закрылся в 2008 году. Я рассказываю своим ученикам, как «я часами молотком дробил гематит, пока он не превратился в мелкий порошок для их использования» .  Покажите им порошкообразный оксид железа.

Перед сжиганием смеси окуните головку спички последовательно в воду, затем в карбонат натрия и, наконец, в оксид железа. Раздавите сгоревшую смесь лопаткой в ​​лодочке для взвешивания и используйте магнит внизу, чтобы показать, что железо было произведено. Древесина спички действует как источник углерода, восстанавливая оксид железа до железа. Студенты должны быть в состоянии написать уравнение слова и определить восстановление и окисление, как описано выше.

Свинец можно восстановить из руды галенита (сульфида свинца), которую раньше добывали в Шропшире. Медь можно восстановить из малахита (гидроксид карбоната меди), который добывали в древних медных рудниках в мысе Грейт-Орм, Лландундо. Обе руды требуют обжига — нагревания на воздухе — прежде чем они будут готовы к восстановлению. Этот этап можно смоделировать в классе термическим разложением карбоната меди на оксид меди перед восстановлением углеродом.

Свинец может быть восстановлен из руды галенита (сульфида свинца), которую раньше добывали в Шропшире. Медь можно восстановить из малахита (гидроксид карбоната меди), который добывали в древних медных рудниках в мысе Грейт-Орм, Лландундо. Обе руды требуют обжига — нагревания на воздухе — прежде чем они будут готовы к восстановлению. Этот этап можно смоделировать в классе путем термического разложения карбоната меди на оксид меди (rsc.li/2rsYsX5) перед восстановлением углеродом (rsc.li/2sY6bNb).

Формирующее оценивание

Теперь учащиеся должны уметь перенести свои знания о восстановлении оксида железа на примеры оксида меди и оксида свинца. Попросите их объяснить, как элементарная медь и свинец образуются из руд. Используйте индивидуальные доски, чтобы дать учащимся метод с низкими ставками для разработки их мышления и получить быструю индивидуальную устную обратную связь. Рабочие листы могут быть использованы для оценки знаний учащихся. Смоделируйте свое мышление, отвечая на один набор ответов, а затем попросите учащихся самостоятельно или коллегами оценить другие ответы.

Источник: © Shutterstock.com

Придайте урокам контекст. Например, обратитесь к местной статуе, которая занимается окислением

Progression 14-16

Концепция восстановления и окисления может быть расширена за пределы восстановления металлов. Следующие шаги будут включать описание реакций с точки зрения переноса электрона.

Например, покажите ржавую железную цепь или медную статую королевы Виктории в Бирмингеме. Спросите студентов: что случилось с железом в цепи и с медью в статуе?

Обсудите, что происходит с неметаллом в соединении, когда металл восстанавливается. Остается ли он частью соединения и поэтому не восстанавливается и не окисляется? Или он удаляется из соединения и поэтому окисляется?

Распространенные заблуждения

Распространенное заблуждение состоит в том, что окисление ограничивается реакцией с кислородом, а восстановление ограничивается удалением кислорода. Постарайтесь не предлагать ограничительных определений восстановления или окисления — подчеркните, что многие ключевые термины в науке могут иметь несколько, часто перекрывающихся значений.

Уточните, что подразумевается под «с кислородом». Подчеркните разницу между соединением оксида металла, например, оксидом железа, и смесью элементов, например, железа и кислорода.

Неметаллы могут реагировать противоположным образом по отношению к металлам при окислительно-восстановительной экстракции, что может привести к путанице – например, хлор окисляется при экстракции из раствора хлорида натрия.

Пункты самовывоза

• Металлы можно извлекать из руд путем восстановления – удалением кислорода или образованием металлического элемента из соединения.
• Окисление и восстановление имеют несколько значений, а не только связаны с добавлением и удалением кислорода.
• Поощряйте учащихся использовать ключевые термины как можно чаще. Постоянное моделирование ключевых слов поможет повысить уверенность учащихся и беглость речи.
• Понимание учащимися окислительно-восстановительного потенциала перерастет в их понимание переноса электронов и реакций, включая замещение и электролиз.

