Общие способы получения металлов кратко: Урок№32. Свойства и методы получения металлов

Содержание

Основные способы получения металлов

Основные способы получения металлов

Урок в 11 классе

Способы получения металлов

обычно разделяют на три типа:

пирометаллургические — восстановление при высоких температурах;

гидрометаллургические — восстановление из солей в растворах;

электрометаллургические — электролиз раствора или расплава.

Пирометал-лургически

получают : чугун, сталь, медь, свинец, никель, хром и другие металлы.

Доменный процесс –

получение стали и чугуна

Гидрометаллургически получают : золото, цинк, никель и некоторые другие металлы.

Получаемые металлы: Cd, Ag, Au, Cu, Zn, Mo и др.

Электрометал-лургически получают : щелочные и щёлочноземель-ные металлы, алюминий, магний и другие металлы.

Общие способы получения металлов

1.  Восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом

Например,

x O + C = CO 2  + Me,

1. ZnO y + C t = CO + Zn  

x O + C = CO  + Me,  

2. Fe 3 O 4 + 4CO t = 4CO 2  + 3Fe  

3. MgO + C t = Mg + CO

x O + CO = CO 2  + Me

Не подходит для металлов, образующих карбиды с углём.

получают : Fe, Cu, Pb, Sn, Cd, Zn

Общие способы получения металлов

2.   Обжиг сульфидов с последующим восстановлением (если металл находится в руде в виде соли или основания, то последние предварительно переводят в оксид)

Например,

1 стадия  –

x S y +O 2 = Mе x O y +SO 2

1. 2ZnS + 3O 2 t =  2ZnO + 2SO 2

2 стадия  –  

x O + C = CO 2  + Me  или   

2. MgCO 3 t = MgO + CO 2

x O + CO = CO 2  + Me

Общие способы получения металлов

Алюмотермия  ( в тех случаях, когда нельзя восстановить углём или угарным газом из-за образования карбида или гидрида )

Например,

1. 4SrO + 2Al t = Sr(AlO 2 ) 2 + 3Sr

x O + Al = Al 2 O 3  + Me

получают: Mn, Cr, Ti, Mo, W, V и др

2. 3MnO 2 + 4Al t = 3Mn + 2Al 2 O 3

3. 2Al + 3BaO t = 3Ba + Al 2 O 3 (получают барий высокой чистоты)

Общие способы получения металлов

4.  Водородотермия —  для получения металлов особой чистоты

Например,

1. WO 3 + 3H 2 t =  W + 3H 2 O↑

x O + H 2  = H 2 O + Me

2. MoO 3 + 3H 2 t =  Mo + 3H 2 O↑

Получают металлы большей чистоты : Cu, Ni, W, Fe, Mo, Cd, Pb

Восстановление металлов электрическим током (электролиз)

А)   Щелочные и щелочноземельные металлы  получают в промышленности электролизом  расплавов солей  ( хлоридов ):

2NaCl  расплав, электр.

ток.    2 Na + Cl 2 ↑

CaCl 2  расплав, электр. ток.    Ca + Cl 2 ↑

расплавов гидроксидов :

4NaOH  расплав, электр. ток.  4Na + O 2 ↑ + 2H 2 O

(!!! используют изредка для Na)

Восстановление металлов электрическим током (электролиз)

Б)   Алюминий  в промышленности получают в результате электролиза расплава оксида алюминия  в криолите  Na 3 AlF 6  (из бокситов):

2Al 2 O 3  расплав в криолите, электр. ток.    4Al + 3 O 2 ↑

В)   Электролиз водных растворов солей  используют для получения металлов средней активности и неактивных:

2CuSO 4 +2H 2 O  раствор, электр. ток.      2Cu + O 2  + 2H 2 SO 4

Металл, который получают

Способ получения

Щелочные металлы, Ca, Sr

Ba

3

Al

Fe в виде сплавов

1

Для получения металлов средней активности и неактивных:

Примеры заданий по теме : «Общие способы получение металлов»

Задания с выбором ответа ( А10, А24, А29).

А1. Реакция возможна между

1) Ag и K 2 SO 4 (р-р)

2) Zn и KCl (р-р)

3) Mg и SnCl 2 (р-р)

4) Ag и CuSO 4 (р-р)

А2. Какой из металлов вытесняет железо из сульфата железа (II)?

1) Cu 2) Zn 3) Sn 4) Hg

A3. Какой из металлов вытесняет медь из сульфата меди (II)?

1) Zn 2) Ag 3) Hg 4) Au

A4. Формула вещества, восстанавливающего оксид меди (II) — это

1) CO 2 2) H 2 3) HNO 3 4) Cl 2

A5. Формула вещества, не восстанавливающего оксид железа (III) —

1) HCl 2) Al 3) H 2 4) C

А6. Для осуществления превращений в соответствии со схемой:

Al(OH) 3 → AlCl 3 → Al необходимо последовательно использовать

1) хлор и водород

2) хлорид натрия и водород

3) хлороводород и цинк

4) соляную кислоту и калий

А7. Пирометаллургический метод получения металлов отражает реакция:

1) HgS + O 2 → Hg + SO 2

2) CuSO 4 + Fe → FeSO 4 + Cu

3) 2NaCl (ток)→ 2Na + Cl 2

4) CuSO 4 + Zn → ZnSO 4 + Cu

А8. Гидрометаллургический метод получения металлов отражает реакция:

1) HgS + O 2 → Hg + SO 2

2) CuSO 4 + Fe → FeSO 4 + Cu

3) 2NaCl (ток)→ 2Na + Cl 2

4) AlCl 3 + 3K → Al + 3KCl

А9. В качестве восстановителя при выплавке железа в промышленности

наиболее часто используют

1) водород

2) алюминий

3) натрий

4) кокс

А10. Оксид углерода (II) проявляет восстановительные свойства при нагревании с

1) N 2 2) H 2 S 3) Fe 4) Fe 2 O 3

Задания с кратким ответом (В3)

В1. При электролизе раствора AgNO 3 на катоде выделяется

1) серебро

2) водород

3) серебро и водород

4) кислород и водород

В2. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом электролиза его водного раствора

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА

ВОДНОГО РАСТВОРА

А) AgF 1) Ag, F 2

Б) NaNO 3 2) Ag, O 2 , HF

B) Pb(NO 3 ) 2 3) H 2 , O 2

Г) NaF 4) Pb, O 2 , HNO 3

5) H 2 , NO 2 , O 2

6) NaOH, H 2 , F 2

В3. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом электролиза его водного раствора

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНОГО РАСТВОРА ВОДНОГО РАСТВОРА

А) HgCl 2 1) металл, хлор

Б) AlCl 3 2) водород, хлор, гидроксид

В) Hg(ClO 4 ) 2 металла

Г) Na 2 SO 3 3) водород, кислород

4) металл, кислород, кислота

5) металл, сернистый газ

6) водород, сернистый газ

В4. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом электролиза его водного раствора

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА

ВОДНОГО РАСТВОРА

А) нитрат цинка 1) цинк, кислород, азотная кислота

Б) бромид цинка 2) водород, кислород

В) бромид калия 3) водород, оксид азота (IV)

Г) нитрат калия 4) цинк, бром

5) водород, бром, гидроксид калия

6) калий, бром

7) калий, оксид азота (IV)

В5. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом электролиза его водного раствора, образующимся на като-де

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА

ВОДНОГО РАСТВОРА

А) Li 2 SO 4 1) H 2

Б) Ba(OH) 2 2) O 2

В) MgCl 2 3) Cl 2

Г) SnCl 2 4) Li

5) Ba

6) Mg

7) Sn

В6. Верны ли следующие суждения о промышленных способах получения металлов?

А. В основе пирометаллургии лежит процесс восстановления металлов из руд при высоких температурах.

Б. В промышленности в качестве восстановителей используют оксид углерода (II) и кокс.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

В7. Установите соответствие между металлом и способом его

электролитического получения.

МЕТАЛЛ ЭЛЕКТРОЛИЗ

А) натрий 1) водного раствора солей

Б) алюминий 2) водного раствора гидроксида

В) серебро 3) расплава поваренной соли

Г) медь 4) расплавленного оксида

5) раствора оксида в расплав-

ленном криолите

6) расплавленного нитрата

В8. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения.

МЕТАЛЛ ЭЛЕКТРОЛИЗ

А) калий 1) расплавленного нитрата

Б) магний 2) водного раствора гидроксида

В) медь 3) расплава хлорида

Г) свинец 4) расплавленного оксида

5) раствора оксида в расплавленном криолите

6) водного раствора солей

В9. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения.

МЕТАЛЛ ЭЛЕКТРОЛИЗ

А) хром 1) водного раствора солей

Б) алюминий 2) водного раствора гидроксида

В) литий 3) расплава соли

Г) барий 4) расплавленного оксида

5) раствора оксида в расплав-

ленном криолите

6) расплавленного нитрата

Задания с развёрнутым ответом (С2)

С1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

Cu → Cu(NO 3 ) 2 → Cu(OH) 2 → Х → Сu → CuSO 4

Укажите условия протекания реакций.

C2. Даны вещества: алюминий, оксид марганца (IV), водный раствор сульфата меди и концентрированная соляная кислота.

Напишите уравнения четырёх возможных реакции между этими веществами.

Способы получения металлов. (11 класс)

1. Основные способы получения металлов

Урок в 11 классе

2. Способы получения металлов

обычно разделяют на три типа:
пирометаллургические — восстановление
при высоких температурах;
гидрометаллургические — восстановление
из солей в растворах;
электрометаллургические — электролиз
раствора или расплава.
Пирометаллургически
получают: чугун,
сталь, медь,
свинец, никель,
хром и другие
металлы.
Доменный процесс –
получение стали и чугуна
Гидрометаллургич
ески получают:
золото, цинк,
никель и
некоторые другие
металлы.
Получаемые металлы: Cd, Ag,
Au, Cu, Zn, Mo и др.
Электрометаллургически
получают:
щелочные и
щёлочноземельные металлы,
алюминий,
магний и другие
металлы.

6. Общие способы получения металлов

1. Восстановление
металлов из оксидов
углем или угарным
газом
MеxOy + C = CO2 + Me,
Например,
1. ZnOy+ C t= CO + Zn
MеxOy + C = CO + Me,
3. MgO + C t= Mg + CO
MеxOy + CO = CO2 + Me
Не подходит для
металлов, образующих
карбиды с углём.
получают: Fe, Cu, Pb,
Sn, Cd, Zn
2. Fe3O4+ 4CO t= 4CO2 +
3Fe

7. Общие способы получения металлов

2. Обжиг сульфидов с
последующим
восстановлением (если
металл находится в руде в
виде соли или основания, то
последние предварительно
переводят в оксид)
1 стадия –
MеxSy+O2 = MеxOy+SO2
2 стадия –
MеxOy + C = CO2 +
Me или
MеxOy + CO = CO2 + Me
Например,
1. 2ZnS + 3O2 t= 2ZnO +
2SO2↑
2. MgCO3 t= MgO + CO2↑

8. Общие способы получения металлов

3 Алюмотермия (в тех
случаях, когда нельзя
восстановить углём или
угарным газом из-за
образования карбида или
гидрида)
MеxOy + Al = Al2O3 +
Me
получают: Mn, Cr, Ti,
Mo, W, V и др
Например,
1. 4SrO + 2Al t=
Sr(AlO2)2 + 3Sr
2. 3MnO2 + 4Al t= 3Mn +
2Al2O3
3. 2Al + 3BaO t= 3Ba +
Al2O3 (получают барий
высокой чистоты)

9. Общие способы получения металлов

4. Водородотермия для получения
металлов особой
чистоты
Например,
1. WO3 + 3h3 t= W +
3h3O↑
MеxOy + h3 = h3O + Me
2. MoO3 + 3h3 t= Mo +
3h3O↑
Получают металлы
большей чистоты: Cu,
Ni, W, Fe, Mo, Cd, Pb

10. Восстановление металлов электрическим током (электролиз)

А) Щелочные и щелочноземельные
металлы получают в промышленности
электролизом расплавов солей (хлоридов):
2NaCl расплав, электр. ток. 2 Na + Cl2↑
CaCl2 расплав, электр. ток. Ca + Cl2↑
расплавов гидроксидов:
4NaOH расплав, электр. ток. 4Na + O2↑ + 2h3O
(!!! используют изредка для Na)

11. Восстановление металлов электрическим током (электролиз)

Б) Алюминий в промышленности получают в
результате электролиза расплава оксида
алюминия в криолите Na3AlF6 (из бокситов):
2Al2O3 расплав в криолите, электр. ток. 4Al + 3 O2↑
В) Электролиз водных растворов
солей используют для получения металлов
средней активности и неактивных:
2CuSO4+2h3O раствор, электр. ток.
2Cu + O2 +
2h3SO4
Металл, который получают
Щелочные металлы, Ca, Sr
Способ
получения

Ba
3
Al

Fe в виде сплавов
1
Для получения металлов средней
активности и неактивных:

13. Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов»

