Лекции на тему : Металлы. Коррозия металлов. Получение
план-конспект занятия

Теоретическое занятие

Тема:2.10.2 Металлы. Коррозия металлов. Получение

Урок на тему: Общие способы получения металлов.

Цель урока: познакомить с природными соединениями металлов и с самородными металлами; дать понятие о рудах и металлургии, рассмотреть такие ее разновидности, как пиро–, гидро–, электрометаллургия, термическое разложение соединений металлов.

 Природные соединения металлов.

Металлы могут встречаться в природе или в виде простого вещества или в виде сложного вещества.

Металлы в природе встречаются в трёх формах:

• в свободном виде встречаются золото и платина; золото бывает в распыленном состоянии, а иногда собирается в большие массы ? самородки. Так в Австралии в 1869 году нашли глыбу золота в сто килограммов весом. Через три года обнаружили там же еще большую глыбу весом около двухсот пятидесяти килограммов. Наши русские самородки много меньше, и самый знаменитый, найденный в 1837 году на Южном Урале, весил всего около тридцати шести килограммов.
• 2) в самородном виде и в форме соединений могут находиться в природе серебро, медь, ртуть и олово;
• 3) все металлы, которые в ряду напряжений находятся до олова, встречаются только в виде соединений.

Чаще всего металлы в природе встречаются в виде солей неорганических кислот:

хлоридов - сильвинит КСl • NaCl, каменная соль NaCl;

нитратов – чилийская селитра NaNO3;

сульфатов – глауберова соль Na2SO4  10 H2O, гипс CaSO4 • 2Н2О;

карбонатов – мел, мрамор, известняк СаСО3,

сульфидов серный колчедан FeS2, киноварь HgS, цинковая обманка ZnS;

фосфатов – фосфориты, апатиты Ca 3(PO4)2 ;

оксидов – магнитный железняк Fe3O4, красный железняк Fe2O3, бурый железняк.

Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения и пригодные для промышленного получения металлов, называются рудами.

Отрасль промышленности, которая занимается получением металлов из руд, называется металлургией. Так же называется и наука о промышленных способах получения металлов из руд.

Получение металлов.

- Какой основной химический процесс лежит в основе получения металлов?

1.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. .

1. Получение меди из оксида с помощью водорода.

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

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 + H2= 2Fe3O4 + H2O или

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 

 а затем в вертикальной печи проходит процесс восстановления:

Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O

Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2

2.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 + H2SO4 = CuSO4 + H2O, затем проводят реакцию замещения

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.

3.Электрометаллургический способ.

Это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза).

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

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

По химическим свойствам металлы подразделяют на:

1)Активные (щелочные и щелчноземельные металлы, Mg, Al, Zn и др.)

2) Металлы средней активности (Fe, Cr, Mn и др.) ;

3)Малоактивные (Cu, Ag)

4) Благородные металлы – Au, Pt, Pd и др.

В реакциях - только восстановители. Атомы металлов легко отдают электроны внешнего (а некоторые – и предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы. Возможные степени окисления Ме Низшая 0,+1,+2,+3 Высшая +4,+5,+6,+7,+8

1.Взаимодействие с водородом

1. С ВОДОРОДОМ

Реагируют при нагревании металлы IA и IIA группы, кроме бериллия. Образуются вещества- гидриды, остальные металлы не реагируют.

2K + H₂ = 2KH (гидрид калия)

Ca + H₂ = CaH₂

2.С кислородом

Реагируют все металлы, кроме золота, платины.

Щелочные металлы при нормальных условиях образуют оксиды, пероксиды, надпероксиды (литий – оксид, натрий – пероксид, калий, цезий, рубидий – надпероксид

4Li + O2 = 2Li 2O (оксид)

2Na + O2 = Na 2O2 (пероксид)

Остальные металлы главных подрупп при нормальных условиях образуют оксиды со степенью окисления, равной номеру группы 2Сa+O2=2СaO

2Сa+O2=2СaO

3. с галогенами

галогениды (фториды, хлориды, бромиды, иодиды). Щелочные при нормальных условиях с F, Cl , Br воспламеняются:

2Na + Cl2 = 2NaCl (хлорид)

Щелочноземельные и алюминий реагируют при нормальных условиях:

