Способы получения металлов химия: Получение металлов — урок. Химия, 9 класс.

Содержание

Общие способы получения металлов | Подготовка к ЦТ и ЕГЭ по химии

3 Фев

Posted on 3 февраля, 201731 октября, 2016Author admin 0

Чтобы поделиться, нажимайте

Общие способы получения металлов.

Природные соединения металлов:

хлориды	сильвинит КСl ∙ NaCl, каменная соль NaCl;
сульфиды	серный колчедан FeS₂, киноварь HgS, цинковая обманка ZnS;
карбонаты	мел, мрамор, известняк СаСО₃, магнезит MgCO₃, доломит CaCO₃ ∙ MgCO₃;
сульфаты	глауберова соль Na₂SO₄ ∙ 10 H₂O, гипс CaSO₄ ∙ 2Н₂О;
оксиды	магнитный железняк Fe₃O₄, красный железняк Fe₂O₃, бурый железняк Fe₂O₃ ∙ Н₂О.
нитраты	чилийская селитра NaNO₃;

Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения и пригодные для промышленного получения металлов, называются рудами.

Отрасль промышленности, которая занимается получением металлов из руд, называется металлургией.

Способы получения металлов из руд.

1. Электрометаллургический способ — это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза). Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы.

При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

NaCl _{(расплав)}↔ Na⁺ + Cl

^—

катод Na⁺ + e → Na⁰ ¦ 2

анод 2Cl^—— 2e → Cl₂⁰ ¦ 1

суммарное уравнение: 2NaCl _{(распл. )}– (э.ток)→ 2Na + Cl₂

Современный способ получения алюминия был изобретен в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит растворяет Al₂O_3, как вода растворяет сахар.

Al₂O₃ (расплав) → Al³⁺ + AlO₃^3–

катод Al³⁺ +3e → Al ⁰

¦ 4

анод 4AlO₃^3– –12 e → 2Al₂O₃ +3O₂ ¦ 1

суммарное уравнение: 2Al₂O_{3(распл.)}– (э.ток)→ 4Al + 3O_{2 .}

Пирометаллургический способ — это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей: неметаллических: кокс, оксид углерода (II), водород; металлических: алюминий, магний, кальций.

Алюмотермия: Fe⁺³₂O₃ +2Al = 2Fe⁰ + Al₂O₃	Получают железо, хром.
Восстановление оксидов металлов водородом (водородотермия ): Cu ⁺²O + H₂–(t)→ Cu⁰ + H₂O	Получают малоактивные металлы – медь, вольфрам.
Получение чугуна: В вертикальной печи кокс окисляется до СО, затем происходит постепенное восстановление железа из руды:	3Fe₂O₃ + CO –(t)→ 2Fe₃O₄ + CO₂ , Fe₃O₄ + 4CO –(t)→ 3FeО + 4CO₂ FeO + CO –(t)→ Fe+ CO₂
Восстановление углём (коксом): ZnO + C –(t)→ Zn + CO	Получают цинк, никель.

Гидрометаллургический способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла и вытеснением данного металла более активным. Например, руда содержит оксид меди и ее растворяют в серной кислоте: CuO + H₂SO₄= CuSO₄ + H₂O, затем проводят реакцию замещения:

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu.

Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий.

Если для восстановления требуется оксид металла, то в процессе переработки сначала получают оксид:

а) из сульфида – обжигом в кислороде: 2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂

б) из карбоната – разложением: СаСО₃–(t)→ СаО + СО₂

Понятие о металлургии: общие способы получения металлов

Понятие о металлургии: общие способы получения металлов

Металлургия — это наука о промышленных способах получения металлов.

Различают черную и цветную металлургию.

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

Цветная металлургия — производство остальных металлов и их сплавов.

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

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

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

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

Основные стадии металлургических процессов:

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

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

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

Активные металлы (щелочные и щелочноземельные) классическими «химическими» методами получить из соединений нельзя. Такие металлы в виде ионов — очень слабые окислители, а в простом виде — очень сильные восстановители, поэтому их очень сложно восстановить из катионов в простые вещества. Чем активнее металл, тем сложнее его получить в чистом виде — ведь он стремится прореагировать с другими веществами.

