Fémek előállítási módszerei. Az ötvözetek típusai

A fémek ipari beszerzésének többféle módja van. Felhasználásuk a kapott elem kémiai aktivitásától és a felhasznált nyersanyagoktól függ. Egyes fémek tiszta formában megtalálhatók a természetben, míg mások izolálása összetett technológiai eljárást igényel. Egyes elemek kinyerése több órát vesz igénybe, míg mások több éves feldolgozást igényelnek különleges körülmények. Általános módszerek A fémek előállítása a következő kategóriákra osztható: visszanyerés, pörkölés, elektrolízis, lebontás.

Vannak speciális módszerek is a legritkább elemek megszerzésére, amelyek magukban foglalják a létrehozást különleges körülmények a feldolgozási környezetben. Ez magában foglalhatja a szerkezeti rács ionos dekristályosítását, vagy éppen ellenkezőleg, egy szabályozott polikristályosítási eljárást, amely lehetővé teszi egy bizonyos izotóp elérését, radioaktív besugárzást és egyéb nem szabványos expozíciós eljárásokat. Elég ritkán használják őket a magas költségek és a kiválasztott elemek gyakorlati alkalmazásának hiánya miatt. Ezért lakjunk részletesebben a főnél ipari módszerek fémek beszerzése. Meglehetősen változatosak, de mindegyik kémiai ill fizikai tulajdonságok bizonyos anyagok.

A fémek megszerzésének fő módjai

A fémek előállításának egyik fő módszere az oxidokból történő redukció. Ez az egyik leggyakoribb fémvegyület a természetben. A redukciós folyamat nagyolvasztókban, magas hőmérséklet hatására és fémes vagy nemfémes redukálószerek részvételével megy végbe. A fémek közül nagy kémiai aktivitású elemeket használnak, például kalciumot, magnéziumot, alumíniumot.

A felhasznált nemfémes anyagok közé tartozik a szén-monoxid, a hidrogén és a kokszszen. A helyreállítási eljárás lényege, hogy az aktívabb kémiai elem vagy a vegyület kiszorítja a fémet az oxidból és reakcióba lép oxigénnel. Így új oxid és tiszta fém keletkezik a kimeneten. Ez a legelterjedtebb módszer a fémek előállítására a modern kohászatban.

A pörkölés csak egy köztes módszer a tiszta elem előállításához. Ez magában foglalja a fém-szulfid elégetését oxigén atmoszférában, amelynek eredményeként oxid képződik, amelyet ezután redukciós eljárásnak vetnek alá. Ezt a módszert is gyakran használják, mivel a szulfidvegyületek széles körben elterjedtek a természetben. A tiszta fém kénvegyületeiből történő közvetlen előállítását a technológiai folyamat összetettsége és magas költsége miatt nem használják. Sokkal egyszerűbb és gyorsabb a kettős feldolgozás a fent említett módon.

Az elektrolízis, mint fémek előállítására szolgáló módszer, magában foglalja az áram átvezetését egy olvadt fémvegyületen. Az eljárás eredményeként tiszta fém kerül a katódra, a többi anyag pedig az anódra. Ez a módszer fémsókra alkalmazható. De nem univerzális minden elemre. Az eljárás alkálifémek és alumínium előállítására alkalmas. Ez annak köszönhető, hogy a magas kémiai aktivitás, amely hatása alatt elektromos áram lehetővé teszi a létrehozott kapcsolatok könnyű megszakítását. Néha az alkáliföldfém-elemekre alkalmazzák a fémek előállításának elektrolitikus módszerét, de ezek már nem olyan jól alkalmazhatók erre a kezelésre, és néhányan egyáltalán nem szakítják meg teljesen a nemfémmel való kötést.

Az utolsó módszer - a bomlás magas hőmérséklet hatására történik, ami lehetővé teszi az elemek közötti kötések molekuláris szinten történő megszakítását. Minden vegyületnek saját hőmérsékleti szintre van szüksége, de általában a módszer nem tartalmaz semmilyen trükköt vagy sajátosságot. Az egyetlen pont: a feldolgozás eredményeként kapott fém szinterezési eljárást igényelhet. De ez a módszer lehetővé teszi, hogy majdnem 100% -os tisztaságú terméket kapjon, mivel nem használ katalizátorokat és egyéb vegyi anyagokat. A kohászatban a fémek előállítására szolgáló módszereket pirometallurgiai, hidrometallurgiai, elektrometallurgiai és termikus bontásnak nevezik. Ez a négy fenti módszer, csak nem a kémiai, hanem az ipari terminológiában nevezik őket.

