Конспект урока по химии в 9 классе По теме: «Сплавы»

Урок химии в 9 классе «Получение металлов»

Автор, разработчик:

Учитель Талицких М.В. МБОУ СОШ ст.Луковской им.С.Г.Астанина Моздокского р-на РСО-Алания

Предмет:

Химия

(рабочая программа составлена на основе ФГОС, авторской программы по химии О.С.Габриеляна и ориентирована на использование учебника «Химия. 9 класс» Габриелян О.С. – М.: Дрофа, 2013г)

Класс:

9 класс

Тип урока:

По ведущей дидактической цели:

урок изучения нового материала;

По способу организации деятельности:

индивидуально-групповой;

По ведущему методу обучения:

проблемно-поисковый.

Продолжительность урока:

1 урок по 40 минут.

Технология

: развивающее обучение, технология критического мышления, проблемное обучение, обучение в сотрудничестве, ИКТ, здоровьесберегающие технологии.

Цели урока.

Обучающие:

Познакомить учащихся с природными соединениями металлов и с самородными металлами;

Дать понятие о рудах и металлургии;

Рассмотреть такие ее разновидности, как пиро-, гидро- и электрометаллургия, металлотермия.

Развивающие:

Закрепить умение находить степени окисления;

Развитие познавательной активности учащихся, вырабатывать умение наблюдать, анализировать, делать выводы, объяснять ход эксперимента;

Формирование основных учебных компетенций: учебной, коммуникативной, личностной;

Развивать умения мыслить нестандартно, творчески;

Воспитательные:

Воспитывать коммуникативные качества, умение высказывать собственное мнение, сотрудничать в паре;

Ориентирование учащихся на здоровый образ жизни;

Формирование правильной самооценки учащихся;

Воспитание потребности в знаниях, повышения познавательных интересов, привитие интереса к химии.

Здоровьесберегающие технологии:

следить за осанкой учащихся; проводить упражнения для снятия напряжения глаз; проветривание помещения.

Методы – см в Приложении

Основной: проблемно-поисковый

Средства обучения:

1) учебник «Химия. 9 класс» Габриелян О.С. – М.: Дрофа, 2013г.

2) мультимедийный проектор, экран, компьютер, колонки, видеосюжеты («Единая коллекция Цифровых образовательных ресурсов»), таблица химических элементов.

3) на столах учащихся –тетрадь, в которой учащиеся делают записи в течении всего урока.

4) химические реактивы для лабораторного опыта.

Формирование УУД- см в Приложении:

Предметные:

П 1:

Знать характерные свойства амфотерных элементов, их соединений;

П 2:

Иметь представление о решении задач нового типа;

П 3:

анализ и синтез информации;

Деятельность учащихся – см в Приложении

Ход урока

(см. технологическую карту).

Тема:

«Общие способы получения металлов» 9-класс.

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, продемонстрировать лабораторные способы получения металлов и с помощью фрагментов медиалекции ознакомить с промышленным производством металлов.

Оборудование:

компьютер, видеопроектор,

I. Организационный момент.Приветствие

II. Проверка домашнего задания.

1. Написать уравнения реакций взаимодействия между веществами:

а) Li, Na, Ca, Fe c O2, Cl2, S, N2, C:

б) Na, Ca, Al c H2O;

в) Zn c H2SO4; Al c HCl;

г) Zn c CuSO4; Al c NaOH; Be c KOH.

2. Осуществите след. реакций: Al Al(OH)3 _ Al2 O3 AlCl3  Al(OH)3

Mg  MgO  MgSO4  Mg(OH)2

ІІІ.
Природные соединения металлов.
Металлы в природе встречаются в трёх формах:

1) 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. В середине XVII века в Колумбии испанцы, промывая золото, находили вместе с ним тяжелый серебристый металл. Этот металл казался таким же тяжелым, как и золото, и его нельзя было отделить от золота промывкою. Хотя он и напоминал серебро (по-испански plata), но был почти нерастворим и упорно не поддавался выплавке; его считали случайной вредной примесью или преднамеренной подделкой драгоценного золота. Поэтому испанское правительство приказывало в начале XVIII столетия выбрасывать этот вредный металл при свидетелях обратно в реку. Месторождения платины находятся и на Урале. Оно представляет собой массив дунита (изверженная горная порода, состоящая из силикатов железа и магния с примесью железняка). В нем содержатся включения самородной платины в виде зерен.

