Способы получения металлов

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

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

2CuS +3 O₂ 2CuO + 2SO₂

4FeS₂ +11O₂ 2Fe₂O₃ + 8SO₂

Полученные оксиды можно восстанавливать несколькими способами.

1. Один из основных – это металлотермия.

- Алюмотермия (алюминотермия)

Cr₂O₃ +2 Al 2Al₂O₃ + 2Cr

- Магниетермия.

Fe₂O₃ +3Mg 3MgO + 2Fe

Можно проводить восстановление и другими веществами.

CuO + C → Cu + CO↑

NiO + H₂ → Ni + H₂O

2. Термическое разложение соединений металлов.

2AlH₃ 2Al + 3H₂↑

Fe(CO)₅ Fe + 5 CO ↑

TiI₄ Ti + 2I₂

Этот метод применяется для получения высокочистых металлов.

3. Электролитическое получение металлов.

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

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

CuSO₄ + Fe → FeSO₄ + Cu

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

Электролиз

 

Цели урока:

Личностные:

Формирование целеустремленности, ответственного отношения к учению, создание основы для формирования интереса к углублению химических знаний и выбора химии в качестве сферы своей профессиональной деятельности.

Метапредметные:

Формирование коммуникативной компетентности в образовательной деятельности (умение слушать партнера, аргументировать свое мнение).

Овладение навыками самостоятельного приобретения знаний, формулирование выводов и заключений, развитие умений извлекать информацию из различных источников (схем, демонстрационных опытов, видеороликов).

Осуществление рефлексии в отношении действий по решению учебных задач, понимание проблемы, умение выдвигать гипотезы, давать определение понятиям.

Предметные:

Понять суть электролиза, дать определение понятию, вывести правила, осознать роль процесса.

Описывать демонстрационные опыты, используя язык химии.

Самостоятельно добывать новые знания (работа со схемой), понять суть электролиза.

Структурировать учебную информацию (отработка умения составлять уравнения электролиза).

Ход урока:

1. Организационный момент.

2. Изучение нового материала.

В 18-19 веках ученые занимались тем, что искали - как устроен мир. Искали и открывали новые элементы. Занимался этим вопросом и английский ученый по фамилии Деви. Он пытался установить, что поташ – это сложной вещество. Современные ученые воспроизвели этот опыт.

Посмотрим видеофрагмент (разложение расплава карбоната калия электрическим током)

Итак, Деви получил калий, но мы не будем изучать калий, а будем изучать процесс, который он использовал.

Как называется этот процесс? (электролиз)

Сегодня наша задача изучить всесторонне данный процесс.

3. Самостоятельная работа (работа с научным текстом). Суть электролиза? Рассматриваем выданную схему, делаем заключение о сути электролиза (схема прилагается).

4. Электролиз расплава.

NaCI → Na⁺+CI^-

Катод: Na⁺ + 1e → Na ⁰

Анод: 2CI^- -2е → CI₂

_эл.ток

2NaCI → 2Na⁰+CI⁰₂

Что такое электролиз?

Студенты выводят самостоятельно определение.

Напишите самостоятельно электролиз расплава оксида алюминия.

_Эл.ток

AI₂O₃ → 2AI³⁺ + 3O^2-

_Эл.ток

2AI₂O₃ → 4AI⁰ + 3O⁰₂

 

Этот процесс происходит у нас в Иркутской области на алюминиевых заводах в г. Шелехово и Братске.

5. Электролиз раствора процесс более сложный.

Раствор хлорида натрия:

NaCI → Na⁺+CI^-

H₂O = H⁺+OH^-

Катод: Na⁺

2H⁺ + 2e → H₂ ⁰

Анод: 2CI^- -2е → CI₂

OH^-

_эл.ток

2NaCI + 2H₂O → H₂⁰+CI⁰₂ + 2NaOH

Такой процесс проходит в г.Саянск на электрохимическом комбинате.

Раствор сульфата меди (II):

Демонстрация опыта: электролиз раствора сульфата меди. Что видим? На катоде медь, на аноде выделение газа.