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

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

2NaCl = 2Na + Cl₂

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

KCl + Na = K↑ + NaCl

Литий можно получить электролизом расплава хлорида лития в смеси с KCl или BaCl₂ (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси):

2LiCl = 2Li + Cl₂

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

Са + 2CsCl = 2Cs + CaCl₂

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

MgCl₂→ Mg + Cl₂

Кальций получают электролизом расплавленного хлорида кальция с добавками фторида кальция:

CaCl₂ → Ca + Cl₂

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

4BaO+ 2Al = 3Ba + Ba(AlO₂)₂

Алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия Al₂O₃ в криолите Na₃AlF₆:

2Al

2O₃ → 4Al + 3O₂

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

3.1. Обжиг сульфидов

При обжиге сульфидов металлов образуются оксиды:

2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂

Металлы получают дальнейшим восстановлением оксидов.

3.2. Восстановление металлов углем

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

Например, железо получают восстановлением из оксида углем:

2Fe₂O₃ + 6C → 2Fe + 6CO

ZnO + C → Zn + CO

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

CaO + 3C → CaC₂ + CO

3.

3. Восстановление металлов угарным газом

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

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

2Fe₂O₃ + 6CО → 4Fe + 6CO₂

3.4. Восстановление металлов более активными металлами

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

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

Например, цезий взрывается на воздухе.

Алюмотермия – это восстановление металлов из оксидов алюминием.

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

3CuO + 2Al = Al₂O₃ + 3Cu

Магниетермия – это восстановление металлов из оксидов магнием.

CuO + Mg = Cu + MgO

Железо можно вытеснить из оксида с помощью алюминия:

2Fe₂O₃ + 4Al → 4Fe + 2Al₂O₃

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

Активные металлы вытесняют менее активные из растворов их солей.

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

2AgNO₃ + Cu = Cu(NO₃)₂ + 2Ag

Медь покроется белыми кристаллами серебра.

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

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu

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

Pb(NO₃)₂ + Zn = Pb + Zn (NO₃)₂

3.5. Восстановление металлов из оксидов водородом

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

CuO + H₂ = Cu + H₂O

Чугун получают из железной руды в доменных печах.

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

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

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

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

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

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

Шихта — это железная руда, смешанная с флюсами.

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

C + O₂ = CO₂

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

CO₂ + С = 2CO

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

Fe₂O₃ → Fe₃O₄ (FeO·Fe₂O₃) → FeO → Fe

Последовательность восстановления оксида железа (III):

3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂

FeO + CO → Fe + CO₂

Суммарное уравнение протекающих процессов:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

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

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

CaCO₃ → CaO + CO₂

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

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Извлечение и использование металлов (GCSE) — научный улей

Металлы извлекаются из руд методом, зависящим от положения металла в ряду реактивности. Более активные металлы извлекаются с помощью электролиза, а менее активные металлы можно нагревать с помощью углерода. Другие элементы можно смешивать с металлами для получения сплавов с различными свойствами.

Руды

Нереакционноспособные металлы , такие как серебро и золото, можно найти в земной коре в чистая форма , несвязанная с другими элементами. Однако более реактивных металлов , таких как алюминий и магний, обычно можно найти в сочетании с другим элементом в соединении . руда — это горная порода, которая содержит достаточное количество металла, чтобы сделать ее экономически выгодной для добычи .

Методы извлечения

Метод извлечения металла зависит от его положения в ряду реактивности .

Если металл менее реакционноспособен, чем углерод , его можно извлечь путем взаимодействия с углеродом в реакции замещения. В реакции замещения более реакционноспособный металл может занять место менее реакционноспособного металла в соединении, поскольку более реакционноспособный металл образует более прочные связи.

