Большинство металлов встречаются в природе в составе соединений, в которых металлы находятся в положительной степени окисления, значит для того, чтобы их получить, в виде простого вещества, необходимо провести процесс восстановления.
Но прежде чем восстановить природное соединение металла, необходимо перевести его в форму, доступную для переработки, например, оксидную форму с последующим восстановлением металла. На этом основан пирометаллургический Это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с восстановителей неметаллических ? кокс, оксид углерода (II), водород; металлических ? алюминий, магний, кальций и другие металлы. .
Демонстрационный опыт 1. Получение меди из оксида с водорода.
Cu +2O + H2 = Cu0 + H2O (водородотермия)
Демонстрационный опыт 2. Получение железа из оксида с алюминия.
Fe+32O3 +2Al = 2Fe0 + Al2O3 (алюмотермия)
Для получения железа в промышленности железную руду подвергают магнитному обогащению:3Fe2 O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O или 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 , а затем в вертикальной печи проходит процесс восстановления:
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O
Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2
Просмотр медиалекции . (CD)
Гидрометаллургический 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.
Демонстрационный опыт 3. Взаимодействие железа с раствором медного купороса.
Таким получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий и другие металлы.
Электрометаллургический
Это получения металлов с электрического тока (электролиза). Просмотр фрагмента медиалекции. (CD)
Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:
NaCl —> Na+ + Cl?
катод Na+ + e > Na0 ¦ 2
анод 2Cl? ?2e > Cl20 ¦ 1
суммарное уравнение: 2NaCl = 2Na + Cl2
Современный рентабельный получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия ? электролитом.
Al2O3 —> AlAlO3 —> Al3+ + AlO33–
катод Al3+ +3e —> Al 0 ¦ 4
анод 4AlO33– – 12 e —> 2Al2O3 +3O2 ¦ 1
суммарное уравнение: 2Al2O3= 4Al + 3O2 .
Термическое разложение соединений.
Железо взаимодействует с оксидом углерода (II) при повышенном давлении и температуре 100-2000, образуя пентакарбонил: Fe + 5CO = Fe (CO)5
Пентакарбонил железа-жидкость, которую можно легко отделить от примесей перегонкой. При температуре около 2500 карбонил разлагается, образуя порошок железа: Fe (CO)5 = Fe + 5CO.
Дано: смесь Са, СаО, СаСО₃; с НСl выделяется 0,5 моля газа при сжигании - объем газа уменьшается вдвое; при прокаливании с О₂ масса СаО увеличивается вдвое. Найти: массу смеси Решение: Реакция компонентов смеси с соляной кислотой: 1. Са +2НСl = CaCl₂ + H₂↑ 2. CaO + 2HCl = CaCl₂ + H₂O 3. CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O Газы получаются в 1 и 3 реакциях. n(CO₂+H₂O) = 0,5 моля. Но горит только водород 4. 2Н₂+О₂=2Н₂О, СО₂ - не горит Так как по условию объем уменьшается вдвое, это значит, что n(CO₂) = n(H₂) = 0,5 : 2 = 0,25 (моля) Из уравнений 1 и 3 видно, что на моль Са приходится моль Н₂, а на моль СаСО₃ приходится моль СО₂, значит, n(Ca) = n(H₂) = 0,25 моля n(CaCO₃) = n(CO₂) = 0,25 моля Реакция компонентов смеси при прокаливании в кислородом. 5. 2Са + О₂ = 2СаО 6. СаСО₃ = СаО + СО₂ Химическое количество образовавшегося СаО по реакции 5 равно n(Ca), а по реакции 6 равно n(CаСО₃) Оксид кальция в смеси не изменяется. Его масса по условию увеличивается вдвое: за счет образования СаО по реакциям 5 и 6. Т.к. это одно и тоже вещество, химическое количество СаО также увеличивается вдвое, значит: n(CaO) = n(Са) + n(СаСО₃) = 0,25 + 0,25 = 0,5 (моля) Определим массы компонентов смеси по формуле: m = n*M M(Са) = 40 г/моль М(СаО) = 40 +16 = 56 (г/моль) М(СаСО₃) = 40 + 12 + 16*3 = 100 (г/моль) m(Ca) = 0,25*40 = 10 (г) m(CaO) = 0,5*56 = 28 (г) m(CaCO₃) = 0,25*100 = 25 (г) mсм. = 10 + 28 + 25 = 63 (г) ответ: 63 г
Большинство металлов встречаются в природе в составе соединений, в которых металлы находятся в положительной степени окисления, значит для того, чтобы их получить, в виде простого вещества, необходимо провести процесс восстановления.