Hogyan nyerik a fémet az iparban

A fémgyártás módja nagymértékben függ a föld belsejében való eloszlásától. A bányászat főleg érc formájában történik bizonyos százalék elemeket. A kiváló minőségű ércek akár 90% fémet is tartalmazhatnak. A sovány érceket, amelyek csak 20-30%-át tartalmazzák az anyagnak, a feldolgozás előtt feldolgozó üzembe küldik.

A természetben csak a nemesfémek találhatók meg tiszta formában, amelyeket rög formájában bányásznak. különböző méretű... A kémiailag aktív elemek a formában is megtalálhatók egyszerű sók, vagy polielem vegyületek formájában, amelyek nagyon összetettek kémiai szerkezete, de általában meglehetősen egyszerű bizonyos hatás hatására komponensekre bontani. Közepes és alacsony aktivitású fémek természeti viszonyok oxidokat és szulfidokat képeznek. Ritkábban komplex savas formában találhatók meg fém csatlakozások.

A tiszta fém megszerzése előtt gyakran egy vagy több eljárást hajtanak végre az összetett anyagok egyszerűbbekre bontására. Sokkal könnyebb egy terméket elkülöníteni egy kételemes vegyületből, mint egy többelemes komplex képződményből. kívül technológiai folyamat gondos megfigyelést igényel, amit nagyon nehéz biztosítani, ha arról van szó egy nagy szám különböző tulajdonságú szennyeződések.

Ami a kérdés környezeti oldalát illeti, a legtisztábbnak a fémek elektrokémiai kinyerési módszere tekinthető, mivel a légkörbe juttatásakor nem szabadulnak fel anyagok. A többinél a kohászat a természetre nézve az egyik legkárosabb iparág, ezért modern világ nagy figyelmet fordítanak a hulladékmentes berendezések létrehozásának problémájára.

Már sok gyár felhagyott a kandallós kemencék használatával a modernebb elektromos modellek javára. Sokkal több energiát fogyasztanak, de nem bocsátanak ki üzemanyag égéstermékeket a légkörbe. A fémek újrahasznosítása is nagyon fontos. Ehhez minden országban speciális gyűjtőpontok vannak, ahol átadhatja az elavult vas- és színesfém alkatrészeket, amelyeket aztán újrahasznosításra küldenek. A jövőben új termékek készülnek belőlük, amelyeket rendeltetésszerűen lehet használni.

A fémek a természetben megtalálhatók ásványok, kőzetek, vizes oldatok formájában. Csak néhány (Au, Pt, részben Ag, Cu, Hg) található szabad állapotban.

Ásványi- bizonyos kristályszerkezetű egyedi anyag (például kréta, márvány kalcium-karbonát). Szikla - ásványi anyagok keveréke. A jelentős mennyiségű fémet tartalmazó kőzetet ún érc. Vizes oldatok - óceán és tengervíz; ásványvíz(oldatokban a fémek sók formájában vannak).

Kohászat Tanulmányozó és fejlődő tudomány ipari módszerek fémek kinyerése ércekből.

A fémek előállítása előtt az ércet koncentrálják (töményítik), azaz elválasztják a hulladékkőtől.

Létezik különböző utakércek dúsítása. A leggyakrabban alkalmazott flotációs, gravitációs és mágneses módszerek.

Például a kitermelt ércekben a réztartalom általában nem haladja meg az 1%-ot, ezért előzetes dúsítás szükséges. Ezt a kénes fémek részecskéi felületének és az azokat körülvevő szilikát típusú meddőkőzet eltérő adszorpciós tulajdonságain alapuló ércflotációs módszerrel érjük el. Ha kis polaritású kis keveréket tartalmazó vízben szerves anyag(például fenyőolaj), rázza fel a finomra zúzott rézérc port, és fújja át a levegőt az egész rendszeren, ekkor a réz-szulfid részecskék légbuborékokkal együtt felfelé emelkednek, és az edény peremén átáramlik. hab, és a szilikát részecskék leülepednek az aljára. Ez az alapja a flotációs dúsítási módszernek, melynek segítségével évente több mint 100 millió tonna kénes ércet dolgoznak fel. különféle fémek... A tömény érc - koncentrátum - általában 20-30% rezet tartalmaz. A szelektív (szelektív) flotáció segítségével nemcsak az érc leválasztása lehetséges a meddőkőzettől, hanem a polifémes ércek egyes ásványai is elkülöníthetők.

