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, 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 = 2Fe3 O4 + 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. Если полученный порошок подвергнуть спеканию в вакууме или в атмосфере водорода, то получится металл, содержащий 99,98– 99,999% железа. Еще более глубокой степени очистки железа (до 99,9999%) можно достичь методом зонной плавки.
- 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, 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 = 2Fe3 O4 + 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.
Если полученный порошок подвергнуть спеканию в вакууме или в атмосфере водорода, то получится металл, содержащий 99,98– 99,999% железа. Еще более глубокой степени очистки железа (до 99,9999%) можно достичь методом зонной плавки.
Fe₂²⁺- e⁻ = Fe³⁺ | 4 восстановитель, процесс окисления
O₂⁰ + 4e⁻ = 2O²⁻ | 1 окислитель, процесс восстановления
NaFeO2 + 4HCl = FeCl3 + NaCl + 2H2O
Na⁺+FeO₂⁻+4H⁺+4Cl⁻=Fe³⁺+3Cl⁻+Na⁺+Cl⁻+2H₂O
FeO₂⁻+4H⁺=Fe³⁺+2H₂O
FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3NaCl
Fe³⁺+3Cl⁻+3Na⁺+3OH⁻=Fe(OH)₃↓+3Na⁺+3Cl⁻
Fe³⁺+3OH⁻=Fe(OH)₃↓
Fe(OH)3 + 3KOH = K3FeO3 + 3H2O
3H⁺+FeO₃³⁻+3K⁺+3OH⁻=3K⁺+FeO₃³⁻+3H₂O
3H⁺+3OH⁻=3H₂O
H⁺+OH⁻=H₂O
2K3FeO3 + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3K2SO4 + 6H2O
6K⁺+2FeO₃³⁻+12H⁺+6SO₄²⁻=2Fe³⁺+3SO₄²⁻+6K⁺+3SO₄²⁻+6H₂O
2FeO₃³⁻+12H⁺=2Fe³⁺+6H₂O
FeO₃²⁻+6H⁺=Fe³⁺+3H₂O
2Fe2(SO4)3 =t°900÷1000°C⇒2Fe2O3 + 6SO2↑ + 3O2↑
Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O
Fe2(SO4)3 + 2K4[Fe(CN)6] = 2KFe[Fe(CN)6]↓+3K2SO4
2Fe³⁺+3SO₄²⁻+8K⁺+[Fe(CN)₆]⁴⁻=2KFe[Fe(CN)₆]↓+6K⁺+3SO₄²⁻
2Fe³⁺+2K⁺+[Fe(CN)₆] = 2KFe[Fe(CN)₆]↓