Получение металлов
план-конспект урока по химии (9 класс) на тему

Урок 5 (9). Получение металлов

Новое содержание. Самородные металлы, руды и минералы, металлургия, алюмотермия.

Планируемые результаты обучения. Знать важнейшие способы производства металлов.

Цель урока: рассказать о важнейших способах получения металлов.

Демонстрация. Алюмотермия, образцы минералов и руд.

Лабораторные опыты. Знакомство с коллекциями руд.

Ход урока

1. Нахождения металлов в природе. В самородном виде встречаются золото, серебро, платина, которые не реагируют с кислородом (в учебнике сказано — трудно реагируют, это неверно). Другие, более активные металлы (железо, медь) также могут быть найдены в виде самородков, но значительно реже. Их не используют в качестве сырья. Большинство металлов в природе встречаются в виде соединений — оксидов, сульфидов, солей.

Важно объяснить учащимся различие между терминами минерал, горная порода и руда. Природные образования, содержащие минералы металлов в количестве, пригодном для промышленного получения из них металлов, называют рудами. Руды некоторых редких металлов (платиновые металлы, рений, уран) могут содержат доли процента необходимого металла, такую руду первоначально обогащают, получая концентрат. Отметим, что автор в параграфе 12 ошибочно называет мрамор минералом. Это горная порода.

В зависимости от того, где расположен металл в ряду напряжений, можно судить о его нахождении в природе:

• металлы, стоящие в ряду напряжений до алюминия встречаются в природе в виде солей — хлоридов, сульфатов, нитратов, карбонатов;
• металлы от алюминия до ртути — в виде оксидов и сульфидов, реже — в виде карбонатов;
• металлы, располагающиеся в ряду напряжений после водорода, могут встречаться в самородном виде — золото, серебро, платина, реже — ртуть и медь.

Наука о получении металлов из руд называется металлургия. В зависимости от способа извлечения металла из руды выделяют следующие виды металлургических процессов:

2. Металлургия — наука о промышленных способах получения металлов из природного сырья, а также отрасль промышленности, занимающаяся добычей и производством металлов. Металлургическую промышленность делят на черную металлургию (производство железа и его сплавов) и цветную металлургию (производство всех других металлов, кроме железа). Различают несколько основных способов производства металлов.

Пирометаллургией называют процессы восстановления металлов из руд, проводимые при высоких температурах. Она включает восстановление оксидов активными металлами (алюминием — алюмотермия, магнием — магнийтермия), углем, водородом. Методами пирометаллургии получают цинк, олово, свинец, железо, хром, титан, молибден и многие другие металлы.

Сульфидные руды подвергают обжигу:

2CuS + ЗО2 → 2СuО+2SO2.

Оксидные руды и оксиды восстанавливают углём, угарным газом, более активными металлами — алюминием (алюминотермия), магнием (магнийтермия), натрием (натрийтермия):

СuО + С→Сu + СО ;    2А1 + Сr2О3 →2Cr + А12О3.

Гидрометаллургия охватывает методы получения металлов из растворов их солей путем электролиза растворов или вытеснением более активным металлом. Так производят медь, кадмий, извлекают золото и серебро.

CuS + H2SO4 → CuSO4 + H2О

                                                          концентр.

CuSO4 + Fe → FeSO4 + Сu

Электрометаллургия занимается получением металлов при помощи электролиза расплавов. Этим способом получают активные металлы — алюминий, натрий, кальций.

2А12О3 злектролиз→4Аl + ЗО2;

                                                          расплав        

2NaCl  злектpолиз →2Na+Cl2.

                                                            расплав

Способ получения данного металла выбирают исходя из его химической активности, а также из типа соединений, в виде которых он встречается в природе.

Из оксидов и некоторых солей металлы выделяют восстановлением. В качестве восстановителя чаще всего используют уголь:

 t

ZnO + С = Zn + CO.

Некоторые металлы восстанавливают действием водорода. Так в промышленности получают тугоплавкие металлы — молибден и вольфрам:

 t

 МоО3 + ЗН2 = Мо + ЗН2О.

Иногда в качестве восстановителя используют другой, более активный металл, например кальций или алюминий (алюмотермия). Термин алюмотермия в настоящее время более распространен, чем алюминотермия, приведенный в учебнике.

Если металл  встречается в природе в виде соединений с серой, первоначально его переводят в оксиды путем обжига—нагревания на воздухе или в кислороде:

                                                                                     t

2ZnS + ЗО2 = 2ZnO + 2SО2↑.

Карбонатные породы переводят в оксиды нагреванием:

                                                                            t

ВаСО3 = ВаО + CO2↑.

Другим распространенным способом производства металлов является электролиз. Многие активные металлы (натрий, кальций, алюминий) получают электролизом расплавленных солей или оксидов. Малоактивные металлы, например медь, выделяют при пропускании электрического тока через водные растворы их солей:

                                    эл.ток

2CuSO4 + 2Н2О→ 2Cu↓ + 2H2SO4 + О2↑.

Электролиз используют также для очистки металлов (электролитическое рафинирование).

Порошковая металлургия — метод получения слитков тугоплавких металлов, которые вследствие очень высоких температур плавления сложно расплавить и отлить в формы. Позволяет избежать процесса литья. Порошковая металлургия основана на спекании предварительно спрессованного порош ка металла при температуре выше 1000 °С в атмосфере водорода. Затем через брусок из металла пропускают электричеcкий ток, за счет чего он разогревается до температуры плавления, и при этом отдельные его зерна свариваются друг с другом. Полученное изделие подвергают горячей ковке и прокатке. Методом порошковой металлургии получают компактные слитки тугоплавких металлов — молибдена, вольфрама. ниобия, тантала, осмия, платины и др. Используя текст учебника, учащиеся

могут составить таблицу .

Методы получения металлов

3.  Рассматривая пирометаллургию,  следует потренироваться в записи уравнений реакций обжига сульфидных руд. У учащихся нет необходимых знаний для ответа на вопрос 5 — они не знают, что продуктом реакции является оксид железа(III) Fе2О3.

На наш взгляд, реакцию обжига пирита учитель должен рассмотреть в классе в качестве примера процесса, где происходит окисление сразу двух элементов — железа и серы (коэффициент 2 перед серой нужен для уравнивая стехиометрии  Fe : S = 1 : 2, оба элемента входят в состав одного и того же вещества — FeS2):

Домашнее задание. § 9. , упр. 4, 5.