A kohászati ​​folyamatokat pirometallurgiai és hidrometallurgiai folyamatokra osztják.

Pirometalurgia- fémek kinyerése vegyületeikből (oxidok, szulfidok stb.) vízmentes körülmények között magas hőmérsékletek.

A szulfidércek feldolgozásakor a szulfidokat először pörköléssel oxidokká alakítják, majd az oxidokat szénnel vagy CO-val redukálják:

ZnS + 3O 2 = 2 ZnO + 2SO 2; 2PbS + 3O 2 = 2 PbO + 2SO 2;

ZnO + C = Zn + CO; PbO + C = Pb + CO.

A pirometallurgiai módszert például öntöttvas és acél előállítására használják.

Azonban nem minden fém nyerhető oxidjainak szénnel vagy CO-val történő redukálásával, ezért erősebb redukálószereket használnak: hidrogén, magnézium, alumínium, szilícium. Például olyan fémeket kapnak, mint a króm, molibdén, vas aluminotermia :

3Fe 3 O 4 + 8Al = 9Fe + 4Al 2 O 3.

Hidrometallurgia - fémek kinyerése ércekből különféle reagensek vizes oldataival.

Például egy bázikus sót (CuOH) 2CO 3 tartalmazó ércet kénsavoldattal kezelünk:

(CuOH) 2 CO 3 + 2H 2 SO 4 = 2 CuSO 4 + 3H 2 O + CO 2.

A rezet a keletkező szulfátoldatból elektrolízissel vagy fémvas hatására izolálják:

Fe + CuSO 4 = Cu + FeSO 4.

Technológiának nevezik az egyik fémnek a másikkal való kiszorítását a sóoldatból cementálás.

Réz, cink, kadmium, nikkel, kobalt, mangán és más fémek fogadása elektrolízis sóoldatok. A fémionok kisülése az oldatokból a katódon történik:

Cu +2 + 2 e -= Cu 0.

Ezekben a folyamatokban oldhatatlan anódokat használnak, amelyeken általában oxigén fejlődik:

2H 2O-4 e -→ O 2 + 4H +.

Az aktív fémeket (alkáli és alkáliföldfém) olvadékok elektrolízisével nyerik, mivel ezek a fémek vízben oldódnak:

(katód, -): Mg +2 + 2 e -= Mg 0; (anód, +): 2Cl - - 2 e -= Cl 2 0.

Fémek tisztítási módszerei

A fémek tulajdonságai a bennük lévő szennyeződésektől függenek. Például a titánt hosszú ideig nem használták a szennyeződések miatti törékenysége miatt. A finomítási módszerek kifejlesztése után a titán felhasználása drámaian megnövekedett. Különösen nagyon fontos az elektronikai, számítástechnikai és atomenergia-mérnöki anyagok tisztaságával rendelkezik.

Finomítás- a fémek tisztításának folyamata, a fizikai és a kémiai tulajdonságok fém és szennyeződések.

A fémek tisztításának minden módszere kémiai és fizikai-kémiai módszerre osztható.

Kémiai módszerek A tisztítás a fémek és bizonyos reagensek kölcsönhatásából áll, amelyek csapadékot vagy gáznemű terméket képeznek alapvető fémekkel vagy szennyeződésekkel. A nagy tisztaságú nikkel, vas, titán előállításához illékony fémvegyületek hőbontását alkalmazzák (karboxil eljárás, jodid eljárás).

Vegyük például a cirkónium előállítását. A zárt rendszer jódgőzt és nyers cirkóniumot tartalmaz. A reakcióedényben a hőmérséklet 300 ºС. Ezen a hőmérsékleten illékony cirkónium-tetrajodid képződik a cirkónium felületén:

Zr (s) + 2I 2 (g) ↔ ZrI 4 (g).