Задания с выбором ответа ( А10, А24, А29).
А1. Реакция возможна между
1) Ag и K2SO4 (р-р)
2) Zn и KCl (р-р)
3) Mg и SnCl2 (р-р)
4) Ag и CuSO4 (р-р)
А2. Какой из металлов вытесняет железо из
сульфата железа (II)?
1) Cu 2) Zn 3) Sn
4) Hg
A3. Какой из металлов вытесняет медь из
сульфата меди (II)?
1) Zn
2) Ag
3) Hg
4) Au
A4. Формула вещества, восстанавливающего
оксид меди (II) — это
1) CO2
2) h3 3) HNO3 4) Cl2
A5. Формула вещества, не восстанавливающего
оксид железа (III) 1) HCl
2) Al 3) h3
4) C
А6. Для осуществления превращений в
соответствии со схемой:
Al(OH)3 → AlCl3 → Al необходимо
последовательно использовать
1) хлор и водород
2) хлорид натрия и водород
3) хлороводород и цинк
4) соляную кислоту и калий
А7. Пирометаллургический метод получения
металлов отражает реакция:
1) HgS + O2 → Hg + SO2
2) CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu
3) 2NaCl (ток)→ 2Na + Cl2
4) CuSO4 + Zn → ZnSO4 + Cu
А8. Гидрометаллургический метод получения
металлов отражает реакция:
1) HgS + O2 → Hg + SO2
2) CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu
3) 2NaCl (ток)→ 2Na + Cl2
4) AlCl3 + 3K → Al + 3KCl
А9. В качестве восстановителя при выплавке
железа в промышленности
наиболее часто используют
1) водород
2) алюминий
3) натрий
4) кокс
А10. Оксид углерода (II) проявляет
восстановительные свойства при нагревании с
1) N2
2) h3S
3) Fe
4) Fe2O3
Задания с кратким ответом (В3)
В1. При электролизе раствора AgNO3 на катоде
выделяется
1) серебро
2) водород
3) серебро и водород
4) кислород и водород
В2. Установите соответствие между формулой
вещества и продуктом электролиза его
водного раствора
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
А) AgF
Б) NaNO3
B) Pb(NO3)2
Г) NaF
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
ВОДНОГО РАСТВОРА
1) Ag, F2
2) Ag, O2, HF
3) h3, O2
4) Pb, O2, HNO3
5) h3, NO2, O2
6) NaOH, h3, F2
В3. Установите соответствие между формулой
вещества и продуктом электролиза его водного
раствора
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
ВОДНОГО РАСТВОРА
А) HgCl2
Б) AlCl3
В) Hg(ClO4)2
Г) Na2SO3
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
ВОДНОГО РАСТВОРА
1) металл, хлор
2) водород, хлор, гидроксид
металла
3) водород, кислород
4) металл, кислород, кислота
5) металл, сернистый газ
6) водород, сернистый газ
В4. Установите соответствие между формулой
вещества и продуктом электролиза его
водного раствора
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
А) нитрат цинка
Б) бромид цинка
В) бромид калия
Г) нитрат калия
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
ВОДНОГО РАСТВОРА
1) цинк, кислород, азотная кислота
2) водород, кислород
3) водород, оксид азота (IV)
4) цинк, бром
5) водород, бром, гидроксид калия
6) калий, бром
7) калий, оксид азота (IV)
В5. Установите соответствие между формулой
вещества и продуктом электролиза его
водного раствора, образующимся на като-де
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
А) Li2SO4
Б) Ba(OH)2
В) MgCl2
Г) SnCl2
ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
ВОДНОГО РАСТВОРА
1) h3
2) O2
3) Cl2
4) Li
5) Ba
6) Mg
7) Sn
В6. Верны ли следующие суждения о промышленных
способах получения металлов?
А. В основе пирометаллургии лежит процесс
восстановления металлов из руд при высоких
температурах.
Б. В промышленности в качестве восстановителей
используют оксид углерода (II) и кокс.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
В7. Установите соответствие между металлом и способом его
электролитического получения.
МЕТАЛЛ
ЭЛЕКТРОЛИЗ
А) натрий
1) водного раствора солей
Б) алюминий
2) водного раствора гидроксида
В) серебро
3) расплава поваренной соли
Г) медь
4) расплавленного оксида
5) раствора оксида в расплавленном криолите
6) расплавленного нитрата
В8. Установите соответствие между металлом и
способом его электролитического получения.
МЕТАЛЛ
ЭЛЕКТРОЛИЗ
А) калий
Б) магний
В) медь
Г) свинец
1) расплавленного нитрата
2) водного раствора гидроксида
3) расплава хлорида
4) расплавленного оксида
5) раствора оксида в
расплавленном криолите
6) водного раствора солей
В9. Установите соответствие между металлом и
способом его электролитического получения.
МЕТАЛЛ
А) хром
Б) алюминий
В) литий
Г) барий
ЭЛЕКТРОЛИЗ
1) водного раствора солей
2) водного раствора гидроксида
3) расплава соли
4) расплавленного оксида
5) раствора оксида в расплавленном криолите
6) расплавленного нитрата
Задания с развёрнутым ответом (С2)
С1. Напишите уравнения реакций, с помощью
которых можно осуществить превращения:
Cu → Cu(NO3)2 → Cu(OH)2 → Х → Сu →
CuSO4
Укажите условия протекания реакций.
C2. Даны вещества: алюминий, оксид марганца
(IV), водный раствор сульфата меди и
концентрированная соляная кислота.
Напишите уравнения четырёх возможных
реакции между этими веществами.

Получение металлов | План-конспект урока по химии (9 класс) по теме:

                 Тема: Получение металлов

Цель: 1. Познакомить обучающихся с природными соединениями

               металлов.

                                           2. Сформировать понятия о самородных металлах, минералах,

                                               рудах.                        

                                           3. Ознакомить обучающихся с металлургией и её видами: пиро-

                                               гидро-, электрометаллургией.             

                               Задачи: 1. Какие металлы встречаются в природе в самородном виде.

                                              2. Какие металлы   входят  в состав минералов.               

                                              3. Какие бывают руды.

                                              4. Как обогащают руды.

                                              5. Какие процессы включает пирометаллургия.             

                                                                   

Ход урока

                   I.Организационный момент.

                   II. Проверка знаний:

                                                  Контрольные вопросы:

                1.Какими металлами можно восстановить водород из раствора НС1?

            2. Можно ли хранить в железной посуде растворы солей металлов?
              Если можно, то соли каких металлов?

                       3.Какие ионы являются окислителями в молекулах азотной кисло ты и

                         концентрированной серной кислоты? Какие газообразные продукты при
                        этом могут выделяться?

              4.Какие химические реакции могут произойти, если кусочек Са

                 поместить в водный раствор хлорида алюминия? Составить урав нения

                реакций.

               5.Какие из предложенных реакций возможны?
           a)Mg + FeCl2→

              б)Mg + h4PO4 → (образуется нерастворимая соль Mg3(PO4)2)

               в)К + MgCl2 → (ЩМ будет взаимодействовать с водой)

               г)Ag + CuSO4 → (Ag менее активный металл, чем Сu)

           д)Сu + AgNO3  →

                        Указать причины, по которым реакции не идут.

                     

                       6. Упр.  5,7

                                                      Са° + H+N+5O3-2 →Ca+2(NO3)2- + N2° + Н2+О-2.


                              5Са + 12HNO3 = 5Ca(NO3)2 + N2t + 6Н2О

                                  Zn° + h3+S6+O4 -2= Zn2+SO4 + h3+S-2 + h3O

                                         4Zn + 5h3SO4(конц) = 4ZnSO4 + h3S + 4h3O

                     

III. Изучение новой темы:

Природные соединения металлов

      В природе металлы встречаются чаще всего в виде соединений (метал лических руд). Объясняется это высокой химической активностью метал лов. Вопрос обучающимся: «Могут ли металлы находиться в природе в свободном (или самородном) состоянии, т. е. в виде М°? Если могут, то, какие это металлы?» Ответ очевиден, что это металлы низкой химической активности. Обобщаем, что металлы могут встречаться в природе или в виде простого вещества (самородки) или в виде слож ного вещества. Запись в тетрадях:

  1. Благородные металлы — Аи, Pt, встречаются в природе только в сво бодном виде.
  2. Активные металлы (до Sn) встречаются только в виде соединений.
  3. Некоторые металлы встречаются и в свободном виде и в виде соеди нений (Sn, Cu, Hg, Ag).

Чаще всего металлы в природе встречаются в виде солей неорганичес ких кислот: хлоридов, нитратов, сульфатов, сульфидов, карбонатов, а так же оксидов.

Получение металлов

Вопрос обучающимся: Как вы думаете, ребята, какой основной химический процесс ле жит в основе получения металлов?

• Большинство металлов встречаются в природе в составе соеди нений, в которых металлы находятся в положительной степени окисления М+п, значит для того чтобы их получить в виде М°, необходимо про вести процесс восстановления.

Сообщаем, что получением металлов из их соединений занима ется важнейшая отрасль промышленности, называемая металлургией. Но прежде чем восстановить природное соединение металла необходимо пе ревести его в форму доступную для обработки. Это может быть обжиг руд для перевода металла в оксид его или растворение нерастворимых соедине ний: обработка кислотами, содой и др. Катионы металлов  М+п в металлур гических процессах являются окислителями. Восстановителями выступают следующие вещества: С (уголь), Н2, СО, Al, Mg, активные ме таллы — ЩМ, ЩЗМ, электрический ток.

Знакомим ребят с общими способами получения металлов: Пирометаллургия — это восстановление металлов из их руд, происходя щее при высоких температурах. Примеры:

Обжиг (окисление): 2PbS + ЗО2 = 2РЬО + 3SO2↑

                      Плавка (восстановление): РЬО + Н2 = Pb + Н2О

                                    WO3 + ЗН2 = W + ЗН2О

 TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

Гидрометаллургия — это методы восстановления металлов из растворов

 их солей другими более активными металлами:

                                    CuO + h3SO4 = CuSO4 + Н2О

                                  CuSO4 + Fe = FeSO4 + Сu

Этим  способом получают следующие металлы: Ag, Au, Zn, Zn, Mo.

Электрометаллургия — это методы восстановления металлов с по мощью электрического тока. Данный метод основан на электролизе растворов или расплавов соединений металлов. Наиболее активные металлы получают электролизом расплавов их соединений:

                                            2КС1(расплав) →2K° + С12↑

 

Таким способом получают активные металлы (ЩМ, ЩЗМ, алюминий).

IV. Закрепление:

  1. Предложите цепочку производства олова из  SnS.  Записать уравнения реакций.

V. Домашнее задание:      §9, упр. 4,5.

Получение металлов. Нахождение их в природе

Получение металлов. Нахождение их в природе

Ребята, сегодня мы побываем с вами в местах, где получают металлы, а также узнаем, где же встречаются металлы.

Ну что ж, начинаем путешествие. Металлы встречаются в природе в свободном состоянии, их называют самородными металлами, так и в виде соединений.

В самородном состоянии в природе встречаются золото, серебро, медь, платина и ртуть.   Эти металлы обычно содержатся в небольших количествах в виде зёрен или вкраплений в горных породах. Изредка встречаются и довольно крупные куски металлов – самородки. Одним из самых больших месторождений чистого серебра был так называемый «серебряный тротуар» в Канаде. Он представлял собой глыбу почти чистого серебра длиной тридцать  м, уходящую в землю на восемнадцать  м. Выработка этого месторождения дала около двадцать т металла. А один из крупнейших самородков серебра весил почти сто девять кг. Самый крупный самородок меди весил четыреста двадцать т, а золота – сто двенадцать кг.

А вот распространённость химических элементов металлов в земной коре различна. К наиболее распространённым металлам относятся алюминий (7,45%), железо (4,20%), кальций (3,25%), натрий (2,40%), калий (2,35%) и магний (2,35%). Содержание других металлов в земной коре может составлять тысячные доли процента и ниже.

Некоторые историки считают, что упадок Римской империи был обусловлен массовым отравлением свинцом. Известно, что водопроводы Древнего Рима были из свинца. В свинцовых чанах хранили воду и вино. Попадая в человеческий организм, свинец вызывает поражение центральной нервной системы, приводит к изменению состава крови.

Многие металлы являются элементами, необходимыми для функционирования живых организмов. На долю ионов Na+, K+, Mg2+, Ca2+  в организме человека приходится 99% всех ионов металлов.

К биологически наиболее значимым металлам относятся: K, Na, Mg, Ca, Fe, Cu, Co, Mn, Zn, Mo.

В земной коре металлы чаще всего встречаются в виде соединений: таких, как оксиды, силикаты, карбонаты, сульфиды и хлориды. Эти соединения входят в состав руд и минералов.

Рудой называют горную породу, получение из которой чистого металла экономически выгодно. В состав руды входят минералы и примеси в виде пустой породы. А минералы – это природные тела, имеющие определённый химический состав. Давайте  с вами посмотрим названия и химический состав некоторых минералов.

Название

Химический состав

Красный железняк (гематит)

Fe2O3

Магнитный железняк (магнетит)

Fe3O4

Бурый железняк

2Fe2O3 · 3H2O

Железный колчедан (пирит)

FeS2

Сильвин

KCl

Криолит

Na3AlF6

Кальцит

CaCO3

Корунд

Al2O3

Малахит

(CuOH)2CO3

Медный колчедан (халькопирит)

CuFeS2

Киноварь

HgS

Гипс

CaSO4 · 2H2

Свинцовый блеск (галенит)

PbS

Цинковая обманка

ZnS

К наиболее известным минералам относится пирит, или железный колчедан (FeS2), киноварь (HgS), малахит ((CuOH)2CO3). Пирит и киноварь используют в промышленности для получения соответствующих металлов, то есть железа и ртути, а малахит, как поделочный камень.

А теперь представьте, что на дне водоёмов тоже есть соединения металлов, эти отложения – конкреции – представляют собой грозди, клубни или лепёшки, густо усеивающие дно. Плоские озёрные и болотные конкреции величиной с мелкую монету были известны ещё в средние века, поэтому их и называли «копеечной рудой». В настоящее время железомарганцевые конкреции, покрывающие огромные площади на дне океанов, называют полезными ископаемыми XXI века. Это богатейший источник не только железа и марганца, но и кобальта, никеля, меди и молибдена.

Представьте себя геологом или минералогом, как же это увлекательно. Для этого сравним такие минералы, как красный, бурый и магнитный железняк.   

Цвет красного железняка  коричнево-красный, сам он прочный, плотный, если провести образцом руды по поверхности фарфоровой ступки, то он оставляет красно-коричневый след, не притягивается магнитом.

Бурый железяк    имеет жёлто-коричневую окраску,  сам прочный и плотный, не притягивается магнитом, оставляет на фарфоровой ступки жёлто-бурую полосу.

Магнитный железняк чёрного цвета, сам прочный и плотный, притягивается магнитом, оставляет чёрный цвет черты на поверхности фарфоровой ступки, имеет металлический блеск.


Здорово, получается,  что минералы отличаются между собой окраской, магнитными свойствами, цветом черты и некоторыми другими показателями.