Но прежде чем восстановить природное соединение металла, необходимо перевести его в форму, доступную для переработки, например, оксидную форму с последующим восстановлением металла. На этом основан пирометаллургический Это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с восстановителей неметаллических ? кокс, оксид углерода (II), водород; металлических ? алюминий, магний, кальций и другие металлы. .
Демонстрационный опыт 1. Получение меди из оксида с водорода.
Cu +2O + H2 = Cu0 + H2O (водородотермия)
Демонстрационный опыт 2. Получение железа из оксида с алюминия.
Fe+32O3 +2Al = 2Fe0 + Al2O3 (алюмотермия)
Для получения железа в промышленности железную руду подвергают магнитному обогащению:3Fe2 O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O или 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 , а затем в вертикальной печи проходит процесс восстановления:
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O
Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2
Просмотр медиалекции . (CD)
Гидрометаллургический 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.
Демонстрационный опыт 3. Взаимодействие железа с раствором медного купороса.
Таким получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий и другие металлы.
Электрометаллургический
Это получения металлов с электрического тока (электролиза). Просмотр фрагмента медиалекции. (CD)
Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:
NaCl —> Na+ + Cl?
катод Na+ + e > Na0 ¦ 2
анод 2Cl? ?2e > Cl20 ¦ 1
суммарное уравнение: 2NaCl = 2Na + Cl2
Современный рентабельный получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия ? электролитом.
Al2O3 —> AlAlO3 —> Al3+ + AlO33–
катод Al3+ +3e —> Al 0 ¦ 4
анод 4AlO33– – 12 e —> 2Al2O3 +3O2 ¦ 1
суммарное уравнение: 2Al2O3= 4Al + 3O2 .
Термическое разложение соединений.
Железо взаимодействует с оксидом углерода (II) при повышенном давлении и температуре 100-2000, образуя пентакарбонил: Fe + 5CO = Fe (CO)5
Пентакарбонил железа-жидкость, которую можно легко отделить от примесей перегонкой. При температуре около 2500 карбонил разлагается, образуя порошок железа: Fe (CO)5 = Fe + 5CO.
с НСl выделяется 0,5 моля газа
при сжигании - объем газа уменьшается вдвое;
при прокаливании с О₂ масса СаО увеличивается вдвое.
Найти: массу смеси
Решение:
Реакция компонентов смеси с соляной кислотой:
1. Са +2НСl = CaCl₂ + H₂↑
2. CaO + 2HCl = CaCl₂ + H₂O
3. CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O
Газы получаются в 1 и 3 реакциях.
n(CO₂+H₂O) = 0,5 моля.
Но горит только водород
4. 2Н₂+О₂=2Н₂О, СО₂ - не горит
Так как по условию объем уменьшается вдвое, это значит, что
n(CO₂) = n(H₂) = 0,5 : 2 = 0,25 (моля)
Из уравнений 1 и 3 видно, что на моль Са приходится моль Н₂, а на моль СаСО₃ приходится моль СО₂, значит,
n(Ca) = n(H₂) = 0,25 моля
n(CaCO₃) = n(CO₂) = 0,25 моля
Реакция компонентов смеси при прокаливании в кислородом.
5. 2Са + О₂ = 2СаО
6. СаСО₃ = СаО + СО₂
Химическое количество образовавшегося СаО по реакции 5 равно n(Ca), а по реакции 6 равно n(CаСО₃)
Оксид кальция в смеси не изменяется. Его масса по условию увеличивается вдвое: за счет образования СаО по реакциям 5 и 6. Т.к. это одно и тоже вещество, химическое количество СаО также увеличивается вдвое, значит:
n(CaO) = n(Са) + n(СаСО₃) = 0,25 + 0,25 = 0,5 (моля)
Определим массы компонентов смеси по формуле: m = n*M
M(Са) = 40 г/моль
М(СаО) = 40 +16 = 56 (г/моль)
М(СаСО₃) = 40 + 12 + 16*3 = 100 (г/моль)
m(Ca) = 0,25*40 = 10 (г)
m(CaO) = 0,5*56 = 28 (г)
m(CaCO₃) = 0,25*100 = 25 (г)
mсм. = 10 + 28 + 25 = 63 (г)
ответ: 63 г