Углерод заменяет менее активный металл в окислительно-восстановительной реакции , где углерод окисляется , а металл восстанавливается . Поэтому мы называем этот метод восстановлением с использованием углерода 9.0008 .
Элементы, которые более реакционноспособны, чем углерод , будут извлечены с использованием электролиза . Алюминий более реакционноспособен, чем углерод, поэтому его необходимо извлекать из руд, содержащих оксид алюминия, этим методом. Электролиз использует электричество для отделения металла от других элементов в соединении — узнайте больше об электролизе здесь.
Алюминий
используется для самолетов из-за его низкой плотности.
Использование металлов
Алюминий : алюминий очень легкий металл , поэтому он используется в качестве материала для самолетов и велосипедов . Он также имеет защитный внешний слой из оксида алюминия , предотвращающий коррозию . Эти свойства делают алюминий особенно полезным для таких вещей, как , обертывающих продукты питания и банок для напитков .
Медь : медь хороший проводник тепла и электричества, поэтому он используется в электропроводке и системах отопления .
Железо : чистое железо слишком мягкое и реакционноспособное , чтобы быть полезным материалом , поэтому сплавляют с углеродом для получения стали . Различные количества углерода могут быть добавлены для получения различных свойств:
Низкоуглеродистая сталь : она податлива и легко принимает форму, поэтому используется в качестве материала для автомобилей
Высокоуглеродистая сталь : очень прочная и негибкая, используется в качестве материала для мостов машины.
Сплавы
Сплав представляет собой смесь двух или более элементов , где по крайней мере один элемент представляет собой металл . Чистые металлы располагаются в правильной решетке , где слои могут скользить друг по другу. Чем сложнее перемещать слои, тем прочнее металл.
Различные элементы имеют атомов разного размера поэтому, когда вы смешиваете другой элемент с металлом, это нарушает регулярное расположение атомов. Атомы больше не выстраиваются в аккуратные ряды, которые могут легко скользить друг по другу. Это делает сплавы намного прочнее и тверже , чем чистые металлы.
Знаете ли вы…
Легенда гласит, что древний японский кузнец случайно насыпал немного серого порошка на самурайский меч, который он собирал. Серый порошок был металлическим молибденом, а меч из сплава был тверже, прочнее и (очевидно) мог разрезать человеческое тело одним ударом. Изображение: ThePrintCollector/GettyImages
Следующая страница: Кислоты, щелочи и титрование
Скачать рабочий лист: Экстракция и использование металлов / Ответы
Извлечение металлов (химия GCSE)
5 минут чтения
Извлечение металлов из руд
Металлы находятся в земле в виде руд. В земле металлы не встречаются как «чистые металлы». Вместо этого они встречаются как руды металлов , которые представляют собой окисленные металлы. Нереакционноспособные металлы находятся в земной коре в виде несвязанных металлов.
Металлы должны быть извлечены из их руд. Чтобы использовать металлы, мы должны извлечь их из их руд. Мы можем сделать это с помощью реакции восстановления, чтобы удалить кислород из металлической руды.
Процессы извлечения металлов
Реакции восстановления углерода
Мы используем углерод для извлечения металлов. Мы можем использовать реакций восстановления углерода для восстановления металлических руд. В этих реакциях металлические руды восстанавливаются, а углерод окисляется.
Реакции восстановления углерода дают два продукта. Во время реакции восстановления углерода металлическая руда теряет кислород, а углерод получает кислород, образуя двуокись углерода . Для извлечения металлической руды с использованием углерода она должна быть менее реакционноспособной, чем углерод в ряду реакционной способности.
Углерод вытесняет менее химически активные металлы. Как мы узнали ранее, металлы всегда будут вытеснять те, которые менее реакционноспособны, чем они сами. Это означает, что углерод можно использовать только для менее реакционноспособных металлов, таких как цинк, железо и медь.
Углерод может заменить железо . Когда мы реагируем оксид железа (III) с углеродом, углерод вытеснит железо. Это показано в следующем уравнении.