Сa+Cl2=СaCl2

2Al+3Cl2 = 2AlCl3

Металлы побочных подгрупп при повышенных температурах

Cu + Cl₂ = Cu⁺²Cl₂ Zn + Cl₂ = ZnCl₂

2Fe + ЗС12 = 2Fe⁺³

4.взаимодействие с серой

Реагируют все металлы, кроме золота и платины

с серой – сульфиды:

Fe + S = Fe⁺²S

5. взаимодействие с фосфором и азотом

протекает при нагревании (исключение: литий с азотом при нормальных условиях) :

с фосфором – фосфиды: 3Ca + 2P =Са 3P2,

С азотом – нитриды 6Li + N2 = 3Li 3N (нитрид лития) (н.у.)

6. взаимодействие с углеродом и кремнием

протекает при нагревании:

С углеродом образуются  карбиды:

2Li + 2C = Li 2C2,

 Са + 2С = СаС2

7.взаимодействие  металлов с водой:

С водой реагируют металлы, стоящие до водорода в электрохимическом ряду напряжений Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой без нагревания , образуя растворимые гидроксиды( щелочи ) и водород, алюминий (после разрушения оксидной пленки - амальгирование), магний при нагревании, образуют нерастворимые основания и водород.

2Na + 2HOH = 2NaOH + H2↑
Сa + 2HOH = Ca(OH)2 + H2↑

2Аl + 6Н 2O = 2Аl(ОН)3 + ЗН2↑

Остальные металлы реагируют с водой только в раскаленном состоянии , образуя оксиды (железо – железную окалину)

8.взаимодействие  металлов с  оксидами

Металлы (Al, Mg,Са ), восстанавливают при высокой температуре неметаллы или менее активные металлы из их оксидов → неметалл или малоактивный металл и оксид (кальцийтермия, магнийтермия, алюминотермия)

2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3

 ЗСа + Cr₂O₃ = ЗСаО + 2Cr (800 °C)

9.взаимодействие  металлов со щелочами

Со щелочами взаимодействуют только те металлы, оксиды и гидроксиды которых обладают амфотерными свойствами ((Zn, Al, Cr(III), Fe(III) и др. РАСПЛАВ → соль металла + водород.

2NaOH + Zn → Na 2ZnO2+ H2↑ (цинкат натрия)

2Al + 2(NaOH · H 2O) = 2NaAlO2 + 3H2
РАСТВОР → комплексная соль металла + водород.

10.взаимодействие с кислотами ( кроме HNO2 и Н 2SО4 (конц.))

Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений металлов левее водорода, вытесняют его из разбавленных кислот → соль + водород

Запомни! Азотная кислота никогда не выделяет водород при взаимодействии с металлами.

Мg + 2НС1 = МgСl2 + Н2↑
Al + 2НС1 = Al⁺³Сl₃ + Н2↑

11.взаимодействие с солями.

Активные металлы вытесняют из солей менее активные. Восстановление из растворов:

CuSO4+ Zn = Zn SO4 + Cu

FeSO4 + Cu = РЕАКЦИИ НЕТ

Восстановление металлов из расплавов их солей

3Na+ AlCl₃ = 3NaCl + Al

Металлы групп В реагируют с солями, понижая степень окислениЯ

2Fe⁺³Cl3 + Fe = 3Fe⁺²Cl2

Дом задание :стр.261 параграф  8.2

Закрепление темы.

Самостоятельная работа

по теме: «Металлы»

Вариант 1 (1 бригада)

1. Закончите уравнения реакций:

                                         а) Al + S →

                                         б) Na + H2O →

                                         в) CuCl2 + NaOH →

                                         г) FeO + HNO3 →

2. Осуществите превращения:

                    CuSO4 → Cu → CuO → CuCl2

Самостоятельная работа

по теме: «Металлы»

Вариант 2(2 бригада)

3. Закончите уравнения реакций:

                                         а) KOH + FeCl3 →

                                         б) Na2O + H2O →

                                         в) Al2O3 + HNO3 →

                                         г) Cu + Cl2 →

4. Осуществите превращения:

                    Fe → FeCl2 → Fe(OH)2 → FeO

Дом задание : 1.стр.261 параграф  8.2  сделать краткий конспект

                           Выполнить самостоятельную работу