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, магнезит MgCO3, доломит CaCO3 • MgCO3;

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, содержащий различные гидроксиды железа (III)

Fe2O3 • Н2О.

Ещё в середине II тысячелетия до н. э. в Египте было освоено получение железа из железных руд. Это положило начало железному веку в истории человечества, который пришёл на смену каменному и бронзовому векам. На территории нашей страны начало железного века относят к рубежу II и I тысячелетий до н. э.

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.

III. 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. .

Пирометаллургический способ:

Получение меди из оксида с помощью водорода.

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

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= 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 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.

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 .

В английской “Энциклопедии для мальчиков и девочек” статья об алюминии начинается следующими словами: “23 февраля 1886 года в истории цивилизации начался новый металлический век — век алюминия. В этот день Чарльз Холл, 22-летний химик, явился в лабораторию своего первого учителя с дюжиной маленьких шариков серебристо-белого алюминия в руке и с новостью, что он нашел способ изготовлять этот металл дешево и в больших количествах”. Так Холл сделался основоположником американской алюминиевой промышленности и англосаксонским национальным героем, как человек, сделавшим из науки великолепный бизнес.

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.

Таким образом, мы познакомились с природными соединениями металлов и способами выделения из них металла, как простого вещества.

IV. Закрепление темы.

Выполнить тестовые задания:

1. Укажите справедливые утверждения: а) все элементы d- и f-семейств являются металлами; б) среди элементов р-семейства нет металлов; в) гидроксиды металлов могут обладать как основными, так амфотерными и кислотными свойствами; г) металлы не могут образовывать гидроксиды с кислотными свойствами.

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

6. Какие утверждения для металлов неверны: а) металлы составляют большинство элементов Периодической системы; б) в атомах всех металлов на внешнем энергетическом уровне содержится не более двух электронов; в) в химических реакциях для металлов характерны восстановительные свойства; г) в каждом периоде атом щелочного металла имеет наименьший радиус.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

10. Какой минимальный объем (н. у.) оксида углерода (II) нужен для восстановления 320 г оксида железа (III) до магнетита? а) 14,93 л; б) 15,48 л; в) 20,12 л; г) 11,78 л.

V. Д/З повторить

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

Получение металлов. Нахождение их в природе

Получение металлов. Нахождение их в природе

Ребята, сегодня мы побываем с вами в местах, где получают металлы, а также узнаем, где же встречаются металлы.

Ну что ж, начинаем путешествие. Металлы встречаются в природе в свободном состоянии, их называют самородными металлами

, так и
в виде соединений.
В самородном состоянии

в природе встречаются
золото, серебро, медь, платина и ртуть
. Эти металлы обычно содержатся в небольших количествах в виде зёрен или вкраплений в горных породах. Изредка встречаются и довольно крупные куски металлов –
самородки
. Одним из самых больших месторождений чистого серебра был так называемый «
серебряный тротуар
» в
Канаде
. Он представлял собой глыбу почти чистого серебра длиной тридцать м, уходящую в землю на восемнадцать м. Выработка этого месторождения дала около двадцать т металла. А один из крупнейших самородков серебра весил почти сто девять кг. Самый крупный самородок меди весил четыреста двадцать т, а золота – сто двенадцать кг.

А вот распространённость химических элементов металлов в земной коре различна. К наиболее распространённым металлам

относятся алюминий (7,45%), железо (4,20%), кальций (3,25%), натрий (2,40%), калий (2,35%) и магний (2,35%). Содержание других металлов в земной коре может составлять тысячные доли процента и ниже.

Некоторые историки считают, что упадок Римской империи

был обусловлен массовым отравлением свинцом. Известно, что
водопроводыДревнего Рима
были из
свинца
. В свинцовых чанах хранили воду и вино. Попадая в человеческий организм, свинец вызывает
поражение центральной нервной системы, приводит к изменению состава крови
.

Многие металлы являются элементами, необходимыми для функционирования живых организмов

. На долю ионов Na+, K+, Mg2+, Ca2+ в организме человека приходится 99% всех ионов металлов.

К биологически наиболее значимым металлам относятся:
K,Na,Mg,Ca,Fe,Cu,Co,Mn,Zn,Mo.

В земной коре металлы чаще всего встречаются в виде соединений: таких, как оксиды, силикаты, карбонаты, сульфиды и хлориды

. Эти соединения входят в состав
руд и минералов
.