2Fe ₂ O ₃ + 3C → 4Fe + 3CO ₂
Оксид железа (III) + углерод → железо + диоксид углерода
Электролиз
Еще одним методом экстракции является электролиз. Если металл находится выше углерода в ряду реакционной способности, нам нужно искать альтернативный метод извлечения. Электролиз — хорошая альтернатива реакции восстановления углерода, но она может быть довольно дорогой.
Нереакционноспособные металлы часто бывают чистыми. Многие нереакционноспособные металлы (такие как золото) встречаются в чистой форме в земле. Эти чистые металлы не нужно извлекать из руды; мы можем просто извлечь их из земли в чистом виде.
Скачать бесплатные конспекты GCSE по химии
Ваш адрес электронной почты
Выберите вариант GCSE Chemistry NotesGCSE Physics TutorialsGCSE Biology Tutorials
Очистка меди
Мы можем очистить раствор, содержащий медь, например сульфат меди (II), с помощью электролиза. Это включает в себя анод из нечистой меди и катод из чистой меди.
На аноде атомы меди теряют электроны и переходят в раствор в виде ионов. Поэтому размер анода уменьшается, а примеси оседают на дно электролизера.
На катоде эти электроны затем присоединяются для образования атомов очищенной меди. Поэтому катод увеличивается в размерах.
GCSE Химия — Извлечение металлов
Добыча алюминия
1. Алюминиевая руда добывается из земной коры . Эта алюминиевая руда также известна как Боксит .
2. Оксид алюминия производится . Бокситы должны быть очищены до формы оксид алюминия .
3. Оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите при 1000°С . Получают раствор оксида алюминия в расплавленном криолите , который имеет более низкую температуру кипения и более высокую электропроводность.
4. Расплавленный алюминий сливают и получают новый оксид алюминия . Этот процесс повторяется, происходящий на 5-6 вольт и 100000 ампер .
5. Алюминий образуется на отрицательном электроде . Ионы алюминия приобретают электроны, образуя алюминий , который плавится и собирается со дна ячейки.
Al ³⁺    +    3e ^–    →    Al
6. Кислород образуется на положительном электроде . Полученный кислород может реагировать с углеродом с образованием двуокиси углерода.
2O ^2-    –    4e ^–    →    O ₂
C (т)    +    O ₂ (г)    →    CO ₂ (г)
GCSE Химия — Извлечение металлов
Производство хлора, водорода и гидроксида натрия
Процесс электролиза также можно использовать для производства хлора, водорода и гидроксида натрия. Это делается с использованием концентрированного раствора водного хлорида натрия (содержащего H ⁺, Cl ^– и OH ^–), известного как рассол .
GCSE Химия — Извлечение металлов
На катоде водород 9Производится газ 0136, а на аноде выделяется газ хлор . Затем ионы натрия и гидроксида образуют оставшийся раствор гидроксида натрия .
→Что такое добыча металлов?
Извлечение металлов – это процесс выделения металлов из их руд с целью получения чистого металла для использования в различных целях.
→Почему важна добыча металлов?
Добыча металлов важна, потому что она позволяет нам получать чистый металл для использования в самых разных областях, включая электронику, строительство, транспорт и медицинское оборудование.
→Как металлы извлекаются из руд?
Металлы извлекаются из руд различными способами, включая обжиг, плавку и электролиз. Конкретный используемый метод зависит от типа руды и извлекаемого металла.
→Что такое обжиг при извлечении металлов?
Обжиг — это метод, используемый при извлечении металлов, который включает нагревание руды до высоких температур для удаления примесей и получения оксида металла.
→Что такое плавка при добыче металлов?
Плавка – это метод извлечения металлов, который включает нагревание оксида металла, полученного в результате обжига, с восстановителем, таким как углерод, для получения чистого металла.
→Что такое электролиз при извлечении металлов?
Электролиз — это метод извлечения металлов, который включает использование электричества для разделения ионов металлов в растворе и осаждения их в виде чистого металла на катоде.
→Почему для разных металлов различаются методы извлечения?
Метод экстракции различен для разных металлов, поскольку каждый металл имеет свои уникальные химические и физические свойства, которые определяют наиболее эффективный метод экстракции.