Получение металлов — урок. Химия, 8–9 класс.

Рудами называют минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения, из которых технически возможно и экономически целесообразно получать чистые металлы.

Получение металлов из руд — задача металлургии.

Металлургия — это и наука о промышленных способах получения металлов из руд, а также соответствующая отрасль промышленности.

Любой металлургический процесс — это процесс восстановления катионов металла с помощью различных восстановителей.
Существует несколько способов получения металлов:

• пирометаллургический,
• электрометаллургический.

Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода \(C\), оксида углерода(\(II\)) \(CO\), водорода h3, металлов — алюминия \(Al\), магния \(Mg\).

Цех пирометаллургического производства

  

1. Восстановление металлов из их оксидов с помощью углерода (в виде кокса, раньше — в виде древесного угля) или оксида углерода(\(II\)) называется карботермией.

 

Например, олово восстанавливают из оловянного камня углеродом:

Sn+4O2−2+C0⟶t°Sn0+C+4O−22.

 

Медь восстанавливают из куприта оксидом углерода(\(II\)):

Cu+12O−2+C+2O−2⟶t°2Cu0+C+4O−22.

 

2. Восстановление металлов из их оксидов с помощью металлов называется металлотермией.

 

Например, хром восстанавливают из оксида хрома(\(III\)) при помощи алюминия (алюминотермия):

Cr+32O−23+2Al0⟶t°2Cr0+Al+32O−23.

 

 

Титан восстанавливают из оксида титана(\(IV\)) магнием:

Ti+4O2−2+2Mg0⟶t°Ti0+2Mg+2O−2.

 

3. Восстановление металлов из их оксидов с помощью водорода. Таким образом получают металлы с высокой степенью чистоты.

 

Например, так восстанавливают вольфрам из оксида вольфрама(\(VI\)):

W+6O3−2+3H02⟶t°W0+3h3+1O−2.

  

4. Руды, образованные сульфидами металлов, предварительно подвергают обжигу (окисляют кислородом воздуха), а затем металл восстанавливают из образовавшегося оксида.

 

Например, цинковую обманку (сульфид цинка) подвергают обжигу (при этом образуется оксид цинка и диоксид серы), а затем полученный оксид цинка восстанавливают углеродом: 

1) 2Zn+2S−2+3O02⟶t°2Zn+2O−2+2S+4O−22;       2) Zn+2O−2+C0⟶t°Zn0+C+2O−2.

 

Электрометаллургия — восстановление металлов из растворов или расплавов их соединений под действием электрического тока (электролиз).

В процессе электролиза за счёт электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая самопроизвольно идти не может.

 

Электролизный цех металлургического завода

  

1. Восстановление активных металлов электролизом из расплавов их солей (галогенидов).

 

Например, натрий можно получить из расплавленного хлорида натрия под действием электрического тока:

2Na+1Cl−1⟶электролиз2Na0+Cl02.

 

2. Восстановление металлов средней активности и неактивных металлов электролизом из растворов их солей.

 

Например, олово образуется при электролизе раствора хлорида олова(\(II\)):

Sn+2Cl2−1⟶электролизSn0+Cl02.

  

Медь образуется при электролизе раствора сульфата меди(\(II\)):

2Cu+2S+6O−24+2H+12O−2⟶электролиз2Cu0+O02+2h3+1S+6O−24.

www.yaklass.ru

Получение металлов в химии

Получение щелочных металлов

Все щелочные металлы возможно получить электролизом расплава их солей, однако на практике таким способом получают только Li и Na, что связано с высокой химической активностью K, Rb, Cs:

2LiCl = 2Li + Cl₂↑

2NaCl = 2Na + Cl₂↑

Любой щелочной металл можно получить восстановлением соответствующего галогенида (хлорида или бромида), применяя в качестве восстановителей Ca, Mg или Si. Реакции проводят при нагревании (600 – 900С) и под вакуумом. Уравнение получения щелочных металлов таким способом в общем виде:

2MeCl + Ca = 2Mе↑ + CaCl₂,

где Ме – металл.