A reakcióedény 1500 ºC-ra melegített volfrámszálat tartalmaz. A reakció nagy reverzibilitása miatt cirkónium-jodid rakódik le a wolframszálon, és cirkóniummá bomlik.

Fiziko-kémiai módszerek elektrokémiai, desztillációs, kristályosítási és egyéb tisztítási módszerek.

Az elektrolízist széles körben használják a könnyű- és színesfémek kohászatában. Ezt a módszert számos fém tisztítására használják: réz, ezüst, arany, ólom, ón stb.

Tekintsük például a cink- és rézszennyeződéseket tartalmazó fekete nikkel finomítását, amely anódként szolgál egy elektrolitikus cellában:

E 0 Zn 2+ / Zn = -0,76 V; E 0 Cu 2+ / Cu =, 34 V; E 0 Ni 2+ / Ni = - 0,25 V.

Az anódnál először a legnagyobb negatív potenciállal rendelkező fém oldódik fel. Mivel

E 0 Zn 2+ / Zn< E 0 Ni 2+ / Ni< E 0 Cu 2+ / Cu,

akkor először a cink oldódik fel, majd az alapfém a nikkel:

Zn - 2 e -→ Zn 2 +, Ni - 2 e- → Ni 2 +.

A pozitívabb potenciállal rendelkező rézszennyeződés nem oldódik, és fémrészecskék formájában kicsapódik (iszap). Az oldat Zn 2+ és Ni 2+ ionokat tartalmaz majd. Először is a legpozitívabb potenciállal rendelkező fém, azaz a nikkel kerül a katódra. Így a finomítás eredményeként nikkel rakódik le a katódon, a réz kicsapódik az iszapba, a cink pedig oldatba megy.

Az olvadt vegyületek elektrolízise során alumínium, magnézium, nátrium, lítium, berillium, kalcium, valamint egyes fémek ötvözete keletkezik. A legnagyobb léptékű elektrolitikus eljárás a vegyipar A kifejezés NaCl-oldat elektrolízisére vonatkozik, amelynek során gáz halmazállapotú klórt állítanak elő az anódon, hidrogént a katódon és lúgos oldatot a katódtérben. Ezenkívül az elektrolízis során HF és NaF keverékének olvadékából fluor, vízből hidrogén és oxigén (az ohmos veszteségek csökkentése érdekében az elektrolízist NaOH-oldatban történik), MnSO 4-oldatból mangán-dioxid stb.

Széleskörben használt zóna olvadás , amely abból áll, hogy a fűtési zóna és ennek megfelelően az olvadt fém zóna lassan mozog a tuskó (rúd) mentén. Egyes szennyeződések az olvadékban koncentrálódnak, és a tuskó végén, mások a tuskó elején gyűlnek össze. Többszöri futtatás után a tuskó kezdeti és végső részeit levágják, így a fém megtisztított középső része megmarad.

Fémötvözetek

Ötvözet – ez egy fémes tulajdonságokkal rendelkező rendszer, amely két vagy több fémből áll (az egyik komponens lehet nemfém).

A fémek egymással, valamint nemfémekkel való kémiai kölcsönhatásának kérdései, ha kölcsönhatásuk termékei megőrzik fémes tulajdonságaikat, a szervetlen kémia egyik szakaszát vizsgálja - fémkémia .

Ha a fémeket egymás közötti kémiai kölcsönhatásuk növelésének sorrendjében rendezi, a következő sort kapja:

- a komponensek nem lépnek kölcsönhatásba egymással sem folyékony, sem szilárd állapotban;

- a komponensek folyékony állapotban kölcsönösen feloldódnak, szilárd állapotban eutektikumot képeznek (mechanikus keverék);

- a komponensek egymással bármilyen összetételű folyékony és szilárd oldatot képeznek (korlátlan oldhatóságú rendszerek);

- az alkatrészek egy vagy több fémkapcsolatot alkotnak egymás között, ún intermetallikus (kémiai keverési rendszer).

A fizikai-kémiai elemzést széles körben alkalmazzák az ötvözetek fizikai tulajdonságainak tanulmányozására, összetételüktől függően. Ez lehetővé teszi a rendszerben végbemenő kémiai változások észlelését és tanulmányozását.