В современной технике широко используют более 75 металлов и многочисленные сплавы на их основе. Поэтому большое значение придаётся промышленным способам получения металлов из руд. Обычно перед получением металлов из руды её измельчают, потом предварительно обогащают – отделяют пустую породу, примеси. В результате образуется концентрат, служащий сырьём для металлургического производства. Затем обогащённую руду превращают в оксид и только после этого восстанавливают металл.

Металлургия – это наука о методах и процессах производства металлов из руд и других металлосодержащих продуктов, о получении сплавов и обработке металлов.  В зависимости от метода получения металла из руды (концентрата) существует несколько видов металлургических производств.

Представьте, что из одной т медной руды можно получить шестнадцать кг концентрата и только четыре кг чистой меди.

Такая отрасль металлургии, как пирометаллургия занимается переработкой руд, она основана на химических реакциях, при чём они проходят при высоких температурах, ведь от греч. пирос, означает огонь.

Пирометаллургические процессы включают обжиг и плавку.

При обжиге сульфиды переводят в оксиды, а сера удаляется в виде оксида серы (IV). А затем из оксида восстанавливают металл. Полученный металл или сплав подвергают механической обработке, придают ему соответствующую форму. В процессе выделения металлов (плавке) из оксидов в качестве восстановителей используют углерод, оксид углерода (II), водород, кремний или более активные металлы.

Например, ещё древние металлурги для получения железа из его руд использовали в качестве восстановителя углерод. Но этот способ неудобен тем, что реакция между твёрдыми веществами идёт только в местах их соприкосновения.

2Fe2O3 + 3C = 4Fe + 3CO2

В промышленных масштабах для получения железа, цинка и других цветных металлов из оксидов используют в качестве восстановителя оксид углерода (II).

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Сейчас мы посмотрим, как получают чугун и сталь. Восстановление железа проводят в специальных вертикальных печах, называемых доменными, высотой до нескольких десятков метров и внутренним объёмом до 5000 м3. Они имеют стальной корпус, а изнутри выложены огнеупорным кирпичом. По характеру своей работы доменная печь – аппарат непрерывного действия. Сверху в печь подаётся твёрдое сырьё – шихта, представляющая собой смесь железной руды, кокса (переработанного угля), известняка и других добавок, а снизу вдувается подогретый или обогащённый кислородом воздух. В нижней части печи кокс сгорает в горячем воздухе, образуя углекислый газ.

C + O2 = CO2

доменная печь

Углекислый газ поднимается вверх в печи и взаимодействует с новыми порциями раскалённого кокса

с образованием оксида углерода (II).

CO2 + C = 2CO

В результате реакций СО с оксидом железа (III) образуется железо.

В доменном процессе получается железо с относительно большим (более 2%) содержанием углерода – чугун.

Чугун превращают в сталь, удаляя избыточный углерод путём окисления кислородом воздуха в специальных установках – мартеновский печах, конвертерах или электропечах.

Конвертер

Для получения некоторых металлов в качестве восстановителя используют водород.

WO3 + 3H2 = W + 3H2O

 В роли восстановителей можно также использовать более активные металлы, способные вытеснять другие металлы из их оксидов и солей. Этот способ получения металлов называется металлотермией. Если используют алюминий, то говорят об алюминотермии:

Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3

Восстановление железа методом алюминотермии до сих пор применяется при сварке рельсов.


Этот метод получения металлов был предложен русским учёным

Н.Н. Бекетовым.

Гидрометаллургия – это методы получения металлов, основанные на химических реакциях, происходящих в растворе. Гидрометаллургические процессы включают стадию перевода нерастворимых соединений металлов из руд в растворы, с последующим восстановительным выделением металлов из полученных растворов с помощью других металлов или электрического тока.

Электрометаллургия – методы получения металлов, основанные на электролизе, т.е. выделение металлов из растворов или расплавов их соединений с помощью постоянного электрического тока. Этот метод применяют для получения активных металлов – щелочных и щелочноземельных, алюминия,  также для получения легированных сталей. С помощью этого метода, английский химик Г. Дэви впервые получил калий, натрий, барий и кальций.

Большое значение имеет микробиологический метод получения металлов. В этом методе используется жизнедеятельность некоторых бактерий.  Так, тионовые бактерии способны переводить нерастворимые сульфиды в растворимые сульфаты. Бактериальный метод применяют для извлечения меди из её сульфидных руд. А затем полученный раствор сульфата меди (II) подаётся на гидрометаллургическую переработку. Кроме этого, учёные обнаружили, что некоторые микроводоросли и бактерии накапливают на своей поверхности отдельные металлы (например, золото) или их оксиды. Микроорганизм постепенно обрастает «шубой» из минеральных частиц, увеличивается в размерах в десятки раз, что позволяет легко выделить частицы из раствора.

  При промышленном производстве металлов большое значение имеют вопросы охраны окружающей среды от загрязнений отходами производства. Охрана окружающей среды предусматривает, прежде всего, дезактивацию выбросов, например отходящих газов при выплавке чугуна. Здесь главную опасность представляет образующийся при переработке сернистых руд оксид серы (IV), который, попадая в атмосферу, может вызывать «кислотные дожди». Наряду с комплексным использованием сырья, строительством очистных сооружений, устройством замкнутых циклов водопользования с целью охраны окружающей среды необходимы вывод промышленных предприятий за городскую черту, создание лесозащитных вокруг городов и промышленных центров.

Таким образом, металлы встречаются в природе в виде соединений или в самородном состоянии. В земной коре металлы чаще всего встречаются в виде соединений: оксидов, силикатов, карбонатов, сульфидов, хлоридов. Эти соединения входят в состав руд и минералов.  Для получения металлов из руд руду сначала измельчают, обогащают, переводят в оксид и только после этого восстанавливают металл. В качестве восстановителей используют C, CO, H2, Si или более активные металлы. Металлургия занимается получением металлов и их сплавов из руд. В зависимости от метода получения металла из руды существует несколько видов металлургических производств: пирометаллургия, гидрометаллургия и электрометаллургия.

Презентация по химии на тему Общие способы получения металлов. (11 класс)

  • Презентации
  • Презентация по химии на тему Общие способы получения металлов. (11 класс)

Автор публикации: Сучкова И.А.

Дата публикации: 21.10.2016

Краткое описание: Данную презентацию можно использовать на уроке при изучении темы «Общий обзор и способы получения металлов» в 10 (11) классе по УМК авторов Новошинского И.И. и Новошинской Н.С., а также на дополнительных занятиях при подготовке к сдаче ЕГЭ по химии. В презентации приводятся пр



1

Общие способы получения металлов. Составитель: учитель химии МАОУ СОШ №53 г. Томска Сучкова И.А.

2

МЕТАЛЛУРГИЯ- промышленный способ получения металлов. Только некоторые металлы (золото, платина) находятся в природе в свободном (самородном) состоянии. Металлы, расположенные в ряду напряжений металлов между оловом и золотом, встречаются как в свободном состоянии, так и в виде соединений. Большинство же металлов находятся в природе в виде соединений (оксиды, сульфиды, карбонаты и т.д.)Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

3

МЕТАЛЛУРГИЯ Задача металлургии – получение металлов из их соединений. Любой металлургический процесс является процес-сом восстановления ионов металла различными вос-становителями. Me+n +nē = Me0 В зависимости от метода проведения процесса вос-становления различают несколько способов получе-ния металлов.

4

5

ПИРОМЕТАЛЛУРГИЯ — восстановление безвод-ных соединений при высоких температурах. Восстановители: углерод и оксид углерода (II) (карботермия), алюминий, магний и др. металлы (металлотермия), водород (водородотермия).

6

ПИРОМЕТАЛЛУРГИЯ Карботермия. Восстановители: C и CO. Например: Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 Если руда является сульфидом металла, её предварительно перево-дят в оксид путём окислительного обжига (обжиг с доступом воздуха). Например: 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 Затем оксид металла восстанавливают углём. Например: ZnO + C = Zn + 2CO↑ Так получают: Fe, Cu, Pb, Sn, Cd, Zn

7

ПИРОМЕТАЛЛУРГИЯ Металлотермия. В качестве восстановителей используют химически более активные металлы: Al, Mg, Ca, Na. Например: Cr2O3 + 3Al =2Cr + Al2O3 TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2 Обычно получают те металлы (и их сплавы), которые при восстановлении их углём образуют карбиды. Так получают: Mn, Cr, Ti, Mo, W, V и др.

8

ПИРОМЕТАЛЛУРГИЯ Водородотермия. Восстанавливают металлы из их оксидов h3. Например: MoO3 + 3h3 = Mo + 3h3 Оксиды активных металлов (MgO, CaO, Al2O3 и др.) водородом не восстанавливаются. Получают металлы большей чистоты: Cu, Ni, W, Fe, Mo, Cd, Pb

9

ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ – восстановление электрическим током. Получают главным образом лёгкие металлы – Al, Na и др. – из их расплавленных оксидов или хлоридов. Используют также для очистки некоторых металлов. Из очищаемого металла изготав- ливают анод. При электролизе анод растворяется, ионы металла переходят в раствор, а на катоде они осаждаются. Так получают электролитически чистые металлы: Cu, Ag, Fe, Ni, Pb и многие другие.

10

ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ Электролиз расплавов. Например: t NaCl = Na+ + Cl- расплав K Na+ + ē = Na0 2 A 2Cl- — 2ē = Cl2↑ 1 эл-лиз 2NaСl → 2Na + Cl2↑ Получаемые металлы: Be, Mg, Ca (из расплавленных хлоридов), Al (из расплавленного оксида)

11

ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ Электролиз растворов. Например: NiSO4 = Ni2+ + SO42- раствор K Ni2+ +2ē = Ni0 2 A 2h3O — 4ē = O2↑ + 4H+ 1 эл-лиз 2NiSO4 + 2h3O → 2Ni + O2↑ + 2h3SO4 Получаемые металлы: Zn, Cd, Co, Mn, Fe

12

ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЯ – восстановление из растворов солей. Металлы, входящие в состав руды, переводят в раствор, а затем восстанавливают более активным металлом.

13

ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЯ Восстановление металлов из руд с помощью серной кис-лоты – один из основных процессов гидрометаллур-гии. Например: CuO + h3SO4 = CuSO4+ h3O CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu Получаемые металлы: Cd, Ag, Au, Cu, Zn, Mo и др. Кислота Руда Раствор металла

14

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». Задания с выбором ответа. 1. Реакция возможна между 1) Ag и K2SO4 (р-р) 2) Zn и KCl (р-р) 3) Mg и SnCl2 (р-р) 4) Ag и CuSO4 (р-р) 2. Какой из металлов вытесняет железо из сульфата железа (II)? 1) Cu 2) Zn 3) Sn 4) Hg

15

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». 3. Какой из металлов вытесняет медь из сульфата ме- ди (II)? 1) Zn 2) Ag 3) Hg 4) Au 4. Формула вещества, восстанавливающего оксид ме- ди (II), — это 1) CO2 2) h3 3) HNO3 4) Cl2 5. Формула вещества, не восстанавливающего оксид железа (III), — 1) HCl 2) Al 3) h3 4) C

16

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». 6. Для осуществления превращений в соответствии со схемой: Al(OH)3 → AlCl3 → Al необходимо последовательно использовать 1) хлор и водород 2) хлорид натрия и водород 3) хлороводород и цинк 4) соляную кислоту и калий 7. Пирометаллургический метод получения металлов отражает реакция: 1) HgS + O2 → Hg + SO2 2) CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu Эл — из 3) 2NaCl —-→ 2Na + Cl2 4) CuSO4 + Zn → ZnSO4 + Cu

17

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». 8. Гидрометаллургический метод получения металлов отражает реакция: 1) HgS + O2 → Hg + SO2 2) CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu Эл — из 3) 2NaCl ——→ 2Na + Cl2 4) AlCl3 + 3K → Al + 3KCl 9. В качестве восстановителя при выплавке железа в промышленности наиболее часто используют 1) водород 2) алюминий 3) натрий 4) кокс

18

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». 10. Оксид углерода (II) проявляет восстановительные свойства при нагревании с 1) N2 2) h3S 3) Fe 4) Fe2O3

19

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». Задания с кратким ответом. 1. При электролизе раствора AgNO3 на катоде выделяется 1) серебро 2) водород 3) серебро и водород 4) кислород и водород

20

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». 2. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом электролиза его водного раствора ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНОГО РАСТВОРА А) AgF 1) Ag, F2 Б) NaNO3 2) Ag, O2, HF B) Pb(NO3)2 3) h3, O2 Г) NaF 4) Pb, O2, HNO3 5) h3, NO2, O2 6) NaOH, h3, F2

21

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». 3. Установите соответствие между формулой вещества и продук- том электролиза его водного раствора ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНОГО РАСТВОРА А) HgCl2 1) металл, хлор Б) AlCl3 2) водород, хлор, гидроксид В) Hg(ClO4)2 металла Г) Na2SO3 3) водород, кислород 4) металл, кислород, кислота 5) металл, сернистый газ 6) водород, сернистый газ

22

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». 4. Установите соответствие между формулой вещества и продук-том электролиза его водного раствора ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНОГО РАСТВОРА А) нитрат цинка 1) цинк, кислород, азотная кислота Б) бромид цинка 2) водород, кислород В) бромид калия 3) водород, оксид азота (IV) Г) нитрат калия 4) цинк, бром 5) водород, бром, гидроксид калия 6) калий, бром 7) калий, оксид азота (IV)

23

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». 5. Установите соответствие между формулой вещества и продук-том электролиза его водного раствора, образующимся на като-де ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНОГО РАСТВОРА А) Li2SO4 1) h3 Б) Ba(OH)2 2) O2 В) MgCl2 3) Cl2 Г) SnCl2 4) Li 5) Ba 6) Mg 7) Sn

24

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». 6. Верны ли следующие суждения о промышленных способах получения металлов? А. В основе пирометаллургии лежит процесс восстановления металлов из руд при высоких температурах. Б. В промышленности в качестве восстановителей используют оксид углерода (II) и кокс. 1) верно только А 2) верно только Б 3) верны оба суждения 4) оба суждения неверны

25

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». 7. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения. МЕТАЛ ЭЛЕКТРОЛИЗ А) натрий 1) водного раствора солей Б) алюминий 2) водного раствора гидроксида В) серебро 3) расплава поваренной соли Г) медь 4) расплавленного оксида 5) раствора оксида в расплав- ленном криолите 6) расплавленного нитрата

26

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». 8. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения. МЕТАЛ ЭЛЕКТРОЛИЗ А) калий 1) расплавленного нитрата Б) магний 2) водного раствора гидроксида В) медь 3) расплава хлорида Г) свинец 4) расплавленного оксида 5) раствора оксида в расплав- ленном криолите 6) водного раствора солей

27

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». 9. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения. МЕТАЛ ЭЛЕКТРОЛИЗ А) хром 1) водного раствора солей Б) алюминий 2) водного раствора гидроксида В) литий 3) расплава соли Г) барий 4) расплавленного оксида 5) раствора оксида в расплав- ленном криолите 6) расплавленного нитрата

28

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». Задания с развёрнутым ответом. 1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения: Cu → Cu(NO3)2 → Cu(OH)2 → Х → Сu → CuSO4 Укажите условия протекания реакций. 2. Даны вещества: алюминий, оксид марганца (IV), водный раствор сульфата меди и концентриро- ванная соляная кислота. Напишите уравнения четырёх возможных реакций между этими веществами.