Известен способ получения лития из его оксида. Реакцию проводят при нагревании до 300°С и под вакуумом:

2Li₂O + Si + 2CaO = 4Li + Ca₂SiO

4

Получение калия возможно по реакции между расплавленным гидроксидом калия и жидким натрием. Реакцию проводят при нагревании до 440°С:

KOH + Na = K + NaOH

Получение щелочноземельных металлов

Получение Be осуществляют по реакции восстановления его фторида. Реакция протекает при нагревании:

BeF₂ + Mg = Be + MgF₂

Магний, кальций и стронций получают электролизом расплавов солей, чаще всего – хлоридов:

CaCl₂ = Ca + Cl₂↑

Причем, при получении Mg электролизом расплава дихлорида для понижения температуры плавления в реакционную смесь добавляют NaCl.

Для получения Mg в промышленности используют металло- и углетермические методы:

2(CaO×MgO) (доломит) + Si = Ca₂SiO₄ + Mg

Основной способ получения Ba – восстановление оксида:

3BaO + 2Al = 3Ba + Al₂O₃

Получение алюминия

Алюминий получают электролизом расплава оксида этого элемента:

2Al₂O₃ = 4Al + 3O₂↑

Однако из-за небольшого выхода продукта, чаще используют способ получения алюминия электролизом смеси Na₃[AlF₆] и Al₂O₃. Реакция протекает при нагревании до 960С и в присутствии катализаторов – фторидов (AlF₃, CaF₂ и др.), при этом на выделение алюминия происходит на катоде, а на аноде выделяется кислород.

Получение переходных металлов

Получение титана осуществляют в две стадии – сначала из получают хлорид титана из оксида, а затем восстанавливают его магнием:

TiO₂ + 2Cl₂ +2C = TiCl₂ + 2CO (800 – 1000C)

TiCl₂ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂

Чистый ванадий получают из оксида ванадия (V) кальцийтермическим восстановлением или из VCl₃ и VI₂ магний – и йодотермическим восстановлением, соответственно:

V₂O₅ + 5Ca = 5CaO + V

Для получения хрома используют алюмотермический способ:

Na₂Cr₂O₇ + 2C = Cr₂O₃ + Na₂CO₃ + CO

Cr₂O₃ +2Al = Al₂O₃ + 2Cr

Получение молибдена осуществляют — из оксидов (разложение или восстановление их водородом):

3MoO₂ = Mo + 2MoO₃

Основные способы получения марганца – электролиз MnSO₄ и восстановление оксидов кремнием:

2Mn₂O₃ + 3Si = 4Mn + 3SiO₂

Тяжелые металлы получают восстановлением из руд при высоких температурах и в присутствии катализатора (пирометаллургия) (1) или восстановлением из солей в растворе (гидрометаллургия) (2):

Cu₂O + C = 2Cu + CO (1)

CuSO₄ + Fe = Cu + FeSO₄ (2)

Некоторые металлы получают термическим разложением их неустойчивых соединений:

Ni(CO)₄ = Ni + 4CO

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Химики! ! вопрос «Какими способами можно получить металлы? «

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 способ. Это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей неметаллических? кокс, оксид углерода (II), водород; металлических? алюминий, магний, кальций и другие металлы. . Демонстрационный опыт 1. Получение меди из оксида с помощью водорода. Cu +2O + h3 = Cu0 + h3O (водородотермия) Демонстрационный опыт 2. Получение железа из оксида с помощью алюминия. Fe+32O3 +2Al = 2Fe0 + Al2O3 (алюмотермия) Для получения железа в промышленности железную руду подвергают магнитному обогащению: 3Fe2 O3 + h3 = 2Fe3 O4 + h3O или 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2, а затем в вертикальной печи проходит процесс восстановления: Fe3O4 + 4h3 = 3Fe + 4h3O Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2 Просмотр медиалекции . (CD) Гидрометаллургический способ 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 + h3SO4 = CuSO4 + h3O, затем проводят реакцию замещения CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu. Демонстрационный опыт 3. Взаимодействие железа с раствором медного купороса. Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий и другие металлы. Электрометаллургический способ. Это способы получения металлов с помощью 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 способ 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.

Любыми. Смотря что и из чего.

синтез металлов

touch.otvet.mail.ru

Производство металла от добычи руды до готового изделия

Большинство металлов представляют собой химические соединения. Такая форма не позволяет получить полноценный материал для дальнейшего производства конечных изделий. Добываемая на месторождениях руда не подходит для данных целей. Чтобы получить из сырья металл, сырье должно подвергаться определенному технологическому процессу.

В какой форме металл встречается в природе?