A rendszerben végbemenő kémiai átalakulások a különféle fizikai tulajdonságok - olvadási és kristályosodási hőmérséklet, gőznyomás, viszkozitás, sűrűség, keménység, mágneses tulajdonságok, a rendszer elektromos vezetőképessége - változásának jellege alapján ítélhetők meg, összetételétől függően. Tól től különböző típusok gyakrabban alkalmazzák a fizikai-kémiai elemzést termikus elemzés ... Az elemzés során építkeznek és tanulnak olvaszthatósági diagramok, amelyek a rendszer olvadáspontjának összetételétől való függésének grafikonja.

Az olvaszthatósági diagram elkészítéséhez két tiszta anyagot veszünk, és különféle összetételű keverékeket készítünk belőlük. Mindegyik keveréket megolvasztják, majd lassan lehűtik, rendszeres időközönként figyelve a hűtési ötvözet hőmérsékletét. Ily módon hűtési görbét kapunk. ábrán. 1.a tiszta anyag lehűlésének görbéi láthatók (1) és ötvözet ( 2 ). A tiszta anyag folyadékból szilárd halmazállapotba való átmenete a kristályosodáshő felszabadulásával jár, ezért a teljes folyadék kikristályosodásáig a hőmérséklet állandó marad (szakasz időszámításunk előtt,ív 1 ). Továbbá a szilárd anyag hűtése egyenletesen megy végbe.

Az olvadék (oldat) lehűtése esetén a hűtési görbe összetettebb formát mutat (1. ábra, görbe 2). Két anyag olvadékának hűtésének legegyszerűbb esetben először egyenletes hőmérséklet-csökkenés következik be, amíg az egyik anyag kristályai elkezdenek kiválni az oldatból. Mivel az oldat kristályosodási hőmérséklete alacsonyabb, mint a tiszta oldószeré, az oldatból az egyik anyag kristályosodása az oldat kristályosodási hőmérséklete felett kezdődik. Ha valamelyik anyagból kristályok szabadulnak fel, a folyékony olvadék összetétele megváltozik, és a kristályosodás során folyamatosan csökken a megszilárdulásának hőmérséklete. A kristályosodás során felszabaduló hő valamelyest lassítja a lehűlési folyamatot, így a pontból kiindulva l a görbén 2, a lehűlési görbe meredeksége csökken. Végül, amikor az olvadék mindkét anyaghoz képest telítődik , mindkét anyag kristályosodása egyszerre kezdődik meg. Ez egy vízszintes szakasz megjelenésének felel meg a hűtési görbén b`c`. Amikor a kristályosodás véget ér, a hőmérséklet további csökkenése figyelhető meg.

A különböző összetételű keverékek hűtési görbéi alapján olvadási diagramot készítenek. Nézzük a legjellemzőbbeket.

Hasonló információk.

26. lecke.

Téma: A fémek kinyerésének általános módjai.

Az óra célja: megismételni és rendszerezni a fémek ipari beszerzésének főbb módjaira vonatkozó információkat.

Feladatok:

KIKÉPZÉS

biztosítani a fogalmak asszimilációját a fémek beszerzésének fő módszereiről: pirometallurgia, hidrometallurgia és elektrometallurgia;

Fontolja meg és hasonlítsa össze a fémek természetes nyersanyagokból történő előállításának különféle módszereit.

Tekintsük az elektrolízis lényegét, különösen az elektrolitoldatok elektrolízisét.

Erősítse a redox reakciók összeállításának képességét.

FEJLŐDÉS

fejleszti a logikus gondolkodás képességét,

elemezni, általánosítani és következtetéseket levonni,

összehasonlításokat végezni;

Nevelés

a fő dolog megtalálásának képességének fejlesztése,

elősegíti a tanulás iránti érdeklődés kialakulását.

Az óra típusa : kombinált.

Felszerelés és anyagok:

kiosztó didaktikai anyag;

multimédiás projektor;

bemutatás.

Az órák alatt.

I. Szervezési szakasz.

Üdvözlet. A leckére való felkészültség ellenőrzése.

II. A tanult anyag ismétlése.

Az önálló tanulás.