 

Извлечение металлов из руд

Материя характеризуется как любая субстанция, которая имеет массу и занимает пространство, имея объем в материаловедении старого стиля и общей науке. Ежедневные протесты, с которыми можно вступить в контакт, в конечном итоге состоят из молекул, состоящих из сотрудничающих друг с другом субатомных частиц, а материя относится к йотам и всему, что из них состоит, точно так же, как любые движущиеся частицы, как если бы они имели массу покоя и объем. как в обычном, так и в логическом использовании. Тем не менее, он включает в себя безмассовые частицы, такие как фотоны, а также другие чудеса энергии или волны, такие как свет. Существует широкий спектр условий выдачи.

Различные состояния, такие как плазма, конденсаты Бозе-Эйнштейна, фермионные конденсаты и кварк-глюонная плазма, мыслимы, несмотря на примерные обычные периоды сильного, жидкого и газового состояния – например, вода существует в виде льда, жидкой воды и парообразного состояния. пара — однако возможны и другие состояния, такие как плазма, конденсаты Бозе-Эйнштейна, фермионные конденсаты и кварк-глюонная плазма. Кроме того, он изолирован в чистых веществах и смесях.

Добыча металлов

Металлы извлекаются из руд с помощью ряда процессов. Стадии варьируются в зависимости от вида руды, реакционной способности металла и природы примесей в руде. Металлургия относится к процессам, связанным с извлечением и очисткой металлов. Большинство металлических руд необходимо транспортировать на поверхность Земли, чтобы можно было извлечь металл. Добыча полезных ископаемых термин для этой процедуры. В целом процесс извлечения металлов состоит из трех основных этапов. Это следующие:

• Обогащение или обогащение руды
• Извлечение металла из концентрированной руды
• Очистка нечистого металла

Обогащение или обогащение руды

После добычи из земли, руда содержит многочисленные нежелательные примеси, такие как , необработанные полезные ископаемые и так далее. Пустая порода — это термин, обозначающий нежелательные примеси, такие как землистые материалы, камни, песчаные материалы, известняк и т. д.

Чтобы получить концентрированную руду со значительно большей долей металла, первым шагом в металлургии является удаление этих нежелательных примесей из руды. Физические или химические характеристики пустой породы и руд определяют способ их извлечения из руды. Ниже приведены некоторые из процессов, используемых для обогащения руды:

1. Ручной сбор: Руда разбивается на мелкие кусочки, а прилипшие к ней песок и грязь смываются потоком воды.
2. Гидравлическая промывка: Эта процедура также известна как левигация или гравитационное разделение. Он основан на различии удельного веса частиц руды и пустой породы.
3. Электромагнитное разделение: Магнитная руда отделяется от примесей с помощью этого процесса. В этом процессе порошкообразная руда помещается на кожаный ремень, который проходит по двум роликам, один из которых является магнитным. Когда дробленая руда движется по магнитному валу, магнитные частицы руды притягиваются к нему и опускаются под ним, а примеси выпадают из него. Этот метод используется для извлечения хромита, рутила и вольфрамита из кремнистой пустой породы, хлорапатита и касситерита соответственно.
4. Процесс пенной флотации: Этот метод широко используется для сульфидных руд и основан на различных свойствах смачивания частиц руды и пустой породы. Большой резервуар заполнен тонкоизмельченной рудой, водой, сосновым маслом (вспениватель), сульфидом металла и этилксантогенатом или этилксантогенатом калия (сборщик). Затем всю смесь перемешивают с воздухом. Пропитанные нефтью частицы руды попадают в пену и удаляются, а пропитанные водой примеси оседают на дно. В качестве пенообразователя используют сосновое масло, а в качестве стабилизаторов пены — крезол и анизол. В качестве собирателей используют этилксантогенат и этилксантогенат калия. Активатор в CuSO ₄ и дикий депрессант в KCN.
5. Ликвация: Этот метод подходит для руды с легкоплавкими минеральными частицами и тугоплавкой пустой породой.
6. Химическое разделение (выщелачивание): В этом процессе для растворения порошкообразной руды используется подходящий химический реагент, в то время как примеси остаются нерастворимыми в реагенте. С помощью NaOH боксит отделяется от Fe ₂ O ₃ , SiO ₂ и TiO ₂ , с Al ₂ O ₃ растворимым, а остальное нерастворимым.