Всего существует две разновидности, в которой добываются металлы:

1. Самородная форма. Платина, ртуть, золото, медь, серебро и некоторые другие металлы в природе находятся уже в свободном состоянии. Они не требуют длительной обработки. Чтобы получить сырье для изготовления конечного изделия, такие металлы очищают от примесей механически либо с задействованием реагентов.
2. В виде руды. Представляют собой соединения, которое находится в горных породах/минералах. Извлечение металла производится исключительно промышленным способам. В руде обычно встречаются либо оксид, либо соли металлов. К последним относятся сульфиды и карбонаты. Одна руда может содержать несколько металлов, то есть являются полиметаллическими, к примеру, медно-цинковые, свинцово-серебряные и другие.

Вторая форма встречается в природе гораздо чаще. Исключение составляют только драгоценные металлы, добыча которых связана с очисткой от посторонних примесей.

Какие способы получения металла существуют?

Руда, в которой содержатся разнообразные соединения металла, бывает разной. Конкретный состав влияет на технологию получения материала:

• Восстановление из оксидов с задействованием углерода. Относится к основному способу получения многих металлов. Из оловянного камня выплавляют — олово, из железной руды получают чугун. Из других металлов выплавку проводят из оксидов.
• Обжиг в специальной промышленной печи. Данная технология применяется к сернистой руде. Этот способ предполагает то, что в результате обжига в специальной печи получают сернистое соединение.

Состав руды напрямую влияет на конкретную технологию обработки руды.

Металлургическая промышленность

Представляет собой отрасль производства по получению разнообразных металлов из руды. Металлургией называют не только промышленное производство. Этот термин применяется и к науке, изучающей различные промышленные методы получения металла. Металлургический процесс представляет собой восстановление катионов металла с задействованием самых различных восстановителей.
Металл из руды получают при задействовании определенных восстановителей. Последние подбирают с учетом активной составляющей металла, затратах, соблюдения экологических правил. Обязательно рассматривают и целесообразность выполнения металлургического процесса. Применяют три основных технологии получения металла из различной руды:

• электрометаллургическую;
• пирометаллургическую;
• гидрометаллургическую.

Каждый метод обработки руды имеет свои особенности.

Гидрометаллургия

Заключается в восстановлении металла из солевых водяных растворов. Этот технологический процесс проводится в два этапа:

1. в правильно подобранном реагенте растворяют рудное соединение, которое позволяет получить раствор соли металла;
2. из раствора, полученного в первом шаге, вытесняют либо активные металлы, либо проводят электролитическое восстановление.

Чтобы получить чистую медь из руды с содержанием CuO, на сырье воздействуют серной разбавленной кислотой. Из раствора сульфата методом вытеснения железа либо электролизом получают чистую медь. По аналогичной (близкой к данной методике) вырабатывают золото, уран, цинк, молибден, серебро.

Электрометаллургия и пирометаллургия

Технология электрометаллургии представляет собой восстановление металла посредством метода электролиза расплава либо раствора из данных соединений. Подобным образом получают металлы из руды щелочных, щелочноземельных металлов или алюминия. Электролиз применяют для расплавов оксидов, хлоридов металлов, гидроксидов.
Пирометаллургия представляет собой технологию восстановления из руды при высокой температуре, а также с такими восстановителями, как магний, алюминий, двуокись углерода, водорода либо углерода. Олово получают из касситерита, а медь — из куприта путем прокаливания с коксом, то есть углеродом.

Получение металла из сульфидных и карбонатных руд

На первом этапе сульфидные руды подвергают обжигу, когда к сырью поступает воздух. В результате получают оксид, который восстанавливают с помощью угля. Аналогичным способом прокаливают карбонатные руды. Они распадаются под воздействием высоких температур и образуют оксиды, которые затем восстанавливают углем.

Данная процедура позволяет получить цинк, германий, свинец, железо, медь, кадмий и прочие металлы. Они отличаются тем, что не образуют прочные карбиды с углеродом. В качестве восстановителей могут выступать водород и активные металлы. Данный метод позволяет получать довольно чистые металлы. Чаще всего задействуют алюминий, который имеет высокую теплоту образования оксида.

Как получают щелочные металлы?