III. Új anyagok tanulása.

1. Fémek a természetben. Kohászat.

Az arany és a platina csak szabad formában található meg. Az ezüst, réz, higany és ón természetes formában és vegyület formájában egyaránt megtalálható a természetben. -ig terjedő feszültségtartományban lévő összes többi fémSn , a természetben csak vegyületek formájában találhatók meg.

Az ilyen vegyületek közül:

kloridok (szilvin, halit vagy kősó, szilvinit);

nitrátok (chilei nitrát);

szulfátok (Glauber-só, gipsz);

karbonátok (kréta, márvány, mészkő; magnezit, dolomit);

szilikátok, beleértve az alumíniumot tartalmazó alumínium-szilikátokat (fehér agyag vagy kaolin, földpát, csillám);

szulfidok (pirit, cinóber, cinkkeverék);

foszfátok.

Ásványi anyagok és sziklák fémeket vagy azok vegyületeit tartalmazó és alkalmas ipari termelés a fémeket érceknek nevezzük.

Ha az ércek két vagy több fém vegyületét tartalmazzák, akkor ezeket polifémnek nevezzük. Például réz-molibdén, ólom-ezüst stb.

A kohászat olyan iparág, amely ércekből fémeket állít elő. Ugyanez a neve a fémek ércekből történő előállításának ipari módszereivel foglalkozó tudománynak.

2. A fémek kinyerésének általános módjai.

1) Pirometalurgia - fémek kinyerése ércekből magas hőmérsékleten redukálószerekkel (szén, szén-monoxid (II), hidrogén, fémek - alumínium, magnézium).

Videón látható - réz nyerése oxidjából redukálószerrel - hidrogénnel.

Videó bemutató - ólom kinyerése oxidjából szénredukálószerrel.

Írd fel ennek a reakciónak az egyenletét!

Videóbemutató - krómgyártás alumíniumtermiával.

Írd fel ennek a reakciónak az egyenletét!

2) Hidrometallurgia - a kevésbé aktív fémek redukciója sóik aktívabb fémekkel való oldatából.

Ez a fémek előállítása, amely két szakaszban zajlik:

A természetes vegyületet megfelelő reagensben "feloldják" ennek a fémnek a sóoldatát képezve.

A kapott oldatból ezt a fémet egy aktívabb fém kiszorítja, vagy elektrolízissel redukálják.

Például réz(II)-oxid CuO-t tartalmazó ércből réz előállításához:

VAL VELuO + H 2 ÍGY 4 = CuSO 4 + H 2 O

CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu

Ugyanígy nyerik az ezüstöt, cinket, molibdént, aranyat, uránt stb.

3) Elektrometallurgia - ezek a fémek elektromos árammal (elektrolízis) történő előállítási módszerei.

Emlékezzünk, mi ez: elektrolízis, elektrolit, elektród, katód, anód, kationok, anionok.

Az elektrolízisben az oxidáló- és redukálószer az elektromos áram.

Az oxidációs és redukciós folyamatok térben elkülönülnek, nem a részecskék egymással, hanem az elektromos áramkör elektródáival érintkezve játszódnak le.

3. Vizes oldatok elektrolízise elektrolit.

Katódos folyamatok elektrolitok vizes oldatában: a kationok vagy vízmolekulák elektronokat fogadnak és redukálódnak.

1. Azok a fémkationok, amelyek standard elektródpotenciálja nagyobb, mint a HIDROGÉNÉ, feszültségsorozatban helyezkednek el utána: Cu 2+ , Hg 2+ , Ag +, Pt 2+ , ..., Pt 4+ ... Az elektrolízis során a katódon szinte teljesen redukálódnak, és fém formájában szabadulnak fel.

2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -

2. Fémkationok kis standard elektródpotenciállal (fémkationok egy Li feszültségsorozat elején + , Na + , K + , Rb + , ..., Al 3+ beleértve). A katódon végzett elektrolízis során ezek nem redukálódnak, hanem a vízmolekulák redukálódnak.

