Химия. 11 класс
Конспект урока
Урок № 10. Общая характеристика и способы получения металлов
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён веществам, которые относят к группе металлов, и их взаимодействиям. В ходе урока школьники познакомятся с общими способами получения металлов.
Алюмотермией называют реакции, протекающие между оксидами металлов и алюминием, с образованием соответствующего свободного металла и оксида алюминия.
Гидрометаллургия — вытеснение металлов из руд с помощью растворов различных реагентов без применения высоких температур.
Катион – положительно заряженный ион, который притягивается к катоду в процессе электролиза.
Кристаллическая решётка вещества – это структура с геометрически упорядоченным расположением частиц (атомы, молекулы либо ионы) в определённых точках пространства.
Ко́вкость – способность металлов и сплавов подвергаться изменению при обработке давлением.
Магниетерми́я – метод металлотермии, процесс восстановления элементов из их оксидов, хлоридов, фторидов магнием.
Металлическая связь – химическая связь между атомами в металлическом кристалле, возникающая за счёт обобществления их валентных электронов.
Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов – алюминия, магния.
Пласти́чность — свойство твердых тел необратимо деформироваться при действии механических нагрузок.
Теплопрово́дность – способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела, осуществляемому хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.).
Электро́лиз – физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ.
Эле́ктроотрица́тельность – количественная характеристика способности атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары.
Электропроводность – способность тела или среды проводить электрический ток, определяющее возникновение в них электрического тока под воздействием электрического поля.
Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.
1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тесто по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.
2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.
Открытые электронные ресурсы:
- Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
На сегодняшний день известно 118 элементов, 96 из которых являются металлами. Открыты и исследованы они были в разное время.
Химические элементы по времени открытия
Источник
Получение металлов
план-конспект урока по химии (9 класс) на тему
В работе представлен конспект урока по химии по теме «Способы получения металлов»
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
| Способы получения металлов | 122.5 КБ |
Предварительный просмотр:
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.
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 + ЗО 2 → 2СuО+2SO 2 .
Оксидные руды и оксиды восстанавливают углём, угарным газом, более активными металлами — алюминием (алюминотермия), магнием (магнийтермия), натрием (натрийтермия):
СuО + С→Сu + СО ; 2А1 + Сr 2 О 3 →2Cr + А1 2 О 3 .
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 + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 О
CuSO 4 + Fe → FeSO 4 + Сu
Электрометаллургия занимается получением металлов при помощи электролиза расплавов. Этим способом получают активные металлы — алюминий, натрий, кальций.
2А1 2 О 3 злектролиз →4Аl + ЗО 2 ;
2NaCl злектpолиз →2Na+Cl 2 .
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:
Некоторые металлы восстанавливают действием водорода. Так в промышленности получают тугоплавкие металлы — молибден и вольфрам:
МоО 3 + ЗН 2 = Мо + ЗН 2 О.
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:
2ZnS + ЗО 2 = 2ZnO + 2SО 2 ↑.
Карбонатные породы переводят в оксиды нагреванием:
ВаСО 3 = ВаО + CO 2 ↑.
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:
2CuSO 4 + 2Н 2 О→ 2Cu↓ + 2H 2 SO 4 + О 2 ↑.
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
Источник
Урок по химии на тему «Получение металлов» (9класс)
1. Познакомить уч-хся с образцами природных соединений Ме. Сформировать понятие о самородных Ме, минералах и рудах. Дать представление о металлургии и ее видах: пиро-, гидро-, электрометаллургией.
2. Развивать внимание, память, речь, аналитическое мышление, способность делать выводы.
3. Воспитывать любовь к предмету.
Тип урока: комбинированный
Метод: рассказ с элементами беседы
Что такое ряд напряжения Ме? Основываясь на каких принципах он составлен? В каких случаях его нбх учитывать?
Взаимод-е Ме с неМе: кислородом, азотом, водородом, серой, галогенами.
Взаимод-е Ме с водой.
Взаимод-е Ме с кислотами.
Взаимод-е Ме с растворами солей.