Записываем:

CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄^2-

H₂O = H⁺+OH^-

Катод: Cu²⁺ + 2е → Сu

H⁺

Анод:

2H₂O – 4е → O₂ + 4H⁺

SO₄^2-

_эл.ток

2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu + O₂ + 2H₂SO₄

6. Чтобы написать процесс электролиза любого другого вещества, выводим два правила:

1. Активные металлы (по алюминий включительно) из растворов не выделяются. Вместо них выделяется водород из воды.

2. Остатки кислородсодержащих (и F^- ) кислот из растворов не выделяются. Вместо них выделяется кислород из воды.

7. Закрепление материала:

выполнение упражнений № 24,25 учебник О.С. Габриелян Химия 11 кл.

8.Значение электролиза? (получение металлов, водорода, галогенов, щелочей и др.).

9. Проверка усвоения материала (тест прилагается)

Итоговый тест.

Электролиз

1. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется на катоде в результате электролиза его водного раствора.

 

	ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА				ПРОДУКТ ЭЛЕКТРОЛИЗА
А)	AlCl3		1)		алюминий
Б)	RbOH		2)		рубидий
В)	Hg(NO3)2		3)		ртуть
Г)	AuCl3		4)		водород
			5)		кислород
			6)		золото
А		Б		В		Г

 

2. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, образующимся на аноде при электролизе его водного раствора.

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТ ЭЛЕКТРОЛИЗА

А) КСI 1) металл

Б) НgСI₂ 2) водород

В) КCIOз 3) кислород

Г) НgS0₄ 4) хлор

5) оксид серы(IV)

6) оксид хлора(VII)

A	Б	В	Г

 

3.Установите соответствие между формулой вещества и продуктами электролиза его водного раствора на инертных электродах.

	ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВ		ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
А)	CaCl2	1)	Ca, O2 , Cl2
Б)	Fe(NO3)3	2)	Fe, H2, Cl2
В)	K2SO4	3)	K, H2, SO3
Г)	FeCl3	4)	Fe, H2, O2
		5)	H2, Cl2
		6)	H2, O2

 

1

2

3

4

 

Оксиды и гидроксиды

Оксиды – нерастворимы, имеют черный или другой цвет, связи ковалентны. За исключением (Ag,Au) переходные металлы реагируют с кислородом, образуя оксиды.

Оксиды – сложные вещества, которые состоят из двух элементов, одним из которых является кислород.

Оксиды металлов бывают: основные (CaO, Na₂O), кислотные (Mn₂O₇), амфотерные (ZnO, Al₂O₃).

Основные оксиды – оксиды, при взаимодействии которых с водой образуются основания.

Кислотные оксиды – оксиды, при взаимодействии которых с водой образуются кислоты. Неметаллы и металлы с валентностью больше 4. (Хром, марганец).

Физические свойства: твердые CaO, жидкие SO₃, газы CO₂.

Химические свойства основных оксидов:

1. Взаимодействие с кислотами (образуется соль и вода):

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

2. Взаимодействие с водой (образуется основание):

Li₂O + H₂O = 2LiOH

3. Взаимодействие с кислотными оксидами:

CaO + CO₂ = CaCO₃

Основания – сложные вещества, в состав которых входят атомы металлов, соединенные с одной или несколькими гидроксильными группами. Основания бывают: растворимые в воде (щелочи) и нерастворимые.

Физические свойства: большинство оснований – твердые вещества с разной растворимостью в воде.

Получение металлов

Самородные элементы – это те вещества, которые находятся в природе в свободном состоянии. К ним относится платина, золото, олово, ртуть. Их отделяют от примесей механически или с помощью химических реагентов. Остальные металлы добывают путем обработки их соединений. Они содержатся в различных ископаемых.

Руда – это минералы и горные породы, в состав которых входят соединения металлов в виде оксидов, карбонатов или сульфидов. Для их получения используют химическую обработку.

Методы получения металлов:

• восстановление оксидов углем;

• получение олова из оловянного камня;

• выплавка чугуна из железной руды;

• обжигание сернистых соединений в специальных печах.

Для облегчения добывания металлов из рудных пород к ним добавляют различные вещества, называемые флюсами. Они помогают удалять нежелательные примеси, такие как глина, известняк, песок. В результате этого процесса получаются легкоплавкие соединения, называемые шлаками. При наличии значительного количества примесей руду перед выплавкой металла обогащают путем удаления большой части ненужных компонентов. Наиболее широко применяемые способы данной обработки – флотация, магнитный и гравитационный способ.