2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -

3. Fémkationok, amelyek szabványos elektródpotenciálja kisebb, mint a HIDROGÉNÉ, de nagyobb, mint az alumíniumé (Mn 2+ , Zn 2+ , Kr 3+ , Fe 2+ , ..., H). Az elektrolízis során ezek a kationok, amelyeket az átlagos elektronvonó képesség jellemez, a katódon a vízmolekulákkal egyidejűleg redukálódnak.

Zn 2+ + 2e = Zn0

2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -

Tekintsük az olvadék és a nátrium-klorid oldat elektrolízisét.

Nézzünk egy videoklipet - réz(II)-klorid oldat elektrolízise.

Írd fel ennek a reakciónak az egyenletét!

IV. A tanult anyag konszolidációja

Videórészlet megtekintése (elektronikus melléklet a tankönyvhöz) a 26. bekezdéshez

26. o. 123. o. (tesztek)

V. Következtetés.

Foglaljuk össze a mai leckét.

Személyes eredmények elemzése (123. o.)

Vi. Házi feladat.

26. o. 122-123. 1-3. feladat (szóban)

Egyedi feladat: 3 tanuló (123. oldal 7. feladat).

A legtöbb fém a természetben olyan vegyületek összetételében található meg, amelyekben a fémek pozitív oxidációs állapotban vannak, ami azt jelenti, hogy egyszerű anyag formájában történő kinyeréshez redukciós folyamatot kell végrehajtani.

De mielőtt a fém természetes vegyületét helyreállítanánk, azt feldolgozható formává kell alakítani, például oxid formává, amelyet a fém redukciója követ. A pirometallurgiai módszer erre épül. Fémek kinyerése érceikből magas hőmérsékleten nem fémes redukálószerek felhasználásával? koksz, szén-monoxid (II), hidrogén; fém? alumínium, magnézium, kalcium és egyéb fémek. ...

Demonstrációs kísérlet 1. Réz kinyerése oxidból hidrogén felhasználásával.

Cu + 2O + H2 = Cu0 + H2O (hidrogéntermia)

2. demonstrációs kísérlet. Vas kinyerése oxidból alumínium felhasználásával.

Fe + 32O3 + 2Al = 2Fe0 + Al2O3 (alumotermia)

Az ipari vas előállításához a vasércet mágneses dúsításnak vetik alá: 3Fe2 O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O vagy 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2, majd a redukciós folyamat függőleges kemencében történik:

Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O

Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2

Médiaelőadás megtekintése. (CD)

A hidrometallurgiai módszer egy természetes vegyület feloldásán alapul, hogy ennek a fémnek a sójából oldatot kapjunk, és ezt a fémet aktívabban kiszorítjuk. Például az érc réz-oxidot tartalmaz, és kénsavban van feloldva:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O, majd végrehajtjuk a szubsztitúciós reakciót

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.

3. demonstrációs kísérlet. Vas kölcsönhatása réz-szulfát oldattal.

Ily módon ezüstöt, cinket, molibdént, aranyat, vanádiumot és más fémeket kapnak.

Elektrometallurgiai módszer.

Ezek a fémek elektromos árammal (elektrolízis) történő előállítási módszerei. Egy média előadás részletének megtekintése. (CD)

Ezzel a módszerrel alumíniumot, alkálifémeket, alkáliföldfémeket állítanak elő. Ugyanakkor az oxidok, hidroxidok vagy kloridok olvadékait elektrolízisnek vetik alá:

NaCl -> Na + + Cl?

katód Na + + e> Na0 ¦ 2

anód 2Cl? 2e> Cl20 ¦ 1

összefoglaló egyenlet: 2NaCl = 2Na + Cl2

Az alumínium előállításának modern, költséghatékony módszerét az amerikai Hall és a francia Eroux találta fel 1886-ban. Ez alumínium-oxid olvadt kriolitban készült oldatának elektrolíziséből áll. Az olvadt kriolit úgy oldja fel az Al2O3-at, mint a víz a cukrot. Az olvadt kriolitban lévő alumínium-oxid „oldat” elektrolízise úgy történik, mintha a kriolit csak oldószer lenne, és az alumínium-oxid? elektrolit.

Al2O3 -> AlAlO3 -> Al3 + + AlO33-

katód Al3 + + 3e -> Al 0 ¦ 4

anód 4AlO33– - 12 e -> 2Al2O3 + 3O2 ¦ 1

összefoglaló egyenlet: 2Al2O3 = 4Al + 3O2.

