Общие способы получения металлов

Тема: Общие способы получения металлов

Обучающая цель: обсудить и сравнить различные способы получения металлов из природного сырья, рассмотреть сущность пирометаллургического и гидрометаллургического способа получения металлов, развить и укрепить навыки химического эксперимента.

Развивающая цель: развитие внимания, мышления, логики, умения анализировать и делать выводы.

Воспитательная цель: воспитывать интерес к химии.

Принципы обучения: научность, связь теории с практикой, доступность, индивидуальный подход к учащемуся, активизация учебного процесса.

Методы опрос, рассказ, беседа.

Тип урока: изучение нового материала.

Средства обучения: доска, таблицы.

Ход урока

І. Организация работы группы (оглашение темы, цели, плана работы на уроке, заполнение журнала).

ІІ. Проверка домашнего задания.

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 уравнения реакций.

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

б) Mg + H₃PO₄ → (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.

ІІІ. Актуализация опорных знаний.

Повторение строения Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева, строение атомов металлов.

ІV. Изучение нового материала.

Природные соединения металлов

      В природе металлы встречаются чаще всего в виде соединений (металлических руд). Объясняется это высокой химической активностью метал лов.

«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 сложного вещества.

Благородные металлы — Аи, Pt, встречаются в природе только в свободном виде.

Активные металлы (до Sn) встречаются только в виде соединений.

Некоторые металлы встречаются и в свободном виде и в виде соединений (Sn, Cu, Hg, Ag).

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

Получение металлов

Какой основной химический процесс лежит в основе получения металлов?

Большинство металлов встречаются в природе в составе соединений, 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 занимается важнейшая отрасль промышленности, называемая металлургией. Но прежде чем восстановить природное соединение металла необходимо перевести его в форму доступную для обработки. Это может быть обжиг руд для перевода металла в оксид его или растворение нерастворимых соединений: обработка кислотами, содой и др. Катионы металлов М^+п в металлургических процессах являются окислителями. Восстановителями выступают следующие вещества: С (уголь), Н₂, СО, Al, Mg, активные металлы — ЩМ, ЩЗМ, электрический ток.

Пирометаллургия — это восстановление металлов из их руд, происходящее 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 + H₂SO₄ = CuSO₄ + Н₂О

                                  CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Сu

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

Электрометаллургия — это методы восстановления металлов с помощью 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).

1. Восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом

Mе_xO_y + C = CO₂ + Me,

Mе_xO_y + C = CO + Me,  

Mе_xO_y + CO = CO₂ + Me

Например,

ZnO_y+ C ^t= CO + Zn  

Fe₃O₄+ 4CO ^t= 4CO₂ + 3Fe  

MgO + C ^t= Mg + CO

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

1 стадия – Mе_xS_y+O₂=Mе_xO_y+SO₂

2 стадия -  Mе_xO_y + C = CO₂ + Me или   Mе_xO_y + CO = CO₂ + Me

Например,

2ZnS + 3O₂ ^t= 2ZnO + 2SO₂↑

MgCO₃ ^t= MgO + CO₂↑

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

Mе_xO_y + Al = Al₂O₃ + Me

Например,

4SrO + 2Al ^t= Sr(AlO₂)₂ + 3Sr

3MnO₂ + 4Al ^t= 3Mn + 2Al₂O₃

2Al + 3BaO ^t= 3Ba + Al₂O₃ (получают барий высокой чистоты)

4. Водородотермия - для получения металлов особой чистоты

Mе_xO_y + H₂ = H₂O + Me

Например,

WO₃ + 3H₂ ^t=  W + 3H₂O↑

MoO₃ + 3H₂ ^t=  Mo + 3H₂O↑

5. 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↑ + 2H₂O (!!! используют изредка для Na)

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+2H₂O –^{раствор, электр. ток.} →   2Cu + O₂ + 2H₂SO₄

V. Закрепление изученного на уроке.

Предложите цепочку производства олова из SnS.  Записать уравнения реакций.

VI. Подведение итогов урока.

Объяснение домашнего задания, оценивание деятельности учащихся.

VII. Домашнее задание.

Выучить конспект. Решить задания в тетради.