Конспект на тему "Способы получения металлов" для 11 класса

Разработка урока

по теме: Способы получения металлов 11 кл

Цели урока.

Обсудить и сравнить различные способы получения металлов из природного сырья.

Рассмотреть сущность пирометаллургического и гидрометаллургического способа получения металлов.

Развить и укрепить навыки химического эксперимента.

Воспитать у учащихся культуру речи, поведения, манеры.

Оборудование: Коллекции «Минералы и горные породы»

Тип урока: комбинированный

Ход урока

 Мы приступаем к завершающему этапу рассмотрения темы «Металлы». Человечеству известно около 90 различных металлов, а ~80 металлов и их сплавов получают в промышленности. Это значит, целью нашего урока является - ? (обсуждение и сравнение различных способов получения металлов из природного сырья).

Проводится фронтальный опрос.

1) в каком виде металлы встречаются в природе?

2) в каком виде встречаются в природе активные металлы?

3) в каком виде встречаются в природе металлы средней активности?

4) в каком виде встречаются в природе неактивные металлы?

Нахождение металлов в природе –

демонстрация коллекций «Минералы и горные породы».

Ученики отвечают на вопросы:

1) что такое руда?

2) что такое металлургия? Чем она занимается?

3) как получают металлы из руд?

Схематично процесс получения Ме из руд изображают Мe⁺ⁿ + nе Ме⁰ (на доске) Такой процесс требует затрат энергии. Важным аспектом получения металлов из руд является подбор восстановителя.

Способы получения металлов.

пирометаллургия гидрометаллургия электрометаллургия

Назовите известных восстановителей металлов.

Ученики: ( Н₂, С, СО, активные металлы)

Именно эти восстановители при высоких температурах используются для получения металлов из их оксидов. И этот способ мы будем называть пирометаллургическим. Кроме подбора восстановителя, инженеры- технологи обязательно должны учитывать экономические и экологические факторы производства.  Восстановление металлов из руд более активных металлов называется металлотермией, если восстановление производят алюминием - алюминотермией, если магнием - магнийтермией.  По возможности показать вам получение железа алюминотермическим способом. (демонстрация получения железа с помощью термита и высокой температуры).Только что мы демонстрировали получение металла из оксида.

Получение металлов из сульфидных и карбонатных руд можно представить следующим образом:

ZnSZnOZn FеСО₃FеОFе

Иногда из руды сразу получают сплав. Например, из Fе₂О₃ - чугун и сталь, а из хромистого железняка – феррохром

(FеСr₂)О₄+4С(2Сr +Fе)+4СО­феррохром

Таким образом, пирометаллургия используется для получения металлов, стоящих в ряду напряжений после Аl. Обратим внимание еще раз на таблицу №1.H₂ вытесняет как бы Fе из его оксида, что вроде бы противоречит положению этих элементов в ряду напряжений. Как же это объяснить?

Ряд напряжений металлов можно использовать только для определения восстановительной активности металлов в ОВР, протекающих в растворах. А при рассмотрении вероятности протекания реакций восстановления металлов из оксидов (таблица №2) учитывают теплоты образования оксидов металлов и неметаллов. Элементы, значения теплот образования оксидов которых больше, будут вытеснять другие из их оксидов, теплоты образования которых меньше. Этот ряд существенно отличается от электрохимического ряда напряжений металлов. На оснований этого ряда можно предположить какой из металлов вытеснит другой (или водород) из его оксида. Например, железо при накаливании вытесняет водород из воды:

3Fе + 4H₂О 4H₂ + (Fе⁺²Fе₂⁺³)₄, а водород – Сu

Н₂ + СuО Сu + H₂О

А при гидрометаллургическом способе получения металлов необходимо пользоваться рядом напряжений металлов. Сейчас выполним лабораторную работу по получению меди из оксида меди(II) гидрометаллургическим способом из имеющихся реактивов.

На основании каких превращений вы получили медь? В чем суть этого метода?

СuОСuSО₄Сu

CuОСu²⁺ + SО₄^2-Сu⁰

1) CuО + Н₂SО₄СuSО₄ + H₂О

2) CuSО₄ + Fе Сu + FеSО₄

Сообщение ученика.

В 1843г. русским инженером П. Р. Багратионом был разработан метод извлечения золота из руд. Сущность метода заключается в отделении золота от пустой породы (песка) путём растворения в цианиде натрия в присутствии кислорода.

4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH

2Na[Au(CN)₂] + Zn Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au

Таким образом, гидрометаллургический способ применяется для получения малоактивных металлов.

Активные металлы, о получении которых мы ещё не говорили, можно получить теоретически металлотермией, но для этого потребуется дорогая аппаратура, отделяющая эти расплавленные металлы от кислорода воздуха, что экономический невыгодно.

Для получения активных металлов используют электрический ток, т.е. электрометаллургический способ, важнейшей составной частью которого является электролиз, а это тема следующего урока.

В качестве закрепления учитель предлагает учащимся разноуровневые задачи по вариантам, которые они выполняют на листочках. (1-я задача на «4» , 2-я задача на «5»).

Вариант-1

1.                      Какой объём оксида углерода(II)(н.у.) необходим для полного восстановления 320г оксида железа(III), содержащего 12% примесей?

(118,27л)

2.Из медной руды массой 16т, содержащей халькозин Cu₂S и вещества, не содержащего медь, получили черновой металл массой 650кг. Определите массовые доли меди и халькозина в руде, если массовая доля меди в черновом металле составляет 98,46%.

(Cu – 4%; халькозин – 5%)

Вариант –2

1.Сколько граммов алюминия необходимо взять для получения 78г хрома из оксида хрома(III), если выход продукта восстановления составляет 94% от теоретически возможного?

(43г)

2.Газом, выделившимся при обработке 100г сплава меди и цинка избытком раствора соляной кислоты при нагревании , полностью восстановили оксид железа(III).Масса оксида при этом уменьшилась на 9,6г. Определите процентный состав исходного сплава?

(11,7% Zn и 88,3% Cu)