Массовое получение щелочных металлов считается одним из самых сложных процессов. Это обусловлено высокой активностью данного соединения, поскольку в природе оно встречается исключительно в связанном виде. Сильные восстановители требуют больших энергетических затрат. Они могут быть полученны четырьмя способами:

1. Литий производят из оксида в вакууме либо посредством электролиза хлорида этой руды, который получают путем переработки сподумена.
2. Натрий получают путем прокаливания соды и угля в закрытом плотно тигле. Еще одним способом получения данного металла является электролиз расплава хлорида натрия с задействованием кальция.
3. Рубидий и цезий получают восстановлением хлоридов, соединением с помощью кальция при температуре от 700 и до 800 градусов. Если задействуют цирконий, температура может опускаться до 650 градусов. Такая технология получения металла из руды является энергозатратной и дорогой. 
4. Калий производят при выполнении электролиза расплава солей либо пропусканием паров натрия через хлорид данного соединения. Этот металл получают при вступлении в реакцию гидроксида калия и жидкого натрия при температуре 440 градусов.

>

В чем заключаются отличия сплавов от металлов?

Никакой принципиальной разницы между этими двумя понятиями не существует. Это обусловлено тем, что даже металлы, которые считаются чистейшими, содержат в себе даже небольшое количество примесей. Любые используемые в промышленности и других отраслях металлы являются сплавами по своей сути. Их получают в результате целенаправленного добавления к металлу соединений или элементов для улучшения физических свойств и достижения необходимых эксплуатационных показателей.

Почему используют именно сплавы?

Технику производят из металлических материалов с многочисленными свойствами. Чистейшие и полученные различные способами металлы содержат в себе небольшие следы примесей, но не обладают нужными характеристиками. Чтобы добиться необходимых эксплуатационных свойств, используют сплавы.
Они обладают необходимыми физическими свойствами и позволяют производить огромное количество разнообразных изделий. Сплавами называют однородные макроскопические материалы, которые являются двух- и многокомпонентными. Основная доля химических элементов приходится именно на металлы.

Сплавы отличаются собственной структурой. Все сплавы состоят из следующих компонентов:

• основы — один либо большее количество металлов;
• добавки — модифицирующие либо легирующие в небольшом количестве;
• примеси — остаточные вещества природного, случайного либо технологического характера.

Конкретный состав уже обусловлен сплавом и конкретным производимым конечным изделием.

Подведение итогов

Металлы, которые используются в производстве различных изделий, не являются чистыми. Большинство добывают в виде руды. Она изымается в карьеры чаще всего подрывным способом и доставляется на перерабатывающий металлургический комбинат. Конкретный метод обработки зависит от разновидности руды.
Получаемый в результате металл может быть условно чистейшим, поскольку содержит некоторое количество примесей. Это не делает его пригодным для производства конечных изделий, поскольку материал еще не обладает всеми необходимыми эксплуатационными свойствами. Для изготовления металлической продукции используют сплавы.

superarch.ru

Способы получения металлов

Способы получения металлов.

Автор презентации: учитель химии МБОУ СОШ № 131 Цирина Татьяна Анатольевна

Металлургия.

• Металлургия – наука о промышленных способах получения металлов из природного сырья.
• Металлургия делится на три отрасли: пирометаллургию, гидрометаллургию и электрометаллургию.

Пирометаллургия.

Пирометаллургия – это получение металлов из природных руд реакциями восстановления при высокой температуре.

Получение из оксидов.

1) Восстановление углеродом.

ZnO + C Zn + CO

2) Восстановление угарным газом.

Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2

Такими способами получают металлы средней активности и неактивные.

Получение из оксидов.

3) Восстановление водородом.

WO 3 + 3H 2 W + 3H 2 O

Таким способом получают редкоземельные металлы.

Алюмотермия

4) 3MnO 2 + 4Al 3Mn + 2Al 2 O 3

Таким способом получают Mn, Cr, Ti, Mo, W

Получение из сульфидов.

Получение происходит по схеме:

сульфиды оксиды металлы

Получение из сульфидов.

а) 2ZnS + 3O 2 2ZnO + 2SO 2

б) ZnO + C Zn + CO

Гидрометаллургия.

Гидрометаллургия – получение металлов из растворов их солей.

Получение происходит по схеме:

Руда раствор соли металл

Гидрометаллургия.

а) CuO + H 2 SO 4 (р-р) CuSO 4 + H 2 O

б)CuSO 4 + Fe FeSO 4 + Cu

Таким способом получают Cu, Ag, Au, Zn, Mo, U и другие металлы.

Электрометаллургия.

Электрометаллургия – получение металлов с помощью электрического тока (электролиз).

2Na + Cl — Na 0 + Cl2 0

Таким способом получают только самые активные металлы.