29

Примеры заданий по теме: «Общие способы получение металлов». 3. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, а также общее уравнение электроли-за водного раствора сульфата ртути (II) на инертных электродах. 4. При электролизе водного раствора сульфата хрома (III) на катоде возможны три химические реакции. Напишите уравнения этих катодных процессов.

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

В 2021 году казахстанские школьники будут сдавать по-новому Единое национальное тестирование. Помимо того, что главный школьный экзамен будет проходить электронно, выпускникам предоставят возможность испытать свою удачу дважды. Корреспондент zakon.kz побеседовал с вице-министром образования и науки Мирасом Дауленовым и узнал, к чему готовиться будущим абитуриентам.

— О переводе ЕНТ на электронный формат говорилось не раз. И вот, с 2021 года тестирование начнут проводить по-новому. Мирас Мухтарович, расскажите, как это будет?

— По содержанию все остается по-прежнему, но меняется формат. Если раньше школьник садился за парту и ему выдавали бумажный вариант книжки и лист ответа, то теперь тест будут сдавать за компьютером в электронном формате. У каждого выпускника будет свое место, огороженное оргстеклом.

Зарегистрироваться можно будет электронно на сайте Национального центра тестирования. Но, удобство в том, что школьник сам сможет выбрать дату, время и место сдачи тестирования.

Кроме того, в этом году ЕНТ для претендующих на грант будет длиться три месяца, и в течение 100 дней сдать его можно будет два раза.

— Расскажите поподробнее?

— В марте пройдет тестирование для желающих поступить на платной основе, а для претендующих на грант мы ввели новые правила. Школьник, чтобы поступить на грант, по желанию может сдать ЕНТ два раза в апреле, мае или в июне, а наилучший результат отправить на конкурс. Но есть ограничение — два раза в один день сдавать тест нельзя. К примеру, если ты сдал ЕНТ в апреле, то потом повторно можно пересдать его через несколько дней или в мае, июне. Мы рекомендуем все-таки брать небольшой перерыв, чтобы еще лучше подготовиться. Но в любом случае это выбор школьника.

— Система оценивания останется прежней?

— Количество предметов остается прежним — три обязательных предмета и два на выбор. Если в бумажном формате закрашенный вариант ответа уже нельзя было исправить, то в электронном формате школьник сможет вернуться к вопросу и поменять ответ, но до того, как завершил тест.

Самое главное — результаты теста можно будет получить сразу же после нажатия кнопки «завершить тестирование». Раньше уходило очень много времени на проверку ответов, дети и родители переживали, ждали вечера, чтобы узнать результат. Сейчас мы все автоматизировали и набранное количество баллов будет выведено на экран сразу же после завершения тестирования.
Максимальное количество баллов остается прежним — 140.

— А апелляция?

— Если сдающий не будет согласен с какими-то вопросами, посчитает их некорректными, то он сразу же на месте сможет подать заявку на апелляцию. Не нужно будет ждать следующего дня, идти в центр тестирования, вуз или школу, все это будет электронно.

— С учетом того, что школьникам не придется вручную закрашивать листы ответов, будет ли изменено время сдачи тестирования?

— Мы решили оставить прежнее время — 240 минут. Но теперь, как вы отметили, школьникам не нужно будет тратить час на то, чтобы правильно закрасить лист ответов, они спокойно смогут использовать это время на решение задач.

— Не секрет, что в некоторых селах и отдаленных населенных пунктах не хватает компьютеров. Как сельские школьники будут сдавать ЕНТ по новому формату?

— Задача в том, чтобы правильно выбрать время и дату тестирования. Центры тестирования есть во всех регионах, в Нур-Султане, Алматы и Шымкенте их несколько. Школьники, проживающие в отдаленных населенных пунктах, как и раньше смогут приехать в город, где есть эти центры, и сдать тестирование.

— На сколько процентов будет обновлена база вопросов?

— База вопросов ежегодно обновляется как минимум на 30%. В этом году мы добавили контекстные задания, то что школьники всегда просили. Мы уделили большое внимание истории Казахстана и всемирной истории — исключили практически все даты. Для нас главное не зазубривание дат, а понимание значения исторических событий. Но по каждому предмету будут контекстные вопросы.

— По вашему мнению система справится с возможными хакерскими атаками, взломами?

— Информационная безопасность — это первостепенный и приоритетный вопрос. Центральный аппарат всей системы находится в Нур-Султане. Связь с региональными центрами сдачи ЕНТ проводится по закрытому VPN-каналу. Коды правильных ответов только в Национальном центре тестирования.

Кроме того, дополнительно через ГТС КНБ (Государственная техническая служба) все тесты проходят проверку на предмет возможного вмешательства. Здесь все не просто, это специальные защищенные каналы связи.

— А что с санитарными требованиями? Нужно ли будет школьникам сдавать ПЦР-тест перед ЕНТ?

— ПЦР-тест сдавать не нужно будет. Требование по маскам будет. При необходимости Центр национального тестирования будет выдавать маски школьникам во время сдачи ЕНТ. И, конечно же, будем измерять температуру. Социальная дистанция будет соблюдаться в каждой аудитории.

— Сколько человек будет сидеть в одной аудитории?

— Участники ЕНТ не за семь дней будут сдавать тестирование, как это было раньше, а в течение трех месяцев. Поэтому по заполняемости аудитории вопросов не будет.

— Будут ли ужесточены требования по дисциплине, запрещенным предметам?

— Мы уделяем большое внимание академической честности. На входе в центры тестирования, как и в предыдущие годы, будут стоять металлоискатели. Перечень запрещенных предметов остается прежним — телефоны, шпаргалки и прочее. Но, помимо фронтальной камеры, которая будет транслировать происходящее в аудитории, над каждым столом будет установлена еще одна камера. Она же будет использоваться в качестве идентификации школьника — как Face ID. Сел, зарегистрировался и приступил к заданиям. Мы применеям систему прокторинга.

Понятно, что каждое движение абитуриента нам будет видно. Если во время сдачи ЕНТ обнаружим, что сдающий использовал телефон или шпаргалку, то тестирование автоматически будет прекращено, система отключится.

— А наблюдатели будут присутствовать во время сдачи тестирования?

— Когда в бумажном формате проводили ЕНТ, мы привлекали очень много дежурных. В одной аудитории было по 3-4 человека. При электронной сдаче такого не будет, максимум один наблюдатель, потому что все будет видно по камерам.

— По вашим наблюдениям школьники стали меньше использовать запрещенные предметы, к примеру, пользоваться телефонами?

— Практика показывает, что школьники стали ответственнее относиться к ЕНТ. Если в 2019 году на 120 тыс. школьников мы изъяли 120 тыс. запрещенных предметов, по сути у каждого сдающего был телефон. То в прошлом году мы на 120 тыс. школьников обнаружили всего 2,5 тыс. телефонов, и у всех были аннулированы результаты.

Напомню, что в 2020 году мы также начали использовать систему искусственного интеллекта. Это анализ видеозаписей, который проводится после тестирования. Так, в прошлом году 100 абитуриентов лишились грантов за то, что во время сдачи ЕНТ использовали запрещенные предметы.

— Сколько средств выделено на проведение ЕНТ в этом году?

Если раньше на ЕНТ требовалось 1,5 млрд тенге из-за распечатки книжек и листов ответов, то сейчас расходы значительно сокращены за счет перехода на электронный формат. Они будут, но несущественные.

— Все-таки почему именно в 2021 году было принято решение проводить ЕНТ в электронном формате. Это как-то связано с пандемией?

— Это не связано с пандемией. Просто нужно переходить на качественно новый уровень. Мы апробировали данный формат на педагогах школ, вы знаете, что они сдают квалификационный тест, на магистрантах, так почему бы не использовать этот же формат при сдаче ЕНТ. Тем более, что это удобно, и для школьников теперь будет много плюсов.

Щелочные металлы. Химия. 9 класс. Разработка урока

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления нового материала с мультимедийной поддержкой. На уроке сочетаются фронтальный, групповой и индивидуальный виды работы учащихся.

Методы урока: проблемные, поисково-исследовательские, самостоятельная работа учащихся.

Оборудование: персональный компьютер с Windows Media Player, мультимедийный проектор, интерактивная доска, программы для запуска презентации на компьютере: MS Office Power Point, фрагменты из коллекции образовательных интернет ресурсов.

Цели урока

Образовательные:

  • на основе атомного строения металлов, физических и химических свойств, показать черты сходства и различия щелочных металлов;
  • проследить межпредметные связи химии с биологией, физикой, медициной, используя области применения основных соединений щелочных металлов;
  • раскрыть значение и роль щелочных металлов в жизни человека.

Развивающие:

  • способствовать дальнейшему развитию логического мышления учащихся: наблюдать, сравнивать химические элементы, высказывать суждения об их свойствах, обобщать, делать выводы;
  • продолжить формирование навыков самообразования: умение работать с книгой, инструкцией, тестом.

Воспитательные:

  • воспитание интереса к предмету и таких нравственных качеств как аккуратность, дисциплина, самостоятельность, ответственное отношение к порученному делу.

План урока и распределение времени урока

  • Организационный момент (1 мин)
  • Вводное слово (2 мин)
  • Актуализация знаний (5мин)
  • Сообщение темы и плана урока (4 мин)
  • Работа по плану объясняемой темы (23 мин)
  • Закрепление: тестирование (8 мин)
  • Домашнее задание (2 мин)

Ход урока

I. Организационный момент

Приветствие, проверка готовности к уроку учащихся (наличие тетрадей, учебников).

II. Вводное слово

Мы изучаем раздел, металлы, и вы знаете, что металлы имеют большое значение в жизни современного человека. На прошлых уроках мы рассмотрели общие сведения о металлах: положение в периодической таблице, особенности строения атомов, изучили общие физические и химические свойства, а также общие способы получения металлов. Сегодня приступаем к изучению наиболее ярких представителей в химическом отношении, самых активных щелочных металлов. Для того чтобы усвоить материал урока, нам необходимо вспомнить наиболее важные вопросы, которые рассматривали на предыдущих уроках.

III. Актуализация знаний учащихся в виде беседы по вопросам:

  • На какие две большие группы происходит деление химических элементов?
  • Где находятся металлы в ПСХЭ Д.И. Менделеева? (слайд №1)
  • Каковы особенности строения атомов металлов?
  • Как особенности строения атома влияют на физические свойства?
  • Как особенности строения металлов влияют на их химические свойства?

IV. Сообщение темы и плана урока:

  • Оформление даты и темы урока в тетрадях (слайд №2)
  • Знакомство с планом урока (слайд №3):
  • Положение щелочных металлов в ПСХЭ Д.И. Менделеева
  • История открытия щелочных металлов
  • Строение атомов химических элементов I группы главной подгруппы
  • Физические свойства щелочных металлов
  • Химические свойства щелочных металлов
  • Биологическое значение щелочных металлов
  • Подведение итогов: тестирование
  • Домашнее задание

V. Работа по плану объясняемой темы

1. Положение щелочных металлов в ПСХЭ – беседа по вопросам: (слайд №4)
  • Где располагаются щелочные металлы в ПСХЭ Д.И. Менделеева?
  • Перечислите щелочные металлы.
  • Почему данные металлы назвали щелочными?
2. История открытия щелочных металлов

Заранее подготовленный ученик рассказывает о хронологии открытия щелочных металлов и представляет свою презентацию темы (слайд №5):

  • 1807 г. в Англии Гемфри Дэви открыл калий и натрий
  • 1817 г. в Швеции Август Арфедсон открыл литий
  • 1860 – 1861 г.г. в Германии Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф открыли рубидий
  • 1939 г. во Франции Маргарита Перей открыла радиоактивный элемент франций, который назвала в честь своей страны — Франции
3. Строение атомов химических элементов I группы главной подгруппы

(Слайд №6): учащиеся заполняют таблицу: «Общая характеристика химических элементов I группы главной подгруппы» и делают выводы по заполненной таблице.