Многие Ме широко распространены в природе. Так, содержание n Ме в земной коре следующее:
ω ( Al ) = 8,2% ω ( K ) = 2,1%
ω ( Fe ) = 4,1% ω ( Mg ) = 2,1%
ω ( Ca ) = 4,1% ω ( Ti ) = 0,56%
ω ( Na ) = 2,3% содержание остальных Ме незначительно.
Ме в природе могут встречаться в 3-х формах: стр 42-43
Только в свободном виде встречаются Au и Pt ;
И в самородном виде, и в форме соединений могут находиться в природе Ag , Cu , Hg , Sn ;
Все остальные Ме, которые находятся в ряду напряжения до Sn , встречаются в природе только в виде соединений:
Хлоридов: сильвин KCl , галит NaCl , сильвинит KCl ∙ NaCl
Нитратов: чилийская селитра NaNO 3
Сульфатов: глауберова соль Na 2 SO 4 ∙ 10 H 2 O , гипс CaSO 4 ∙ 2 H 2 O ;
Карбонатов: мел, мрамор, известняк CaCO 3, магнезит MgCO 3 , доломит CaCO 3 ∙ MgCO 3 ;
Сульфидов: серный колчедан FeS 2 , киноварь HgS , цинковая обманка ZnS ;
Силикатов, в том числе содержащих Al – алюмосиликатов: белая глина, полевые шпаты, слюда;
Фосфатов: Ca 3 ( PO 4 ) 2 , который образует основную массу фосфоритов и входит в состав апатитов.
Минералы – это природные химические соединения, содержащие Ме.
Руда – это минералы и ГП, содержащие Ме или их соединения и пригодные для промышленного получения Ме.
Многие Ме часто сопутствуют основным природным минералам: скандий входит в сотав оловянных, вольфрамовых руд; кадмий – в качестве примесей в цинковые руды; ниобий и тантал – в оловянные. Железным рудам всегда сопутствуют Mn , Ni , Co , Mo , Ti , Ge , V .
Металлургия – это отрасль промышленности, которая занимается получением Ме из руд.
По хим составу минерала, входящего в руду, различают оксидные, сульфидные и др руды. Наиб пригодны для получения Ме их оксидные руды, в том числе руды железа. Но даже если руда будет не оксидной, а сульфидной или карбонатной, то в рез-те обжига все равно получают исходное оксидное сырье для металлургического процесса.
Например, FeCO 3 → FeO + CO 2 ↑
2ZnS + 3 O 2 → 2ZnO + 2SO 2 ↑
Обычно перед получением Ме из руды ее предварительно обогащают – отделяют пустую породу, примеси. В рез-те получают концентрат , служащий сырьем для металлургического производства Ме. стр 44
В зав-ти от метода получения Ме из руды (концентрата) существует n ∙видов металлургических производств:
Пирометаллургия – восстановление Ме из руд при ↑ t 0 с помощью восстановителей. Включает в себя след процесы:
А) обжиг сульфидных руд для перевода их в оксидные соединения:
2CuS + 3 O 2 → 2CuO + 2SO 2 ↑ при ↑t 0
Б) плавка – восстановление Ме из оксидов при помощи:
1.1. угля: ZnO + C → Zn + CO ↑ при ↑ t 0
SnO 2 + C → Sn + CO 2 ↑ при ↑t 0
1.2. оксида углерода (II): Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe +3 CO 2 ↑ при ↑t 0
1.3. водородом: WO 3 +3 H 2 → W + 3 H 2 O при ↑ t 0
CuO + H 2 → Cu + H 2 O при ↑ t 0
более актив Ме (алюминотермия): 3 MnO 2 + 4 Al → 2 Al 2 O 3 + 3 Mn при ↑ t 0
Гидрометаллургия — методы получения Ме, основанные на хим реакциях, происходящих в растворах. Включает в себя след процесы:
А) перевод нерастворимых соединений Ме из руд в растворы
Б) восстановление выделенных Ме с помощью др Ме или эл тока (электролизом):
Электрометаллургия – это способы получения Ме с помощью эл тока (электролиза). Этим способом получают в основном легкие Ме: Al , Ме I – III A гр, из расплавов их оксидов, гидроксидов и хлоридов.