A vegyületek termikus bomlása.

A vas kölcsönhatásba lép a szén-monoxiddal (II) at magas vérnyomásés 100-2000 °C hőmérsékleten pentakarbonil keletkezik: Fe + 5CO = Fe (CO) 5

A vas-pentakarbonil olyan folyadék, amely desztillációval könnyen elválasztható a szennyeződésektől. Körülbelül 2500 °C hőmérsékleten a karbonil lebomlik, és vaspor keletkezik: Fe (CO) 5 = Fe + 5CO.

A fémek a természetben főleg vegyületek formájában találhatók meg. A természetben csak az alacsony kémiai aktivitású fémek (nemesfémek) találhatók meg szabad állapotban (platina fémek, arany, réz, ezüst, higany). A szerkezeti fémek közül csak a vas, az alumínium és a magnézium található a természetben vegyületek formájában kellő mennyiségben. Viszonylag gazdag ércek erőteljes lelőhelyeit alkotják. Ez megkönnyíti a nagyüzemi betakarításukat.

Mivel a vegyületekben lévő fémek oxidált állapotban vannak (pozitív oxidációs állapotúak), a szabad állapotú kinyerésük redukciós folyamattá redukálódik:

Ezt az eljárást kémiailag vagy elektrokémiailag is végrehajthatjuk.

A kémiai redukció során leggyakrabban a szenet vagy szén-monoxidot (II) használják redukálószerként, valamint hidrogént, aktív fémeket és szilíciumot. Szén-monoxid (II) segítségével vasat nyernek (nagyolvasztóban), sok színesfémet (ón, ólom, cink stb.):

A hidrogénredukciót például volfrám (VI)-oxidból való előállítására használják:

A hidrogén redukálószerként történő alkalmazása biztosítja a keletkező fém legmagasabb tisztaságát. A hidrogént nagyon tiszta vas, réz, nikkel és más fémek előállítására használják.

A fémek előállítására szolgáló eljárást, amelyben a fémeket redukálószerként alkalmazzák, ún metallotermikus ... Ennél a módszernél redukálószerként aktív fémeket használnak. Példák metalloterm reakciókra:

aluminotermia:

magnéziumtermia:

A fémek előállítására szolgáló metallotermikus kísérleteket először N. N. Beketov orosz tudós végzett a 19. században.

A fémeket leggyakrabban oxidjaik redukálásával nyerik, amelyeket viszont a megfelelő természetes ércből izolálnak. Ha az eredeti érc szulfidásvány, akkor az utóbbiakat oxidatív pörkölésnek vetik alá, például:

A fémek elektrokémiai előállítását a megfelelő vegyületek olvadékainak elektrolízisével végzik. Ily módon a legaktívabb fémeket, alkáli- és alkáliföldfémeket, alumíniumot, magnéziumot kapják.

Az elektrokémiai redukciót is használják finomítás más módszerekkel nyert "nyers" fémek (réz, nikkel, cink stb.) (tisztítása). Az elektrolitikus finomítás során egy "durva" (szennyeződésekkel) fémet használnak anódként, és ennek a fémnek a vegyületeinek oldatát használják elektrolitként.

A fémek magas hőmérsékleten történő előállítási módszereit nevezik pirometallurgiai (görögül a pyr a tűz). E módszerek közül sok az ókor óta ismert. A XIX-XX század fordulóján. kezdenek fejlődni hidrometallurgiai fémek kinyerésének módszerei (görögül hidor-víz). Ezekkel a módszerekkel az érc komponenseit vizes oldatba juttatják, majd a fémet elektrolitikus vagy kémiai redukcióval választják el. Így nyerik például a rezet. A réz(II)-oxid CuO-t tartalmazó rézércet híg kénsavval kezeljük:

A réz csökkentésére a keletkező réz(II)-szulfát oldatot vagy elektrolízisnek, vagy az oldatot vaspornak vetik alá.

A hidrometallurgiai módszernek nagy jövője van, hiszen lehetővé teszi, hogy termékhez jussunk anélkül, hogy ércet vonnának ki a földből. (Hasonlítsa össze a hidrometallurgiai fémgyártás előnyeit a földalatti szénelgázosítással.)