Название и символ элемента

Состав атомного ядра

Число валентных электронов

Число энергетических уровней

Характерные степени окисления

Li – литий

p = 3, n = 4

1

2

+1

Na – натрий

p = 19, n = 20

1

3

+1

Rb – рубидий

p = 37, n = 48

1

4

+1

Cs – цезий

p = 55, n = 78

1

5

+1

Fr – франций

p = 87, n = 136

1

6

+1

Выводы:

1) На внешнем энергетическом уровне атомы этих элементов содержат по одному электрону (слайд №7)

2) В подгруппе от лития к цезию радиусы атомов увеличиваются, так как возрастает число электронных слоев, следовательно, усиливаются и восстановительные свойства

3) Во всех своих соединениях щелочные металлы проявляют степень окисления +1

Упражнение (слайд №8): сравните атомы элементов, поставив знаки >, < или = вместо *

I вариант

А) заряд ядра

Li * Rb ; Na * Al

Б) число электронных слоев

Li * Rb ; Na * Al

В) число электронов на внешнем уровне

Li * Rb ; Na * Al

Г) радиус атома

Li * Rb ; Na * Al

Д) восстановительные свойства

Li * Rb ; Na * Al

II вариант

А) заряд ядра

K * Ca ; Na * Rb

Б) число электронных слоев

K * Ca ; Na * Rb

В) число электронов на внешнем уровне

K * Ca ; Na * Rb

Г) радиус атома

K * Ca ; Na * Rb

Д) восстановительные свойства

K * Ca ; Na * Rb

4. Физические свойства щелочных металлов (слайд №9–12)

Щелочные металлы – это простые вещества, для которых также, как и для всех металлов, характерна металлическая связь и металлическая кристаллическая решетка. Металлическая связь возникает за счет отдачи одного электрона атомом металла и образованием иона металла с положительным зарядом: М0 – 1е → М+1. Наличие металлической связи и металлической кристаллической решетки обуславливает следующие физические свойства щелочных металлов: серебристо – белые, мягкие, обладают блеском, легкие, их плотность меньше 5 г/см3 и возрастает от лития к цезию, легкоплавкие, их температура, наоборот, от лития к цезию уменьшается.

5. Химические свойства щелочных металлов (слайды №13)

Щелочные металлы быстро окисляются на воздухе, поэтому их хранят под слоем керосина, а литий в вазелине, так как из-за своей легкости он в керосине всплывает. Щелочные металлы активно взаимодействуют почти со всеми неметаллами (хлором, водородом, серой, кислородом). При взаимодействии с кислородом лития образуется оксид, а натрий и калий в данном случае образуют пероксиды. Все щелочные металлы активно реагируют с водой. Скорость химических реакций зависит от природы реагирующих веществ: так, скорость реакции взаимодействия лития с водой меньше, чем натрия, и еще меньше, чем калия. Взаимодействие рубидия и цезия с водой протекает так быстро, что происходит. Уравнения же реакций щелочных металлов с растворами кислот и солей записывать не принято (так как они взаимодействуют с водой).

Упражнение (слайды №14): составить уравнения реакций взаимодействия с кислородом (приложение) (работа у доски)

I вариант:

А) лития

Б) натрия

II вариант:

А) калия

Б) лития

Реакцию Б) рассмотреть как ОВР: определить степени окисления, составить электронный баланс, расставить коэффициенты.

Упражнение (слайд №15): дать характеристику реакции Б) по плану (приложение) (самостоятельно)

План:

  • По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции (р.с., р.р., р.з., р.о.
  • По изменению степеней окисления атомов (ОВР и не ОВР)
  • По направлению (обратимые и необратимые)
  • По тепловому эффекту (экзотермические и эндотермические)
  • По агрегатному состоянию (гомогенные и гетерогенные)
  • По использованию катализатора (каталитические и некаталитические)
6. Биологическое значение щелочных металлов (видео)

VI. Подведение итогов: тестирование по вариантам

I вариант

1) Число электронов на внешнем уровне у атомов щелочных металлов:

А) 1

Б) 2

В) 3

Г) 4

2) Тип химической связи в простом веществе литии:

А) ионная

Б) ковалентная полярная

В) ковалентная неполярная

Г) металлическая

3) Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме лития:

А) 2е, 3е

Б) 2е, 4е

В) 2е, 8е, 1е

Г) 2е, 8е, 3е

4) Наименее энергично взаимодействует с водой:

А) калий

Б) литий

В) натрий

Г) рубидий

5) Простое вещество с наиболее ярко выраженными металлическими свойствами:

А) калий

Б) литий

В) натрий

Г) рубидий

II вариант

1) Вид химической связи в простом веществе натрии:

А) ионная

Б) ковалентная полярная

В) ковалентная неполярная

Г) металлическая

2) Радиус атомов элементов I группы главной подгруппы с увеличением заряда ядра:

А) изменяется периодически

Б) не изменяется

В) увеличивается

Г) уменьшается

3) Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме лития:

А) 2е, 3е

Б) 2е, 1е

В) 2е, 4е

Г) 2е, 8е, 1е

4) Наиболее энергично взаимодействует с водой:

А) калий

Б) литий

В) натрий

Г) цезий

5) Простое вещество с наименее выраженными металлическими свойствами:

А) калий

Б) литий

В) натрий

Г) рубидий

VII. Домашнее задание (слайд №16)

Учебник: § 11 (стр. 52 – 54) вопрос №1 а (стр. 58)

Источники информации:

  1. Химия. 9 класс: учебник для общеобразовательных учреждений / О.С. Габриелян – М.: Дрофа, 2010
  2. Настольная книга учителя. Химия, 9 класс /О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов – М.: Дрофа, 2002
  3. Химия. 9 класс: рабочая тетрадь к учебнику О.С. Габриелян «Химия. 9 класс»/ О.С. Габриелян, А.В. Яшукова — М.: Дрофа, 2008
  4. Коллекция образовательных интернет ресурсов http://school-collection.edu.ru/catalog/teacher/
  5. Химия. 9 класс: контрольные и проверочные работы к учебнику О.С. Габриелян «Химия. 9 класс»/ О.С. Габриелян, П.Н. Березкин и др. — М.: Дрофа, 2007

добыча металлов — введение

. . . а также множество других вещей, которые мы фактически не будем рассматривать как часть этой темы для целей британского уровня A.

 

Обогащение руды

Это просто означает избавление от как можно большего количества нежелательного каменистого материала до того, как руда превратится в металл.

В некоторых случаях это делается химическим путем. Например, чистый оксид алюминия получают из бокситов с помощью процесса, включающего реакцию с раствором гидроксида натрия.Это подробно описано на алюминиевой странице в этом разделе.

Некоторые медные руды можно превратить в раствор сульфата меди (II), если оставить измельченную руду в контакте с разбавленной серной кислотой в течение длительного времени. Затем медь может быть извлечена из раствора сульфата меди (II).

Но во многих случаях можно отделить металлический состав от нежелательного скального материала физическими средствами. Типичным примером этого является пенная флотация .

Пенная флотация

Руда сначала измельчается, а затем обрабатывается чем-то, что связывается с частицами требуемого соединения металла и делает эти частицы гидрофобными. «Гидрофобный» буквально означает «водобоязнь».

При обогащении медных руд, например, часто используется сосновое масло. Сосновое масло связывается с соединениями меди, но не с нежелательными каменистыми материалами.

Обработанная руда затем помещается в большую ванну с водой, содержащей вспенивающий агент (мыло или какое-либо моющее средство), и продувается воздухом, чтобы образовалось много пузырьков.

Поскольку они обладают водоотталкивающими свойствами, покрытые частицы металлического компаунда, как правило, захватываются пузырьками воздуха, всплывают в верхнюю часть ванны и могут вытечь через стенки.

Остальной каменный материал остается в ванне.

 

Восстановление соединения металла до металла

Почему такое снижение?

В самом простом случае, когда вы начинаете с оксидов металлов, руда восстанавливается, потому что удаляется кислород.

Однако, если вы начинаете, например, с сульфидной руды, это не очень поможет!

Гораздо полезнее использовать определение восстановления в терминах добавления электронов.

В разумном приближении эти руды можно рассматривать как содержащие положительные ионы металлов. Чтобы превратить их в металл, нужно добавить электроны — восстановление.

Добыча металлов | CPD

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

История происхождения железа и того, как мы стали использовать его в нашей мебели, показывает повседневное влияние химического состава металлов. Железная руда была добыта, измельчена и сформирована для производства наших ножек для стульев и столов. Медь в наших телефонах и свинец в автомобильных аккумуляторах подверглись аналогичным процессам.

Прогуливаясь по загородному парку Лики-Хиллз недалеко от Бирмингема, я восхищаюсь видом: резкий контраст холмов, деревьев и полей рядом и бетон, стекло и металл горизонта Бирмингема позади.Хотя это и не очевидно для всех, поблизости имеется изобилие металлов, хотя и в их окисленной форме в виде положительных ионов металлов. Магний в хлорофилле листьев, кальций и многие другие ионы металлов на земле под моими ногами, и это лишь несколько мест. Уменьшая ионы металлов в соединениях, мы можем извлекать металлы для нашего использования и буквально строить мир вокруг нас.

Что нужно знать студентам

• Руда — это минерал, содержащий достаточно металла, чтобы его можно было извлечь.Углерод может использоваться для извлечения металлов из некоторых оксидов металлов.

• Металл может быть восстановлен или окислен 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 легкими являются железо, медь и свинец. На нескольких уроках ученики могут научиться извлекать и восстанавливать металл из руды.Представляя каждый новый пример, увеличивайте сложность химии. Этот процесс будет продолжаться во время учебы на уровне GCSE и A-level. Ваше учение о восстановлении и окислении, или окислительно-восстановительном потенциале, в 11-14 создает концептуальную основу, на которой строится все остальное.

Начните с определения учащимися металлов, которые окисляются (те, которые находятся в соединениях с кислородом) или восстанавливаются (как элементы). Покажите примеры, включающие металлические руды и соединения, и сравните их с самими металлами. Попросите студентов 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 (те, которые находятся в соединениях с кислородом) или восстанавливаются (как элементы). Покажите примеры, включающие металлические руды и соединения, и сравните их с самими металлами. Попросите студентов 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.ли / 2Пт75см).

Развивайте понимание учащимися, постепенно увеличивая детализацию понятий. Используйте следующие определения в последовательности при чередовании предшествующих знаний:

Восстановление металла Окисление металла

1 ул

Удаление кислорода

Добавление кислорода

2 nd

Формирующий элемент

Образование соединения

3 рд

Формирование атома

Образование иона

Предложите учащимся описать реакции, используя как можно больше ключевых слов, чтобы повысить их беглость.Попросите их как можно больше раз включать слова восстановленный, восстанавливающий, восстановительный, окисленный, окислительный и окислительный, но при этом не теряя смысла. 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 ввести с помощью ряда вопросов; см. некоторые в таблицах ниже.

Загрузите это

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

Рабочие листы по добыче металлов, заметки учителей и ответы с веб-сайта «Образование в области химии»: rsc.li

Практическая химия

Студенты могут сами проводить восстановительные эксперименты, например, восстанавливать оксид железа до железа. Любимое практическое занятие в классе — добыча железа на спичечной головке. Начните с демонстрации образца железорудного гематита.Обсудите источники железной руды и рудники, такие как бывший железный рудник Флоренции в Эгремонте, Камбрия, который закрылся в 2008 году. Я рассказываю своим ученикам, как «я часами дробил гематит молотком, пока они не превратились в мелкий порошок» . Тогда покажите им порошкообразный оксид железа.

Студенты могут сами проводить восстановительные эксперименты, например, восстанавливать оксид железа до железа. Любимое практическое занятие в классе — извлечение железа на спичечной головке (rsc.li/2P4VEIT). Начните с демонстрации образца железорудного гематита.Обсудите источники железной руды и рудники, такие как бывший железный рудник Флоренции в Эгремонте, Камбрия, который закрылся в 2008 году. Я рассказываю своим ученикам, как «я часами дробил гематит молотком, пока они не превратились в мелкий порошок» . Тогда покажите им порошкообразный оксид железа.

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

Свинец можно восстановить из руды галенита (сульфида свинца), который раньше добывался в Шропшире. Медь можно восстановить из малахита (гидроксид карбоната меди), который добывали на древних медных рудниках в Грейт-Ормес-Хед, 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 до оксида меди перед тем, как перейти к восстановлению углеродом.

Свинец можно восстановить из руды галенита (сульфида свинца), который раньше добывался в Шропшире. Медь можно восстановить из малахита (гидроксид карбоната меди), который добывали на древних медных рудниках в Грейт-Ормес-Хед, Лландундо. Обе руды требуют обжига — нагревания на воздухе — прежде чем они будут готовы к восстановлению. Этот шаг можно смоделировать в классе термическим разложением карбоната меди до оксида меди (rsc.li / 2rsYsX5) перед восстановлением углеродом (rsc.li/2sY6bNb).

Формирующее оценивание

Теперь учащиеся смогут перенести свои знания о восстановлении оксида железа на примеры оксида меди и оксида свинца. Попросите их объяснить, как элементарные медь и свинец образуются из руд. Используйте индивидуальные доски, чтобы дать учащимся простой метод отработки своего мышления и получить быструю индивидуальную устную обратную связь. Рабочие листы можно использовать для оценки знаний учащихся.Смоделируйте свое мышление, проходя один набор ответов, а затем попросите учащихся самостоятельно или коллегами оценить другие ответы.

Прогресс 14-16

Понятие восстановления и окисления может быть расширено за пределы восстановления металлов. Следующие шаги будут включать описание реакций с точки зрения переноса электронов.

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 в составе соединения и, следовательно, не восстанавливается и не окисляется? Или он удален из состава и, следовательно, окислен?

Распространенные заблуждения

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

Объясните, что означает «с кислородом».Подчеркните разницу между соединением оксида металла, например оксидом железа, и смесью элементов, таких как железо и кислород.

Неметаллы могут реагировать противоположно металлам при извлечении окислительно-восстановительным методом, что может вызвать путаницу — например, хлор окисляется при извлечении из раствора хлорида натрия.

Очков на вынос

  • Металлы могут быть извлечены из руд восстановлением — удалением кислорода или образованием металлического элемента из соединения.
  • Окисление и восстановление имеют несколько значений, а не только связаны с добавлением и удалением кислорода.
  • Поощряйте студентов как можно чаще использовать ключевые термины. Постоянное моделирование ключевых слов поможет учащимся повысить уверенность и беглость речи.
  • Понимание студентами окислительно-восстановительного потенциала будет развиваться в их понимании переноса электронов и реакций, включая смещение и электролиз.

Металлургические процессы | Безграничная химия

Добывающая металлургия

Добывающая металлургия относится к различным процессам, используемым для извлечения ценных металлов из добытых руд.

Цели обучения

Дайте определение добывающей металлургии.