Микробиологические методы получения Ме – метод получения Ме с использованием жизнед-ти n ∙видов бактерий. Например, извлечение меди из ее сульфидных руд непосредственно на месте залегания. Полдученный рабочий р-р, обогащенный CuSO 4 , поступает на гидрометаллургическую переработку.
Источник
Урок «Основные способы получения металлов,11 класс
Разработала: учитель химии
МОУ «Тверской лицей», г. Тверь
Тема урока: Основные способы получения металлов
Тип урока: Применение и совершенствования знаний.
Цель урока: Повторить и систематизировать сведения об основных способах получения металлов в промышленности.
обеспечить усвоение понятий об основных способах получения металлов: пирометаллургии, гидрометаллургии и электролизе;
развивать умение логически мыслить,
анализировать, проводить сравнения; делать обобщения и выводы,
воспитывать умение находить главное,
способствовать развитию интереса к учебе.
Личностные: развитие готовности и способности к саморазвитию, самообразованию и реализации творческого потенциала, формирование мотивации к обучению, устойчивого учебно- познавательного интереса к новым знаниям.
Регулятивные: развитие навыков самоконтроля, умение решать учебную задачу, умение работать по алгоритму.
Познавательные: формирование умения работать с информацией: отбор необходимой информации, её моделирование, составление тезисов, планов.
Коммуникативные: планирование учебного сотрудничества с учителем и со сверстниками — определение цели, функций участников, способов взаимодействия.
Предметные: владение умениями выдвигать гипотезы на основе знаний об основных способах получения металлов. Владение методами проведения химических экспериментов с соблюдением правил безопасной работы с веществами и лабораторным оборудованием, владение основными методами научного познания, используемыми в химии: наблюдение, описание, измерение, эксперимент. Сформированность умений объяснять закономерности протекания химических реакций, прогнозировать возможность их осуществления, проводить расчеты по химическим формулам и уравнениям, умений анализировать, оценивать, проверять на достоверность и обобщать научную информацию.
Предметные: приборы для проведения ДО и ЛО, таблица растворимости, ряд стандартных электродных потенциалов.
Практические: ДО «Восстановление меди их оксида меди ( II ) водородом», ЛО «Восстановление меди из раствора сульфата меди»
Учитель: Я думаю, нет необходимости повторять, какую огромную роль играют металлы в жизни человека – об этом мы говорили с вами на прошлых уроках. А цель нашего урока сегодня – повторить и систематизировать знания об общих способах получения металлов в промышленности. Соответственно этому и тема на доске «Способы получения металлов». На столах у вас – методические рекомендации, которые помогут вам успешно справиться с поставленной целью.
Итак, только немногие металлы встречаются в свободном состоянии, и тогда они называются самородными. Золото и платина встречаются в самородном виде, серебро и медь – отчасти в самородном виде, иногда попадаются также самородные ртуть, олово и некоторые другие металлы. Большинство же металлов, как вам известно, находится в природе в виде соединений с другими элементами.
II . Актуализация опорных знаний.
1.Электрохимический ряд напряжений металлов.
На предыдущих уроках мы говорили об электрохимическом ряде напряжений металлов. Вспомните, какие основные выводы об активности металлов можно сделать на основе изучения этого ряда?
А). Чем левее стоит металл в этом ряду, тем более сильным восстановителем он является.
Б). Каждый металл способен вытеснять (восстанавливать) из растворов солей те металлы, которые в ряду напряжений металлов стоят после него (правее).
Учитель: А теперь попробуем связать эти знания с нашей темой. Как вы считаете, связаны ли с активностью металлов нахождение их в природе в виде простых веществ (в самородном состоянии) или в виде соединений? Подумайте и сделайте вывод.
Металлы, завершающие электрохимический ряд напряжений (золото, платина) – только в самородном виде. Металлы более активные, чем золото и платина, но также стоящие в электрохимическом ряду после водорода, обычно встречаются в природе в виде соединений или в самородном виде (серебро, медь – часто, ртуть, олово – редко). Металлы, стоящие в ряду напряжения до водорода, встречаются в природе только в виде соединений с другими элементами.