Al ₂ O ₃ + 2NaOH  →  2NaAlO ₂ + H ₂ O

NaAlO ₂ + 2H ₂ O  →  Al(OH) ₃ + NaOH

2AL (OH) ₃ → AL ₂ O ₃ + 3H ₂ O

AG ₂ S + 4NACN → 2NA [CN) ₂ S + 4NACN → 2NA [CN) ₂ S + 4NACN → 2NA [CN) ₂ S + 4NACN → 2NA [CN) ₂ S + 4NACN → 2NA [CN) ₂ S + 4NACN 2 S

Извлечение металла из концентрированной руды

Металлы извлекаются из концентрированной руды с использованием различных методов. Металлы делятся на три категории в зависимости от их реакционной способности:

Менее активные металлы или металлы с низкой реакционной способностью

1. Металлы с умеренной реакционной способностью или металлы со средней реакционной способностью высокореактивные или высокореакционноспособные металлы

Извлечение менее реакционноспособных металлов

Ртуть (Hg), золото (Au) и платина (Pt) являются наименее реакционноспособными металлами в природе и находятся в свободном состоянии в нижней части ряда активности. В результате эти металлы могут быть удалены только путем восстановления их оксидов нагреванием.

Добыча ртути: Киноварь (HgS), сульфидная руда, является наиболее распространенной ртутной рудой. Следующие шаги могут быть использованы для извлечения металла (Hg) из руды.

Этап 1: На воздухе обожгите концентрированную сульфидную руду ртути (II).

Обжиг — это процесс превращения сульфидной руды в эквивалентные ей оксиды металлов путем быстрого нагревания в присутствии воздуха. В результате концентрированный сульфид ртути (II) обжигают на воздухе с получением оксида ртути (II).

Этап 2: Руда оксида ртути (II) превращается в металлическую ртуть 

• Обжиг сульфидной руды. Чтобы превратить киноварную руду (HgS) в оксид металла, ее нагревают в присутствии воздуха (HgO).

2HgS + 3O ₂   → 2HgO + 2SO ₂

• Восстановление оксида металла до металла: при дальнейшем нагревании оксида металла (HgO) он восстанавливается до металла.

2HgO  →  2Hg + O ₂

Таким образом, HgS можно превратить в Hg только путем нагревания.

Извлечение умеренно реакционноспособных металлов

Металлы, относящиеся к ряду реакционной способности, достаточно восприимчивы и обычно встречаются в природе в виде сульфидов или карбонатов. Соответственно извлечение этих металлов дополнительно осуществляется в две стадии:  

1. Достаточно восприимчивые металлы могут быть удалены восстановлением их оксидов углеродом (C), алюминием (Al), натрием (Na) или кальцием (Ca). Некоторые относительно восприимчивые металлы также встречаются в природе в виде их карбонатов или сульфидов. В любом случае, мы можем сказать, что металлы могут быть более легко удалены из их оксидных минералов, чем карбонаты или сульфиды металлов. Оксидные минералы могут быть непосредственно превращены в металлы при нагревании, в то время как карбонаты или сульфиды металлов должны сначала превратиться в оксиды металлов.
2. Концентрированные минералы могут быть превращены в оксиды металлов путем прокаливания или жарки в зависимости от типа металла. Метод, связанный с твердым нагреванием карбонатного металла без доступа воздуха, называется прокаливанием.

Такие металлы, как цинк (Zn), олово (Sn), свинец (Pb) и железо (Fe), могут быть извлечены в процессе прокаливания. Полученный оксид металла затем превращается в металл путем нагревания его в присутствии таких компонентов, как углерод (C), алюминий (Al), натрий (Na) или кальций (Ca). Использование уменьшающихся специалистов зависит от химической активности металла, который необходимо извлечь.

Извлечение цинка:

Преобразование руды в оксид металла: Цинк встречается в природе как в виде сульфида, так и в виде карбоната. В результате они должны быть преобразованы в оксид цинка перед восстановлением.