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Металлические руды образуются в процессе рудогенеза, и они добываются горным способом.
  • Добывающая металлургия — это практика удаления ценных металлов из руды и переработки извлеченных сырых металлов в более чистую форму.
  • Гидрометаллургия использует водные растворы для извлечения металлов из руд (выщелачивание).
  • Пирометаллургия включает высокотемпературные процессы, в которых происходят химические реакции.
  • Электрометаллургия включает в себя металлургические процессы, которые происходят в какой-либо форме электролитической ячейки.
Ключевые термины
  • Добывающая металлургия : Практика удаления ценных металлов из руды и переработки извлеченных необработанных металлов в более чистую форму.
  • Выщелачивание : широко используемый метод экстрактивной металлургии, при котором металлы превращаются в растворимые соли в водных средах.
  • руда : Тип породы, содержащей минералы с важными элементами, включая металлы.

Руды

Руда — это порода, содержащая полезные ископаемые с такими важными элементами, как металлы. Руды добываются путем добычи; затем они очищаются для извлечения ценного (ых) элемента (ов). Содержание или концентрация рудного минерала или металла, а также форма его залегания напрямую влияют на затраты, связанные с его добычей. Стоимость добычи должна быть сопоставлена ​​с ценностью металла, содержащегося в породе, чтобы определить, какие руды следует обрабатывать, а какие руды имеют слишком низкое содержание, чтобы их можно было добывать.

Золотая руда : высококачественная золотая руда из кварцевой жилы недалеко от Альмы, Колорадо. Внешний вид типичен для очень хорошей золотокварцевой руды.

Металлические руды обычно представляют собой оксиды, сульфиды и силикаты «самородных» металлов (таких как самородная медь), которые обычно не концентрируются в земной коре. Рудные тела образованы различными геологическими процессами. Процесс рудообразования называется рудогенезом.

Подготовка руды

Для извлечения «важного» элемента из руды требуется несколько шагов:

  1. Сначала руду нужно отделить от нежелательных пород.
  2. Затем минералы необходимо отделить от руды
  3. Поскольку большинство минералов не являются чистыми металлами, требуются дополнительные методы разделения.

Большинство минералов представляют собой химические соединения, содержащие металлы и другие элементы.

Добывающая металлургия

Добывающая металлургия — это практика удаления ценных металлов из руды и переработки извлеченных сырых металлов в более чистую форму. Чтобы превратить оксид или сульфид металла в более чистый металл, руда должна быть восстановлена ​​физически, химически или электролитически.Добывающих металлургов интересуют три основных потока: сырье, концентрат (оксид / сульфид ценного металла) и хвосты (отходы).

После добычи крупные куски руды дробятся путем дробления и / или измельчения. На этом этапе создаются частицы, которые являются либо в основном ценными, либо в основном отходами. Концентрация ценных частиц в форме, поддерживающей разделение, позволяет удалить желаемый металл из отходов.

Рудные тела часто содержат более одного ценного металла.Хвосты предыдущего процесса могут использоваться в качестве сырья в другом процессе для извлечения вторичного продукта из исходной руды. Кроме того, концентрат может содержать более одного ценного металла. Этот концентрат будет обрабатываться для разделения ценных металлов на отдельные составляющие.

Гидрометаллургия

Гидрометаллургия занимается процессами, в которых используются водные растворы для извлечения металлов из руд. Наиболее распространенным гидрометаллургическим процессом является выщелачивание, при котором ценные металлы растворяются в водном растворе.После отделения раствора от твердой руды раствор часто подвергают различным процессам очистки и концентрирования перед извлечением ценного металла либо в его металлическом состоянии, либо в виде химического соединения. Процессы очистки и концентрирования раствора могут включать осаждение, дистилляцию, адсорбцию и экстракцию растворителем. Заключительный этап восстановления может включать осаждение, цементацию или электрометаллургический процесс.

Иногда гидрометаллургические процессы могут проводиться непосредственно на рудном материале без каких-либо этапов предварительной обработки.Чаще руду необходимо предварительно обрабатывать с помощью различных стадий обогащения полезных ископаемых, а иногда и пирометаллургических процессов.

Пирометаллургия

Пирометаллургия включает высокотемпературные процессы, при которых происходят химические реакции между газами, твердыми телами и расплавленными материалами. Твердые вещества, содержащие ценные металлы, либо вступают в реакцию с образованием промежуточных соединений для дальнейшей обработки, либо преобразуются в их элементарное или металлическое состояние. Типичными пирометаллургическими процессами, в которых участвуют газы и твердые частицы, являются операции обжига.Процессы производства расплавленных продуктов в совокупности называются операциями плавки. Энергия, необходимая для поддержания высокотемпературных пирометаллургических процессов, может полностью зависеть от экзотермической природы протекающих химических реакций, обычно реакций окисления. Однако часто энергия должна добавляться к процессу за счет сжигания топлива или, в случае некоторых процессов плавки, путем прямого приложения электрической энергии.

Электрометаллургия

Электрометаллургия включает в себя металлургические процессы, которые происходят в электролитической ячейке той или иной формы.Наиболее распространенными видами электрометаллургических процессов являются электролитическое извлечение и электролитическое рафинирование. Электролизное извлечение — это процесс электролиза, используемый для извлечения металлов в водном растворе, обычно в результате того, что руда подверглась одному или нескольким гидрометаллургическим процессам. Интересующий металл нанесен на катод, а анод состоит из инертного электрического проводника. Электрорафинирование используется для растворения загрязненного металлического анода (обычно в процессе плавки) и получения катода высокой чистоты.Электролиз плавленых солей — это еще один электрометаллургический процесс, при котором ценный металл растворяется в расплавленной соли, которая действует как электролит, а ценный металл собирается на катоде элемента.

Сфера применения электрометаллургии в значительной степени совпадает с областями гидрометаллургии и (в случае электролиза плавленых солей) пирометаллургии. Кроме того, электрохимические явления играют значительную роль во многих процессах переработки полезных ископаемых и гидрометаллургических процессах.

Производство стали и рафинирование

При рафинировании нечистый металл очищается; в сталеплавильном производстве из сырого железа удаляются примеси и добавляются легирующие элементы.

Цели обучения

Напомним, что сталь производится из железной руды.

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Сталеплавильное производство — это второй этап производства стали из железной руды, на котором из сырого железа удаляются примеси и добавляются легирующие элементы для получения необходимой стали.
  • Современные процессы производства стали делятся на две категории: первичная и вторичная выплавка стали.
  • В первичном сталеплавильном производстве в качестве сырья используется в основном новый чугун, обычно из доменной печи.
  • Вторичная выплавка стали осуществляется в дуговой электропечи с использованием стального лома в качестве основного сырья.
  • Рафинирование заключается в очистке нечистого металла.
  • Кованое и рафинированное железо — продукты переработки чугуна.
Ключевые термины
  • Рафинирование : Рафинирование (как в неметаллургических целях) заключается в очистке нечистого материала, в данном случае металла.
  • сталеплавильное производство : второй этап производства стали из железной руды
  • Дуговая электропечь : печь, в которой загружаемый материал нагревается с помощью электрической дуги

Обзор сталеплавильного производства

Сталеплавильное производство — это второй этап производства стали из железной руды. На этом этапе из сырого железа удаляются такие примеси, как сера, фосфор и избыточный углерод, и добавляются легирующие элементы, такие как марганец, никель, хром и ванадий, для получения необходимой стали.

Современные процессы производства стали делятся на две категории: первичная и вторичная выплавка стали. В первичном сталеплавильном производстве в качестве сырья используется в основном новый чугун, обычно из доменной печи. Вторичное производство стали использует в качестве первичного сырья стальной лом. Газы, образующиеся при производстве стали, можно использовать в качестве источника энергии.

Первичное производство стали

Производство стали с кислородным азотом — это метод первичной выплавки стали, при котором обогащенный углеродом жидкий чугун (чугун, полученный в доменной печи) превращается в сталь.Продувка кислородом расплавленного чугуна снижает содержание углерода в сплаве и превращает его в низкоуглеродистую сталь. Процесс называется «основным» из-за pH огнеупоров и оксидов кальция и оксида магния, которые покрывают емкость для защиты от высокой температуры расплавленного металла.

Вторичное производство стали

Вторичная выплавка стали чаще всего выполняется в дуговой электропечи. Печь состоит из футерованного огнеупором сосуда, часто с водяным охлаждением и закрытого раздвижной крышей.Именно через этот сосуд в печь попадает один или несколько графитовых электродов. Как только печь загружается металлоломом, начинается плавление. Электроды опускают на лом, зажигают дугу, и электроды устанавливают так, чтобы врезаться в слой измельченного материала наверху печи. Когда электроды достигают тяжелого расплава у основания печи и дуги экранируются ломом, напряжение повышается, а электроды слегка приподнимаются, увеличивая мощность расплава.Кислород вдувается в металлолом, воспламеняя или разрезая сталь, что ускоряет плавление лома.

Электродуговая печь : Электродуговая печь (большой цилиндр) выпускается.

Образование шлака, который плавает на поверхности жидкой стали, является важной частью сталеплавильного производства. Шлак обычно состоит из оксидов металлов и служит местом назначения окисленных примесей. Он функционирует как термоодеяла, останавливая чрезмерную потерю тепла, а также способствует снижению эрозии огнеупорной футеровки.

Когда лом полностью расплавится и ванна станет плоской, в печь можно загрузить еще одно ведро лома и расплавить его. Как только температура и химический состав будут правильными, сталь выгружается в предварительно нагретый ковш путем наклона печи. В печах с простой углеродистой сталью, как только шлак обнаруживается во время выпуска, печь быстро наклоняется назад в сторону удаления шлака, что сводит к минимуму унос шлака в ковш.

Сталеплавильное производство в Хисарне

Процесс производства стали в Хисарне — это процесс первичного производства стали, при котором железная руда перерабатывается почти непосредственно в сталь.Процесс основан на новом типе доменной печи, называемой циклонной конвертерной печью, которая позволяет пропустить процесс производства чугунных окатышей, необходимый этап основного процесса производства стали в кислородном конвертере. Поскольку этот этап пропускается, процесс HIsarna более энергоэффективен и имеет меньший углеродный след, чем традиционные процессы производства стали.

Нефтепереработка

Рафинирование заключается в очистке нечистого материала, в данном случае металла. При очистке конечный материал обычно химически идентичен исходному, но чище.Существует множество различных способов рафинирования, включая пирометаллургические и гидрометаллургические методы.

Кованое железо

Продукция доменной печи — чугун, содержащий 4-5 процентов углерода и обычно некоторое количество кремния. Для производства ковочного продукта требовался дополнительный процесс, обычно называемый «очисткой», а не «рафинированием». ”Начиная с XVI века этот процесс осуществлялся в кузнице для украшений. В конце 18 века его начали заменять лужением в печи для лужения, которое, в свою очередь, постепенно вытеснялось производством мягкой стали по бессемеровскому процессу.

Эйфелева башня : Эйфелева башня построена из кованого железа в лужах.

Термин «переработка» используется в более узком контексте. Первоначальный процесс пудлинга Генри Корта работал только тогда, когда сырьем служил белый чугун, а не серый чугун, который был обычным сырьем для кузниц изысканных украшений. Чтобы серый чугун можно было использовать, был разработан процесс предварительного рафинирования для удаления кремния. Чугун плавился в вытяжной печи, а затем сливался в желоб.Этот процесс окислял кремний с образованием шлака, который плавал по железу и удалялся путем опускания перемычки в конце желоба. Продуктом этого процесса был белый металл, известный как тонкий металл или очищенное железо.

Появление и свойства металлов

Появление металлов

Большинство чистых металлов либо слишком мягкие, хрупкие или химически реактивные для практического использования, а чистые металлы редко встречаются в природе.

Цели обучения

Опишите характеристики металлических сплавов и естественное происхождение самородных металлов.

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Очень немногие металлы могут противостоять естественным процессам выветривания, таким как окисление, поэтому обычно только менее химически активные металлы, такие как золото и платина, встречаются в качестве самородных металлов.
  • Самородные металлы были единственным источником доступа к металлу доисторического человека, поскольку считается, что плавка была открыта около 6500 г. до н.э.
  • Комбинация металлов в различных соотношениях в виде сплавов изменяет свойства чистых металлов для получения желаемых характеристик.
  • Обычно цель изготовления сплавов — сделать их менее хрупкими, твердыми, устойчивыми к коррозии или иметь более желаемый цвет и блеск.
  • Металлы часто извлекаются из Земли путем добычи полезных ископаемых, в результате чего получаются руды, которые являются относительно богатыми источниками необходимых элементов.
Ключевые термины
  • горное дело : деятельность по удалению твердых ценностей из земли.
  • сплав : металл, который представляет собой комбинацию двух или более элементов, по крайней мере, один из которых является металлом.
  • Самородный металл : Любой металл в металлической форме, в чистом виде или в виде сплава.

Самородные металлы

Самородный металл — это любой металл, встречающийся в природе в металлической форме, в чистом виде или в виде сплава. Металлы, которые можно найти в виде природных отложений по отдельности и / или в сплавах, включают сурьму, мышьяк, висмут, кадмий, хром, кобальт, индий, железо, никель, селен, тантал, теллур, олово, титан и цинк.

В природе также встречаются две группы металлов: группа золота и группа платины.

  • Золотая группа состоит из золота, меди, свинца, алюминия, ртути и серебра.
  • Платиновая группа состоит из платины, иридия, осмия, палладия, родия и рутения.

Самородный металл : Самородное золото, частично внедренное в кварцевую породу.

В природе в больших количествах встречаются только золото, серебро, медь и платиновые металлы. В геологических масштабах времени очень немногие металлы могут противостоять естественным процессам выветривания, таким как окисление.Вот почему в качестве самородных металлов встречаются только менее реактивные металлы, такие как золото и платина. Другие обычно встречаются как изолированные карманы, где естественный химический процесс восстанавливает обычное соединение или руду металла. В результате остается чистый металл в виде мелких хлопьев или включений.

Самородные металлы были единственным средством доступа к металлу доисторического человека. Считается, что процесс извлечения металлов из руд (так называемая плавка) был открыт около 6500 г. до н.э. Однако эти металлы можно было найти только в относительно небольших количествах, поэтому их нельзя было широко использовать.Таким образом, хотя медь и железо были известны задолго до медного и железного веков, они не оказали большого влияния на человечество, пока не появилась технология плавления их из руд и, следовательно, их массового производства.