2.Понятие «руды»; «металлургия».
Вспомните, как называются минералы и горные породы, содержащие соединения металлов и пригодные для получения этих металлов промышленным путем. А какая наука и одноименная отрасль тяжелой промышленности занимается изучением процессов производства металлов из руд и получением металлов из сплавов?
3.Понятие: ОВР, окислитель, восстановитель, процесс окисления, восстановления.
Теперь прочитайте методические указания и выполните предложенные задачи.
Основная часть
Вспомните основные способы получения металлов, для этого используйте соответствующий материал учебника (§18 Габриелян О.С. 11 класс, стр. 227 – 230)
Кратко охарактеризуйте сущность каждого способа, обратите внимание на химическую активность металлов, получаемых тем или иным способом.
Посмотрите ДО «Восстановление меди из оксида меди».
Составьте уравнения получения цинка из цинковой обманки (сфалерита), согласно цепочке ZnS → ZnO → Zn .
Какой способ получения металлов иллюстрирует эта цепочка? Каковы обязательные условия протекания данных реакций?
К какому типу реакций относится каждая из указанных реакций? (признак: изменение степени окисления).
Составьте ОВР для данных реакций, укажите окислитель и восстановитель.
4. Проведите ЛО – получение меди из раствора CuSO 4 .
4.1. Составьте уравнение получения меди из минерала тенорита ( CuO ) согласно цепочке CuO → CuSO 4 → Cu .
Для иллюстрации какого способа получения металлов подходит данный ЛО и эта цепочка? Каковы условия?
Укажите тип реакции по признаку: изменение степени окисления.
Для ОВР составьте баланс, укажите окислитель и восстановитель.
5.Какой способ получения металлов отражает следующая запись
Каковы условия прохождения данной реакции?
К какому типу (ОВР или не ОВР) относится эта реакция? Распишите ОВР, укажите окислитель и восстановитель.
6.На основе выполненных упражнений, ответьте на следующие вопросы:
К какому типу реакций относится большинство реакций, лежащих в основе промышленных способов получения металлов?
Какой процесс – окисление или восстановление необходимо произвести, чтобы выделить чистый металл из соединений?
Зависит ли выбор способа получения металла от его химической активности? Например, можно ли получить металлический натрий следующими реакциями, используемыми при гидрометаллургии
NaCl + Fe → ? NaCl + Li → ?
Пригоден ли способ пирометаллургии для промышленного получения щелочных и щелочноземельных металлов?
IV . Закрепление
Вычислите массовые доли минерала магнетита Fe 3 O 4 и пустой породы в железной руде, если из образца этой руды массой 500 г получили железо массой 200 г. используйте метод пирометаллургии. В качестве восстановителей возьмите
I ряд – С; II ряд – Al ; III ряд – Н 2 ;
Медный купорос обработали раствором соды. Осадок прокалили. Полученный после этого черный порошок нагрели с углем. Напишите уравнения реакций, которые при этом происходят.
Какое вещество и какой массы выделится на катоде при электролизе расплава хлорида меди ( II ), если на аноде выделился хлор объемом 11,2 л.
Дополнительно. Барий получают алюминотермическим восстановлением оксида бария. Какая масса бария будет получена при взаимодействии оксидного концентрата массой 600 г (массовая доля ВаО 91,8%) с техническим алюминием массой 100 г (массовая доля Al = 98,55%).
V . Обобщение и систематизация знаний
В конце урока ребята делают вывод приблизительно следующего содержания: в любом случае восстановитель должен быть более сильным, чем восстанавливаемый металл. Некоторые, наиболее активные металлы, нельзя получить ни способом пирометаллургии, ни гидрометаллургии. В этих случаях необходим еще более сильный восстановитель. Таким восстановителем может служить электрический ток.
VI . Информация о домашнем задании.
Учебник: Габриелян О.С., Лысова Г.Г., профильный уровень §18 (раздел – способы получения металлов + электролиз расплавов), упр.5,11,12 стр. 258
Источник