Рудой называют горную породу, получение из которой чистого металла экономически выгодно

. В состав руды входят минералы и примеси в виде пустой породы. А
минералы – это природные тела, имеющие определённый химический состав
. Давайте с вами посмотрим названия и химический состав некоторых минералов.

Название	Химический состав
Красный железняк (гематит)	Fe2O3
Магнитный железняк (магнетит)	Fe3O4
Бурый железняк	2Fe2O3 · 3H2O
Железный колчедан (пирит)	FeS2
Сильвин	KCl
Криолит	Na3AlF6
Кальцит	CaCO3
Корунд	Al2O3
Малахит	(CuOH)2CO3
Медный колчедан (халькопирит)	CuFeS2
Киноварь	HgS
Гипс	CaSO4 · 2H2
Свинцовый блеск (галенит)	PbS
Цинковая обманка	ZnS

К наиболее известным минералам относится пирит, или железный колчедан

(FeS2),
киноварь
(HgS),
малахит
((CuOH)2CO3). Пирит и киноварь используют в промышленности для получения соответствующих металлов, то есть железа и ртути, а малахит, как поделочный камень.

А теперь представьте, что на дне водоёмов тоже есть соединения металлов, эти отложения – конкреции – представляют собой грозди, клубни или лепёшки

, густо усеивающие дно. Плоские озёрные и болотные конкреции величиной с мелкую монету были известны ещё в средние века, поэтому их и называли «
копеечной рудой
». В настоящее время железомарганцевые конкреции, покрывающие огромные площади на дне океанов, называют
полезными ископаемымиXXIвека
. Это богатейший источник не только железа и марганца, но и кобальта, никеля, меди и молибдена.

Представьте себя геологом

или
минералого
м, как же это увлекательно. Для этого сравним такие минералы, как
красный, бурый и магнитный железняк
.

Цвет красного железняка коричнево-красный

, сам он
прочный, плотный
, если провести образцом руды по поверхности фарфоровой ступки, то он оставляет красно-коричневый след, не притягивается магнитом.

Бурый железяк имеет жёлто-коричневую окраску

, сам
прочный и плотный, не притягивается магнитом
, оставляет на фарфоровой ступки жёлто-бурую полосу.

Магнитный железняк чёрного цвета

, сам
прочный и плотный, притягивается магнитом
, оставляет чёрный цвет черты на поверхности фарфоровой ступки, имеет металлический блеск.

Здорово, получается, что минералы отличаются между собой окраской, магнитными свойствами, цветом черты и некоторыми другими показателями.

В современной технике широко используют более 75 металлов и многочисленные сплавы на их основе. Поэтому большое значение придаётся промышленным способам получения металлов из руд. Обычно перед получением металлов из руды её измельчают, потом предварительно обогащают – отделяют пустую породу, примеси

. В результате образуется концентрат, служащий сырьём для металлургического производства. Затем обогащённую руду превращают в оксид и только после этого восстанавливают металл.

Металлургия – это наука о методах и процессах производства металлов из руд и других металлосодержащих продуктов, о получении сплавов и обработке металлов.

В зависимости от метода получения металла из руды (концентрата) существует несколько видов металлургических производств.

Представьте, что из одной т

медной руды можно получить
шестнадцать кг
концентрата и только
четыре кг
чистой меди.

Такая отрасль металлургии, как пирометаллургия

занимается переработкой руд, она основана на химических реакциях, при чём они проходят
при высоких температурах
, ведь от греч.
пирос
, означает огонь.

Пирометаллургические процессы включают обжиг и плавку

При обжиге
сульфиды переводят в оксиды
, а
сера удаляется в виде оксида серы (IV)
. А затем
из оксида восстанавливают металл
. Полученный
металл или сплав подвергают механической обработке, придают ему соответствующую форму
. В процессе выделения металлов (
плавке
)
из оксидов в качестве восстановителей используют углерод, оксид углерода (II), водород, кремний или более активные металлы
.