Сплавы

Сплав — это смесь двух или более элементов в твердом растворе, в котором основным компонентом является металл. Большинство чистых металлов слишком мягкие, хрупкие или химически активные для практического использования. Комбинирование металлов в различных соотношениях в качестве сплавов изменяет свойства чистых металлов для получения желаемых характеристик.Обычно цель изготовления сплавов — сделать металлы менее хрупкими, твердыми или более устойчивыми к коррозии или улучшить их цвет или блеск.

Из всех металлических сплавов, используемых сегодня, сплавы железа (сталь, нержавеющая сталь, чугун, инструментальная сталь и легированная сталь) составляют самую большую долю как по количеству, так и по коммерческой стоимости. Железо, легированное углеродом в различных пропорциях, дает стали с низким, средним и высоким содержанием углерода; повышенный уровень углерода снижает пластичность и вязкость.Добавление кремния дает чугуны, а добавление хрома, никеля и молибдена к углеродистым сталям (более 10%) дает нержавеющие стали.

Другими значительными металлическими сплавами являются сплавы алюминия, титана, меди и магния. Медные сплавы были известны с доисторических времен — бронза дала название бронзовому веку — и сегодня они имеют множество применений, в первую очередь в электропроводке. Сплавы трех других металлов были разработаны позже; из-за своей химической активности они требуют процессов электролитической экстракции.Сплавы алюминия, титана и магния ценятся за их высокое отношение прочности к весу, а магний также может обеспечивать электромагнитное экранирование. Эти материалы идеальны для ситуаций, когда высокое отношение прочности к весу более важно, чем стоимость материала, например, в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Сплавы, специально разработанные для высокоточных применений, таких как реактивные двигатели, могут содержать более десяти элементов.

Руды

Металлы часто добываются из Земли в горнодобывающей промышленности, в результате чего получаются руды, которые являются относительно богатыми источниками необходимых элементов.Руды локализуются поисковыми методами с последующей разведкой и изучением месторождений. Источники полезных ископаемых обычно делятся на открытые рудники, которые разрабатываются путем выемки грунта с использованием тяжелого оборудования, и подземные рудники.

Горнодобывающая промышленность : Чукикамата, Чили, является участком самого большого диаметра и вторым по глубине открытым медным рудником в мире.

После добычи руды металлы должны быть извлечены, обычно путем химического или электролитического восстановления.Пирометаллургия использует высокие температуры для преобразования руды в сырые металлы, а гидрометаллургия использует водную химию для той же цели. Используемые методы зависят от металла и его загрязнителей.

Когда металлическая руда представляет собой ионное соединение этого металла и неметалла, руда обычно должна плавиться (или нагреваться с восстановителем) для извлечения чистого металла. Многие обычные металлы, такие как железо, плавятся с использованием углерода в качестве восстановителя. Некоторые металлы, такие как алюминий и натрий, не имеют коммерчески практичного восстановителя и вместо этого извлекаются с помощью электролиза.Сульфидные руды не восстанавливаются непосредственно до металла, а обжигаются на воздухе, чтобы преобразовать их в оксиды.

Общие свойства металлов

Металл может относиться к элементу, соединению или сплаву, который является хорошим проводником как электричества, так и тепла.

Цели обучения

Напомним общие свойства металлических элементов.

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Электропроводность и теплопроводность металлов обусловлены тем, что их внешние электроны делокализованы.
  • Металлы можно рассматривать как совокупность атомов, погруженных в море электронов, которые очень подвижны.
  • Металлы обычно склонны к образованию катионов за счет потери электронов, реагируя с кислородом воздуха с образованием оксидов в течение различных периодов времени: например, железо ржавеет годами, а калий сгорает за секунды.
  • Металлы, как правило, податливы и пластичны, деформируются под нагрузкой без раскалывания, а также блестящие и блестящие.
Ключевые термины
  • металл : Любой из ряда химических элементов в периодической таблице, которые образуют металлическую связь с атомами других металлов; обычно блестящие, несколько податливые и твердые, часто проводящие тепло и электричество
  • проводящий : Способен проводить электрический ток или тепло.
  • пластичный : Может быть вытянут или растянут в тонкую проволоку под действием механической силы без разрушения.

Металл может относиться к элементу, соединению или сплаву, который является хорошим проводником как электричества, так и тепла. Примеры металлов включают золото, натрий, медь, железо и многие другие элементы. Металлы обычно податливы, пластичны и блестят.

Плотность металлов

Металлы обычно состоят из плотно упакованных атомов, что означает, что атомы расположены как плотно упакованные сферы.В металле атомы легко теряют электроны с образованием положительных ионов (катионов). Эти ионы окружены делокализованными электронами, которые ответственны за проводимость. Образовавшееся твердое тело удерживается вместе за счет электростатических взаимодействий между ионами и электронным облаком, которые называются металлическими связями.

Металлы блестящие и блестящие, с высокой плотностью. У них очень высокие температуры плавления и кипения, потому что металлические связи очень сильны, поэтому атомы не хотят распадаться на жидкость или газ.

Металлический натрий : Металлический натрий достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать пластиковым ножом.

Электропроводность металлов

Металлы в целом являются проводящими, с высокой электропроводностью и высокой теплопроводностью. Обычно они податливы и пластичны, деформируются под действием напряжения без сколов. Например, при ударе молотка по металлу металл «вдавливается», а не раскалывается на куски.

Электро- и теплопроводность металлов обусловлена ​​тем, что их внешние электроны делокализованы.Это означает, что электроны не привязаны к какому-либо одному атому, а могут свободно перемещаться по металлу. Металлы можно рассматривать как совокупность атомов, погруженных в море электронов, которые очень подвижны. Это очень способствует проводимости металла.

Море электронов : «Море электронов» может свободно течь вокруг кристалла положительных ионов металлов.

Металлы обычно склонны к образованию катионов за счет потери электронов. Примером может служить реакция с кислородом воздуха с образованием оксидов в различных временных масштабах (железо ржавеет годами, а калий горит за секунды).Переходные металлы (такие как железо, медь, цинк и никель) окисляются медленнее, потому что они образуют пассивирующий оксидный слой, который защищает внутреннюю часть. Другие, такие как палладий, платина и золото, вообще не вступают в реакцию с атмосферой. Некоторые металлы образуют на своей поверхности барьерный слой оксида, через который не могут проникнуть другие молекулы кислорода. В результате они сохраняют свой блестящий вид и хорошую проводимость в течение многих десятилетий (как алюминий, магний, некоторые стали и титан).

Периодические тенденции в свойствах металлов

Металлические свойства имеют тенденцию уменьшаться в течение периода и увеличиваться в периодической группе.

Цели обучения

Опишите соединение металлических элементов.

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Названия групп в периодической таблице дают подсказки о металлических свойствах элементов.
  • Металлические элементы находятся в левой части таблицы Менделеева.
  • Простая концепция металлов описывает их как решетку положительных ионов, погруженных в море электронов.
Ключевые термины
  • электроотрицательный : имеет тенденцию притягивать электроны для образования химической связи.
  • Семейство : также известная как группа, столбец элементов в периодической таблице, которые обладают одинаковой реакционной способностью из-за их аналогичной электронной конфигурации валентной оболочки

Напомним, что в периодической таблице каждая строка называется периодом. Строки выровнены таким образом, что элементы в каждом вертикальном столбце имеют определенные характеристики.Каждый из столбцов периодической таблицы называется группой. Химики давно сочли удобным называть элементы различных групп, а в некоторых случаях и промежутков групп, именами, приведенными в таблице. Имейте в виду, что названия групп могут дать подсказку о металлических свойствах элементов.

Тенденции в периодической таблице : Семейства периодической таблицы часто группируются по металлическим свойствам.

Когда два элемента соединены химической связью, элемент, который сильнее притягивает общие электроны, имеет большую электроотрицательность.Элементы с низкой электроотрицательностью, как правило, обладают более металлическими свойствами. Таким образом, металлические свойства элементов имеют тенденцию уменьшаться с течением времени и увеличиваться по группе. Тот факт, что металлические элементы находятся в левой части таблицы Менделеева, дает важный ключ к пониманию того, как они соединяются вместе, образуя твердые тела. Все эти элементы обладают низкой электроотрицательностью и легко образуют положительные ионы.

Металлы имеют тенденцию образовывать положительные ионы и отталкиваться друг от друга, так как же атомы металлов остаются связанными в твердом теле? Самая простая концепция металлов — это решетка положительных ионов, погруженных в «море электронов», которые могут свободно перемещаться по твердому телу.Фактически, электроположительная природа металлических атомов позволяет их валентным электронам существовать как подвижная жидкость. Это приводит к их высокой электропроводности. Поскольку каждый ион окружен электронной жидкостью во всех направлениях, связь не имеет направленных свойств; этим объясняется высокая пластичность и пластичность металлов.

Добыча металлов: металлургия | Примечания, видео, контроль качества и тесты | 11 класс> Химия> Металл и металлургические основы

Добыча металлов: металлургия

Процесс извлечения металла в чистом виде из руды известен как металлургия.Процесс обработки зависит от природы руды, примесей и металла.

С точки зрения добычи металлы можно условно разделить на пять категорий.

Категория I: Электроположительные металлы, такие как щелочные металлы, извлекаются электролитическим методом из их расплавов / плавленых солей.

Категория II: Электроположительные металлы, такие как щелочноземельные металлы, извлекаются электролитическим методом из их расплавов солей.

Категория III: Химически активные металлы высокой валентности извлекаются восстановительным и электролитическим методами.

Категория IV: Тяжелые металлы, такие как Fe, Co, Ni, Cu и т. Д. добываются методами обжарки и восстановления.

Катагория V: Менее химически активные металлы, такие как Ag, Au, Pt и т. Д., Извлекаются путем амальгамирования или цианидного процесса.

Различные процессы, используемые для извлечения чистых металлов из их руд:

  1. Концентрация или обогащение руды
  2. Извлечение сырого металла из концентрированной руды
  3. Рафинирование сырого металла.


A. Концентрация или обогащение руды

Это очень важно в металлургии. Руда добывается из земли и обычно содержит пыль, камень, кварц, полевой шпат и другие посторонние материалы. Эти примеси известны как пустая порода или матрица. Процесс отделения пустой породы от руды известен как обогащение. Ниже обсуждается важный процесс концентрации.

  1. Дробление и измельчение руды
    Большие куски руды сначала дробятся на мелкие кусочки с помощью механической дробилки или молотка.Затем измельченная руда измельчается в шаровой мельнице, валковой мельнице или штамповой мельнице. Порошковая руда пропускается через сита определенного размера, а остатки сит дополнительно измельчаются в шаровой мельнице или штамповочной мельнице для получения в конечном итоге мелкой пыли, такой как порошок теора.
  2. Гравитационная сепарация или Levigation
    Этот метод зависит от удельного веса металлической руды и землистых примесей. Порошкообразную руду промывают восходящей струей проточной воды. Более легкие частицы пустой породы смываются, а более тяжелые частицы руды оседают и удаляются с основания.Обычно этим методом концентрируются оксиды, такие как оловянный камень (SnO 2 ), гематит (Fe 2 O 3 ).

  3. Гидравлический классификатор
  4. Магнитная сепарация
    Если руда притягивается магнитом (например, ферромагнитные руды, например, железо), то она отделяется от немагнитных примесей с помощью магнитного сепаратора. Механизм магнитной сепарации показан на следующем рисунке:

    Магнитная сепарация

  5. Процесс пенной флотации
    Это метод, основанный на том принципе, что разные твердые частицы по-разному относятся к нефти и воде.Таким образом, определенные сульфиды металлов, такие как PbS, ZnS, CuFeS 2 и т. Д., Смачиваются определенными маслами, такими как сосновое или эвкалиптовое масло, или различными органическими соединениями серы, а не только водой. В этом процессе порошкообразная руда добавляется к смеси соснового масла и воды и перемешивается продувкой воздуха. Руда, которая утяжеляется нефтью из пены и выходит на поверхность, а примеси оседают ниже. Этот метод называется методом вспенивания и флотации, как показано на рисунке:

    Процесс пенной флотации

  6. Разжижение:
    Этот метод используется для концентрирования руды имеющий более низкую температуру плавления, чем примеси.Например, этим методом можно концентрировать антимонит, руду сурьмы с низкой температурой плавления. Порошкообразная руда нагревается на наклонном полу печи, и температура регулируется так, чтобы она была чуть выше точки плавления руды. Руда плавится и течет, а примеси остаются.
    Очистка жидкостью
  7. Выщелачивание:
    Это химический процесс, при котором порошкообразная руда обрабатывается подходящим реагентом. Растворяется руда, растворяются примеси.Этот процесс называется процессом выщелачивания.
    Например, боксит обрабатывают конц. В растворе NaOH оксид алюминия растворяется, оставляя нерастворимые примеси, которые удаляются фильтрацией.

    Al 2 O 3 .2H 2 O + 2NaOH → 2NaAlO 2 + 3 H 2 O

    NaAlO 2 ↓ + 2H 2 O → Al (OH6) + NaOH

    2Al (OH) 3 → Al 2 O 3 + 3H 2 O

B.Извлечение сырого металла из концентрированной руды:

Извлечение сырых металлов из концентрированной руды включает следующие этапы:

  1. Прокаливание:
    В этом процессе концентрированная руда нагревается в отсутствие воздуха до температуры ниже температуры плавления металла. Прокаливание производится в отражательной печи. В Calcination,
    а. Летучая органическая материя удаляется.
    г. Влага, присутствующая в руде, выбрасывается
    c. Руда становится пористой
    d.Вода удаляется из гидратированных оксидов руды.