• Roasting of zinc sulphide:

2ZnS+3O ₂   →  2ZnO + 2SO ₂

• Calcination of zinc carbonate:

ZnCO ₃   →  ZnO + CO ₂

Восстановление оксида металла до металла: углерод используется в качестве восстановителя для преобразования оксида цинка в металлический цинк.

ZnO + C → Zn + CO

Тип используемого восстановителя определяется восстанавливаемым оксидом металла.

Извлечение высокореактивных металлов

Металлы, расположенные высоко в ряду реакционной способности, чрезвычайно чувствительны и не могут быть получены путем уменьшения их оксидов и различных смесей с использованием нормальных уменьшающих компонентов, таких как углерод. Оксиды этих металлов трудно уменьшить, поскольку эти металлы имеют высокую склонность к кислороду. Такие чрезвычайно чувствительные металлы выделяют электролитическим восстановлением их жидких хлоридов или оксидов.

Электролитическое восстановление: Когда металлы отделяют от их жидких хлоридов или оксидов пропусканием через них электрического тока. Этот процесс электролитического восстановления также называется электролизом. В методе электролитического восстановления частицы металла при электролизе движутся к катоду, приобретая электрон, чтобы стать атомами металла.

Электролиз расплавленного хлорида натрия

Металлический натрий удаляют из жидкого хлорида натрия путем электролитического восстановления. В момент электролиза жидкого хлорида натрия пропусканием электрического тока он разлагается на натрий (Na ⁺ ) частицы и хлоридные (Cl ^– ) частицы. Частицы натрия Na ⁺ движутся к катоду (отрицательный полюс), а частицы хлорида Cl ^– движутся к аноду (положительный катод). Эти частицы натрия Na ⁺ приобретают электроны на катоде и восстанавливаются до молекул натрия, а частицы хлорида Cl ^– теряют электроны на аноде и окисляются до йотов хлора. Включенный ответ соответствует следующему:

• At cathode: 2Na ⁺ + 2e ^– → 2Na
• At anode: 2Cl ^–   →  Cl ₂ + 2e ^–
• Overall reaction: 2Na → 2Na + Cl ₂

На катоде образуется металлический натрий, а на аноде выделяется газообразный хлор.

Очистка нечистых металлов

Металл, полученный с помощью любой стратегии уменьшения количества, обычно содержит несколько загрязняющих веществ, поэтому они испорчены. Металл, попавший вместе с загрязняющими веществами, называется черновым металлом. В настоящее время нам нужно устранить эти загрязнения, чтобы получить 99,9% чистого металла. Наиболее распространенный способ очистки испорченных металлов (нерафинированных металлов) называется рафинированием металла.

Различные стратегии очистки используются для различных металлов. Стратегия, используемая для очистки испорченного металла, основывается на представлении о металле и представлении о присутствующих в нем загрязняющих веществах. Наиболее важной и широко используемой стратегией очистки от испорченных металлов является электролитическое рафинирование. Поскольку рафинирование металла завершается электролизом, этот метод называется электролитическим рафинированием. Для очистки металлов используются многочисленные способы, из которых наиболее широко используется электролитическое рафинирование.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Какие существуют методы извлечения металлов?

Ответ:

Металлы можно извлекать из руды тремя различными способами. Используются методы электролиза, восстановления руды более активным металлом и восстановления руды углеродом.

Вопрос 2: Какой тип химической реакции используется для извлечения металлов из руд?

Ответ:

Реакция разложения, которая приводится в действие электричеством, удаляет металлы из встречающихся в природе соединений, таких как оксиды и хлориды.

Вопрос 3: Как добывают и перерабатывают металл?

Ответ:

Хотя другие цветные металлы имеют более низкую температуру плавления, чем алюминий, и поэтому могут обрабатываться при более низких температурах, часто используются одни и те же стадии процесса: дробление, измельчение, флотация или другие методы концентрирования, плавка, рафинирование и электролитическая очистка.

Вопрос 4: Что является основным источником металлов?

Ответ:

Основными природными источниками тяжелых металлов в окружающей среде являются горные породы и почвы. Когда магма остывает, кристаллизуются основные породы, также известные как магматические или изверженные породы.

Вопрос 5: Каковы этапы извлечения металлов из руд?

Ответ:

Процесс извлечения металла из руды делится на три этапа.