Например, ещё древние металлурги для получения железа из его руд использовали в качестве восстановителя углерод

. Но этот способ неудобен тем, что
реакция между твёрдыми веществами идёт только в местах их соприкосновения.
2Fe2O3 + 3C = 4Fe + 3CO2

В промышленных масштабах

для получения
железа, цинка
и других цветных металлов
из оксидов используют в качестве восстановителя оксид углерода (II).
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Сейчас мы посмотрим, как получают чугун и сталь

. Восстановление железа проводят в специальных
вертикальных печах, называемых доменными
, высотой до нескольких десятков метров и внутренним объёмом до 5000 м3. Они имеют стальной корпус, а изнутри выложены огнеупорным кирпичом. По характеру своей работы доменная печь –
аппарат непрерывного действия
. Сверху в печь подаётся
твёрдое сырьё – шихта
, представляющая собой смесь железной руды,
кокса (переработанного угля),
известняка и других добавок, а снизу вдувается подогретый или обогащённый кислородом воздух. В нижней части печи кокс сгорает в горячем воздухе, образуя углекислый газ.

C + O2 = CO2

доменная печь

Углекислый газ поднимается вверх в печи и взаимодействует с новыми порциями раскалённого кокса

с образованием оксида углерода (II).

CO2 + C = 2CO

В результате реакций СО с оксидом железа (III) образуется железо.

В доменном процессе получается железо с относительно большим (более 2%) содержанием углерода – чугун.

Чугун превращают в сталь, удаляя избыточный углерод путём окисления кислородом воздуха в специальных установках – мартеновский печах, конвертерах или электропечах

Конвертер

Для получения некоторых металлов в качестве восстановителя используют водород

WO3 + 3H2 = W + 3H2O

В роли восстановителей можно также использовать более активные металлы, способные вытеснять другие металлы из их оксидов и солей

. Этот способ получения металлов называется металлотермией. Если используют алюминий, то говорят об
алюминотермии
:

Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3

Восстановление железа методом алюминотермии до сих пор применяется при сварке рельсов.

Этот метод получения металлов был предложен русским учёным

Н.Н. Бекетовым.

Гидрометаллургия – это методы получения металлов, основанные на химических реакциях, происходящих в растворе

. Гидрометаллургические процессы включают стадию перевода нерастворимых соединений металлов из руд в растворы, с последующим восстановительным выделением металлов из полученных растворов с помощью других металлов или электрического тока.

Электрометаллургия – методы получения металлов, основанные на электролизе, т.е. выделение металлов из растворов или расплавов их соединений с помощью постоянного электрического тока.

Этот метод применяют
для получения активных металлов
– щелочных и щелочноземельных, алюминия, также для получения легированных сталей. С помощью этого метода,
английский химик Г. Дэви
впервые получил калий, натрий, барий и кальций.

Большое значение имеет микробиологический метод получения металлов

. В этом методе используется
жизнедеятельность некоторых бактерий
. Так,
тионовые бактерии
способны переводить нерастворимые сульфиды в растворимые сульфаты. Бактериальный метод применяют для извлечения меди из её сульфидных руд. А затем полученный раствор сульфата меди (II) подаётся на гидрометаллургическую переработку. Кроме этого, учёные обнаружили, что некоторые
микроводоросли
и бактерии накапливают на своей поверхности отдельные металлы (например, золото) или их оксиды. Микроорганизм постепенно обрастает «шубой» из минеральных частиц, увеличивается в размерах в десятки раз, что позволяет легко выделить частицы из раствора.

При промышленном производстве металлов большое значение имеют вопросы охраны окружающей среды

от загрязнений отходами производства. Охрана окружающей среды предусматривает, прежде всего,
дезактивацию выбросов
, например отходящих газов при выплавке чугуна. Здесь главную опасность представляет образующийся при переработке сернистых руд оксид серы (IV), который, попадая в атмосферу, может вызывать «
кислотные дожди
». Наряду с комплексным использованием сырья, строительством очистных сооружений, устройством замкнутых циклов водопользования с целью охраны окружающей среды необходимы вывод промышленных предприятий за городскую черту, создание лесозащитных вокруг городов и промышленных центров.

Таким образом, металлы встречаются в природе в виде соединений или в самородном состоянии. В земной коре металлы чаще всего встречаются в виде соединений: оксидов, силикатов, карбонатов, сульфидов, хлоридов. Эти соединения входят в состав руд и минералов. Для получения металлов из руд руду сначала измельчают, обогащают, переводят в оксид и только после этого восстанавливают металл. В качестве восстановителей используют
C,CO,H2,Siили более активные металлы. Металлургия занимается получением металлов и их сплавов из руд. В зависимости от метода получения металла из руды существует несколько видов металлургических производств: пирометаллургия, гидрометаллургия и электрометаллургия.