    Al 2 O 3 .2H 2 O (боксит) → (схлопывание) Al 2 O 3 + 2H 2 O ↑

    Fe 2 O 3 .3H .3H . 2 O (лимонит) → (прокаливание) Fe 2 O 3 + 3H 2 O ↑
    e. Карбонатные руды разлагаются до оксидов
    ZnCO 3 (цинкит) → ZnO + CO 2
    MgCO 3 (магнезит) → MgO + CO 2
    CaCO 3 (известняк) → CaO CO 2

  2. Обжиг
    В этом процессе руда нагревается отдельно или в смеси с другими материалами при регулярной подаче воздуха с температурой ниже точки плавления металла.Обжиг обычно применяется к сульфидной руде. Во время обжарки
    а. Влага удаляется
    b. Удаляются летучие примеси
    c. Органическое вещество уничтожено
    d. Сера, мышьяк и другие летучие вещества, присутствующие в свободном или комбинированном состоянии, окисляются до летучих оксидов.
    2Zns + 3O 2 → 2ZnO + 2SO 2
    4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 ↑O640 + 2HgS39 2 ↑O
    2HgS39 2 2SO 2
    Иногда руду смешивают с подходящим материалом и затем подвергают обжигу в отсутствие воздуха,
    Ag 2 S + 2NaCl → 2AgCl + Na 2 S
    AgCl + 2Hg → AgHg + HgCl
    Обжиг обычно выполняется в отражательной печи или в доменной печи.

Флюсы

Руда даже после концентрирования и прокаливания все еще содержит определенные примеси, которые были удалены. Есть определенные вещества, известные как флюс, которые при смешивании с кальцинированной рудой соединяются с примесями с образованием легкоплавких материалов, известных как шлак.

Примесь + флюс → Шлак
Эти шлаки не растворяются. Они легче расплавленного металла и, следовательно, плавают по его поверхности. Это два типа флюсов.

  1. Кислотный флюс
  2. Основной флюс

C.Рафинирование сырых металлов

Металлы, полученные любым из этих описанных выше методов, редко бывают чистыми и, следовательно, нуждаются в дальнейшей очистке. Выбор метода очистки зависит от природы металлов и присутствующих примесей. Некоторые методы очистки обсуждаются ниже.

  1. Окислительное рафинирование: —
    Обычно это металл, полученный восстановительными методами, поскольку другие присутствующие элементы также восстанавливаются одновременно. В этом методе нечистый металл нагревается до высокой температуры, а затем подвергается воздействию воздуха, когда присутствуют такие примеси, как карвон, фосфор, мышьяк и т. Д.окисляются до летучих оксидов, которые улетучиваются вместе с уходящими газами.
  2. Дистилляция: —
    Используется для летучих металлов (низкая точка кипения), таких как цинк (407 ° C), ртуть (356,58 ° C), кадмий (765 ° C) и т. Д. Загрязненный металл нагревается в реторте, и его пары отдельно конденсируются в ресивере. Чистый металл перегоняется, а примеси (нелетучие) остаются в реторте.
  3. Ликвация: —
    Этот метод используется для извлечения металлов с низкими температурами плавления, например.Олово и свинец. Загрязненный металл нагревается на наклонном поде печи, когда расплавленный металл уходит от неплавких примесей.
  4. Электролитическое рафинирование:
    Этот метод очистки загрязненных металлов используется при рафинировании хрома, меди, олова, цинка, серебра, свинца, золота, алюминия и т. Д.
    В этом методе катод сделан из чистого металла и нечистый металл используется в качестве анода, как показано на рисунке ниже:

    Очистка электричества

    Здесь медь очищается с помощью этого процесса как
    Cu → Cu +2 + 2e (на аноде)
    Cu +2 + 2e → Cu (на катоде)

Каталожные номера: —

Ghosh, A.К. Химические расчеты. 15-е издание. Индия: Scientific Book Company, 1991.

M.L Sharma & P.N. Чаудхари. Химия продвинутого уровня. 2-е издание. Vol. Катманду, Непал: Ekta Books, 2011.

Palak, K.R. Основы химии. Катманду, Непал: Ратна Пустак Бхандар, 2000.

Патхак, проф. Д-р Тулси Прасад. Ректифицированная химия. Каликастхан, Катманду: Airawati Prakashan (P.) Ltd., 2014.

Извлечение железа и меди — Реакции металлов — AQA — GCSE Chemistry (Single Science) Revision — AQA

Руды

Неактивные металлы, такие как золото, находятся в земной коре как несвязанные элементы.Однако обнаружено, что большинство металлов соединяются с другими элементами с образованием соединений.

Большинство металлов извлекается из руды, обнаруженной в земной коре. Руда — это порода, которая содержит достаточно металла или металлического соединения, чтобы его извлечение было целесообразным.

Методы экстракции

Используемый метод экстракции зависит от положения металла в ряду реакционной способности. В принципе, любой металл можно извлечь из его соединений с помощью электролиза. Однако для этого требуется большое количество электроэнергии, поэтому электролиз стоит дорого.

Если металл менее реакционноспособен, чем углерод, его можно извлечь из его соединений путем нагревания с углеродом. Медь — тому пример. Медь в основном встречается в виде сульфидных руд, которые нагреваются на воздухе, чтобы преобразовать их в оксид меди (II). Расплавленную медь можно получить из оксида меди путем нагревания с углеродом:

Оксид меди + углерод → медь + диоксид углерода

2CuO (s) + C (s) → 2Cu (l) + CO 2 (g)

Оксид меди восстанавливается по мере окисления углерода, так что это пример окислительно-восстановительной реакции.

В таблице приведены методы извлечения различных металлов.

Несмотря на то, что в качестве самого металла обнаруживается неактивный металл, часто требуются химические реакции для удаления других элементов, которые могут его загрязнить.

Извлечение железа

Оксид железа (III) восстанавливается до расплавленного железа, когда он вступает в реакцию с углеродом. Одним из продуктов является оксид углерода:

оксид железа (III) + углерод → железо + оксид углерода

Fe 2 O 3 (с) + 3C (с) → 2Fe (л) + 3CO (г)

Этот метод экстракции работает, потому что углерод более активен, чем железо, поэтому он может вытеснять железо из соединений железа.Извлечение металла нагреванием углеродом дешевле, чем электролизом.

Вопрос

В реакции оксида железа (III) с углеродом укажите, какое вещество восстанавливается, а какое окисляется.

Показать ответ

Углерод получает кислород, поэтому он окисляется. Оксид железа (III) теряет кислород, поэтому он восстанавливается.

Производство металлов | Encyclopedia.com

Горнодобывающая промышленность

Очистка

Редукция

Сплавы

Ресурсы

Термин «производство металла» относится ко всем процессам, задействованным в преобразовании сырья, такого как металлическая руда, в окончательную форму. металл может быть использован в коммерческих или промышленных целях.В периодической таблице есть около 90 элементов, которые можно описать как металлы. Все они имеют различные общие характеристики, от связывания до химической природы. Вообще говоря, металлы — это элементы, которые проводят электричество, они пластичны и пластичны.

В некоторых случаях производство металла включает относительно небольшое количество этапов, поскольку металл уже присутствует в элементарной форме в природе. Так обстоит дело с золотом, серебром, платиной и другими так называемыми благородными металлами. Эти металлы обычно встречаются в природе, не в сочетании с другими элементами, и поэтому могут быть использованы в коммерческих целях с относительно небольшой дополнительной обработкой.

Однако в большинстве случаев металлы встречаются в природе в виде соединений, таких как оксид или сульфид, и сначала должны быть переведены в их элементарное состояние. Затем с ними можно обращаться по-разному, чтобы сделать их пригодными для конкретных практических приложений.

Первый шаг в производстве металла всегда связан с добычей полезных ископаемых. Горная промышленность относится к процессу удаления металла в свободном или комбинированном состоянии с поверхности Земли. Двумя наиболее распространенными формами добычи полезных ископаемых являются наземные и подземные разработки.В первом случае металл или его руда могут быть удалены с верхних нескольких метров поверхности Земли. Например, большая часть мировой меди добывается из огромных карьеров, глубина которых может достигать почти 0,6 мили (1 км), а ширина — более 2,25 мили (3,5 км). Подземная добыча используется для сбора металлических руд, находящихся на больших глубинах под поверхностью Земли.

Некоторые металлы можно получить из морской воды, а не из земной коры.Магний — один из примеров. Каждая кубическая миля морской воды содержит около шести миллионов тонн магния, в основном в форме хлорида магния. Сначала магний осаждают из морской воды в виде гидроксида магния с помощью извести (гидроксида кальция). Затем гидроксид магния превращается обратно в хлорид магния, который теперь представляет собой чистое соединение, а не сложную смесь, поступающую из моря. Наконец, металлический магний получают из хлорида магния путем пропускания электрического тока через водный раствор соединения.

В большинстве случаев металлы и их руды встречаются в почве в составе сложных смесей, которые также содержат горные породы, песок, глину, ил и другие примеси. Поэтому первым шагом в производстве металла для коммерческого использования является отделение руды от отходов, с которыми она образуется. Термин «руда» используется для описания соединения металла, которое содержит достаточно этого металла, чтобы сделать его экономически целесообразным для извлечения металла из соединения.

Одним из примеров способа очистки руды является метод пенной флотации, используемый для руд меди, цинка и некоторых других металлов.В этом методе нечистая руда, взятая из земли, сначала измельчается в порошок, а затем смешивается с водой и вспенивающим агентом, например, сосновым маслом. Затем через смесь продувается поток воздуха, в результате чего она начинает пузыриться и вспениваться. В процессе вспенивания примеси, такие как песок и камни, смачиваются водой и опускаются на дно емкости. Металлическая руда не адсорбирует воду, но адсорбирует сосновое масло. Покрытая нефтью руда всплывает на поверхность смеси, откуда ее можно снять.

Металлы всегда встречаются в рудах в окисленном состоянии, часто в виде оксида или сульфида металла. Следовательно, чтобы преобразовать руду в элементарное состояние, ее необходимо восстановить. Восстановление — это химическая реакция, противоположная окислению. Металлы можно восстанавливать разными способами.

В случае железных руд, например, восстановление может осуществляться путем взаимодействия оксидов железа с углеродом и монооксидом углерода. Одним из распространенных устройств, используемых для этой цели, является доменная печь.Доменная печь представляет собой высокий цилиндрический сосуд, в который загружается железная руда (состоящая из оксидов железа), кокс (почти чистый углерод) и известняк. Затем температура в доменной печи повышается до более чем 1832 ° F (1000 ° ° C). При этой температуре углерод реагирует с кислородом с образованием монооксида углерода, который, в свою очередь, реагирует с оксидами железа с образованием чистого металлического железа. Известняк в исходной смеси, добавленной в доменную печь, вступает в реакцию с диоксидом кремния (песком), который обычно присутствует в железной руде, и удаляет его.

Некоторые оксиды металлов не легко поддаются химическим реакциям восстановления, как в доменном процессе, описанном выше. Примером является восстановление оксида алюминия до металлического алюминия. До 1886 года не было найдено экономически приемлемого метода проведения этого процесса. Затем, будучи молодым студентом химического колледжа, американский изобретатель и инженер Чарльз Мартин Холл (1863–1914) изобрел простой и недорогой электрический метод восстановления оксида алюминия. Благодаря изобретению Холла алюминий получил широкое распространение во всем мире.

На первом этапе этого процесса оксид алюминия отделяется от других оксидов (например, оксидов железа), с которыми он также образуется в процессе Байера. В процессе Байера смесь оксидов природного происхождения добавляется к гидроксиду натрия, который растворяет оксид алюминия, оставляя другие оксиды. Затем оксид алюминия растворяют в минерале, известном как криолит (фторид натрия-алюминия), и помещают в электролитическую ячейку. Когда электрический ток проходит через ячейку, образуется расплавленный металлический алюминий, который опускается на дно ячейки и может быть отведен из ячейки.

В некоторых случаях руда обрабатывается для изменения ее химического состояния перед восстановлением. Например, наиболее распространенными рудами цинка являются сульфиды. Эти соединения сначала обжигают в избытке воздуха, превращая сульфид цинка в оксид цинка. Затем оксид цинка восстанавливается либо путем его реакции с коксом (как в случае с железом), либо путем его электролиза (как в случае алюминия).

Чистые металлы сами по себе часто не подходят для многих практических применений. Например, чистое золото слишком мягкое для большинства применений и в сочетании с другими металлами образует более твердые и устойчивые смеси.Смеси, содержащие два или более металлов, называются сплавами. Возможно, самый известный и наиболее широко используемый из всех сплавов — это сталь.

Термин «сталь» относится к ряду различных веществ, которые содержат железо в качестве основного компонента наряду с одним или несколькими другими элементами. Нержавеющая сталь,

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Сплав — Смесь двух или более металлов со свойствами, отличными от металлов, из которых она изготовлена.

Процесс Байера — Процесс, в котором гидроксид натрия добавляют к смеси встречающихся в природе оксидов, так что оксид алюминия растворяется из смеси.

Процесс Холла — Процесс производства металлического алюминия путем пропускания электрического тока через смесь оксида алюминия, растворенного в криолите (фторид натрия-алюминия).

Благородный металл — Металл, который не вступает в реакцию с другими элементами и поэтому обычно встречается в природе в свободном или несвязанном состоянии.

Руда— Соединение металла, из которого металл может быть извлечен при экономически обоснованных затратах.

Восстановление — Процесс, при котором степень окисления атома снижается за счет получения одного или нескольких электронов.

, например, содержит около 18% хрома, 10% никеля и небольшие количества марганца, углерода, фосфора, серы и кремния, а также железа. Когда ниобий добавляется к стальному сплаву, конечный продукт имеет необычайно высокую прочность. Добавление кобальта дает форму стали, которая выдерживает высокие температуры реактивных двигателей и газовых турбин, а кремнистые стали используются в производстве электрического оборудования.

На заключительных этапах производства металла готовому продукту придают форму, которую можно использовать в других отраслях для производства конечных продуктов. Таким образом, сталь можно приобрести в виде плоских листов, колец, троса и резьбы, плит, цилиндров и других форм.

См. Также Металлургия.

КНИГИ

Браунгарт, Майкл и Уильям МакДонаф. От колыбели до колыбели: переделывая то, как мы делаем вещи. Нью-Йорк: North Point Press, 2002.

Джонсон, Дэвид. Металлы и химические изменения. Кембридж, Великобритания: Королевское химическое общество, 2002.

Кляйн, К. Руководство по минеральной науке. 22-е изд. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2002.

Moniz, B.J. Metallurgy. Homewood, IL: American Technical Publishers, 2003.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.