Спасибо за внимание.

videouroki.net

Металлургия: общие способы получения металлов.

Металлургия — это комплексная отрасль промышленности, которая занимается производством металлов.

Поскольку большинство металлов в природе существует в виде различных соединений, то химическая суть металлургических процессов заключается в восстановлении металлов:

Me⁺ⁿ + nē → Me⁰

В зависимости от того, какой используется восстановитель и каковы условия, при которых проводят процессы восстановления различают пиро-, гидро-, электро- и биометаллургию.

Пирометаллургия (от греч. огонь и металлургия) представляет собой все химические способы восстановления металлов из руд, осуществляемые с применением  высоких температур.

В качестве восстановителей в пирометаллургии используют уголь (кокс), оксид углерода (II), водород, активные металлы, кремний.

Оксидные руды чаще всего восстанавливают коксом или оксидом углерода  (II)  — этот процесс носит название карботермия:

Для извлечения металлов пирометаллургическим способом из сульфидных руд их сначала подвергают предварительному отжигу:

А затем, полученный оксид восстанавливают коксом:

Тугоплавкие металлы, например, молибден и вольфрам, восстанавливают водородом:

Если восстановителями химически активные металлы, то этот пирометаллургический способ называют металлотермия. В зависимости от природы металла-восстановителя различают алюминотермию, или алюмотермию, — восстановление алюминием и магнийтермию — восстановление магнием. Способ металлотермии позволяет восстанавливать металлы не только из оксидов, но и с галогенидов:

Известен способ восстановления металлов кремнием, называемый силикотермией:

Гидрометаллургия представляет собой метод получения металлов, заклющийся в преобразовании природных соединений металлов в растворимую форму с последующим восстановлением металла из раствора. О возможности применения гидрометаллургических процессов для извлечения металлов еще в 1763 г.. Говорил М. В. Ломоносов. Гидрометаллургического способами добывают благородные (золото, серебро, платину), цветные (медь, никель, цинк, кобальт), редкие (цирконий, гафний, тантал) и другие металлы:

NiSO₄ + Zn = Ni + ZnSO₄

К преимуществам данного способа относится возможность его использования для получения металлов при их малом содержании в руде,  которую невозможно перерабатывать обычными способами; снижение во многих случаях загрязнения окружающей среды, например, при обжиге сульфидных руд.

Электрометаллургия — это способ получения металлов с применением электрического тока —  электролиза. Электролизом расплавов получают самые активные металлы (от лития до марганца в ряду активности), электролизом водных растворов — менее активные (Zn, Cu, Ni, Cr и т.д.).

Биометалургия основана на биохимических процессах, протекающих при использовании микроорганизмов. Известно, что микроорганизмы типа литотрофы (с лат. – «поедающие камни») могут преобразовывать нерастворимые сульфиды металлов в растворимые сульфаты. Сейчас с применением микроорганизмов добывают медь (в США данный метод достигает 10% от общего ее  производства), уран, рений, серебро, никель, свинец, а также некоторые редкие металлы.

scienceforyou.ru

Ответы@Mail.Ru: основные способы получения металлов

1) Восстановление: — из их оксидов углем или оксидом углерода (II) ZnО + С = Zn + СО Fе2О3 + ЗСО = 2Fе + ЗСО2 — водородом WO3 + 3h3 =W + 3h3O СоО + Н2 = Со + Н2О — алюминотермия 4Аl + ЗМnО2 = 2А12О3 + ЗМn 2) Обжигом сульфидов металлов и последующим восстановлением образовавшихся оксидов (например, углем) 2ZnS + ЗО2 = 2ZnО + 2SО2 ZnО + С = СО + Zn 3) Электролизом расплавов солей СuСl2, — Сu2+ 2Сl Катод (восстановление) : Анод (окисление) : Сu2+ 2е- = Сu0 2Cl — 2е- = Сl°2

плавка в доменных печах

Способы получения металлов: 1) одним из главных способов получения металлов из руд основан на восстановлении их оксидов углем: Cu2O + C = 2Cu + CO?; 2) производят выплавку чугуна из железных руд, получение олова из оловянного камня SnO2 и восстановление других металлов из оксидов; 3) для получения металлов из сернистых руд, последние вначале переводят в сернистые соединения с помощью обжигания в специальных печах: Шпаргалка по неорганической химии

touch.otvet.mail.ru