Общие способы получения металлов химия 9 класс таблица

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 вотраспространённость 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 водопроводы Древнего 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.

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 ископаемыми XXI века. Это богатейший источник не только железа и марганца, но и кобальта, никеля, меди и молибдена.

Представьте себя геологом или минералогом, как же это увлекательно. Для этого сравним такие минералы, как красный, бурый и магнитный железняк.   

1. 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.
2. Бурый железяк    имеет жёлто-коричневую окраску,  сам прочный и плотный, не притягивается магнитом, оставляет на фарфоровой ступки жёлто-бурую полосу.
3. Магнитный железняк чёрного цвета, сам прочный и плотный, притягивается магнитом, оставляет чёрный цвет черты на поверхности фарфоровой ступки, имеет металлический блеск.
4. 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.

1. C + O2 = CO2
2. доменная печь
3. Углекислый газ поднимается вверх в печи и взаимодействует с новыми порциями раскалённого кокса
4. с образованием оксида углерода (II).
5. CO2 + C = 2CO
6. В результате реакций СО с оксидом железа (III) образуется железо.
7. В доменном процессе получается железо с относительно большим (более 2%) содержанием углерода – чугун.
8. Чугун превращают в сталь, удаляя избыточный углерод путём окисления кислородом воздуха в специальных установках – мартеновский печах, конвертерах или электропечах.
9. Конвертер
10. Для получения некоторых металлов в качестве восстановителя используют водород.
11. 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, Si или 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.

Металлы

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 1818.

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 1818.

К металлам относится большая часть элементов периодической системы – 82 химических элементов. Какими свойствами они обладают, и чем отличаются от неметаллов?

Металлами называют группу элементов, в виде простых веществ, которые обладают металлическими свойствами (пластичность, ковкость, блеск, электронная проводимость и т. д.)

Основное отличие элементов-металлов – они обладают только восстановительными свойствами, а в реакциях могут только окисляться. В соединениях они могут иметь только положительные степени окисления как в элементарных положительно заряженных ионах, так и в сложных ионах, где они образуют положительные центры.

Рис. 1. Список металлов.

Как правило, на внешнем уровне элементов металлов находится небольшое число электронов (1-3), значения электроотрицательности невысокие.

К металлам относятся все s-элементы (кроме водорода и гелия), d- и f-элементы, а также p-элементы под чертой бор-астат. Для типичных металлов характерен большой размер атомов, что способствует легкости отдачи валентных электронов.

Образующиеся положительные ионы устойчивы, так как имеют завершенную внешнюю электронную оболочку.

Все металлы, кроме ртути, при нормальных условиях в виде простых веществ находятся в твердом агрегатном состоянии и образуют металлическую кристаллическую решетку.

Рис. 2. Металлы в таблице Д.И. Менделеева.

В следующей таблицы представлены группы основных металлов:

Металлы пластичны и ковки, особенно если на внешнем электронном уровне атомов по одному электрону: слои атомов перемещаются относительно друг друга без разрушения кристаллической решетки (щелочные металлы, медь, серебро, золото). В атомах непластичных хрупких металлов хрома и марганца – большое число валентных электронов.

Плотность, твердость, температура плавления металлов изменяются в широком диапазоне и зависят от атомной массы, строения атома и геометрии кристаллической решетки. Самый легкий металл – литий (плотность 0,53 г/см3), самый тяжелый – осмий (плотность 22,5 г/см3). Металлы с плотностью больше 5 г/см3 относят к тяжелым, меньше 5 г/см3 – к легким металлам.

Самая низкая температура плавления у ртути (-39 градусов по Цельсию), самый тугоплавкий металл – вольфрам (температура плавления 3410 градусов по Цельсию.) Энергия атомизации вольфрама составляет 836 кДж/моль, а температура кипения его 5930 градусов.

Металлы вступают в реакцию как с простыми, так и со сложными веществами. Как типичные восстановители металлы реагируют почти со всеми неметаллами-окислителями (кислород, сера, азот и т. д.):

Также металлы реагируют с такими сложными веществами, как оксиды и гидроксиды, разбавленные растворы кислот, с растворенными в воде щелочами.

В пределах одного и того же периода металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются; в пределах одной и той же группы (в главной подгруппе) металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают

Рис. 3. Металлы главных подгрупп.

Самый распространенный на земле элемент-металл – алюминий. За ним следуют железо, кальций, натрий.

Некоторые металлы встречаются в природе в самородном состоянии (золото, ртуть, платина), но в основном они находятся в природе в виде оксидов и солей.

Получение металлов происходит с помощью металлургии (получение из руд), пирометаллургии (получение с помощью реакции восстановления при высокой температуре), гидрометаллургии (извлечение из руд в виде растворимых соединений), электрометаллургии (получение металлов электролизом расплавов и растворов их соединений).

Металлы – вещества, которые обладают высокой электро- и теплопроводностью, ковкостью, пластичностью и металлическим блеском. В данной статье по химии 9 класса рассматриваются их физические и химические свойства, формулы класса металлов, а также способы получения.

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 1818.

А какая ваша оценка?

Гость завершил

Тест на тему «Амон Ра»с результатом 3/5

Гость завершил

Тест «Биография Гайдна»с результатом 9/10

Гость завершил

Тест «Биография Пушкина»с результатом 9/14

Гость завершил

Тест «Биография Линкольна»с результатом 6/10

Гость завершил

Тест 20 век по историис результатом 10/20

Гость завершил

Тест «Портрет»с результатом 11/14

Не подошло? Напиши в х, чего не хватает!

Способы получения металлов. 9-й класс

Тип урока: комбинированный (на основе интеграции курсов химии, экологии, географии)

Ход урока>2>

Вся история человечества неразрывно связана с использованием металлов. Не случайно важнейшие этапы в развитии человеческого общества получили название по применению металлов: медный, бронзовый, железный.

Металл нужен всюду. Металл – это машины, каркасы промышленных корпусов, мостов, плотин, электростанций, трубы газонефтепроводов. Для добычи нужного количества металлов наша страна практически обеспечена сырьем.

Слайд 2. Многие металлы широко распространены в природе. В основном они сосредоточены в земной коре. Так, содержание некоторых металлов в земной коре следующее:

• алюминия – 8,2% железа – 4,1% кальция – 4,1% натрия – 2,3% магния – 2,3% калия – 2,1 %
• титана – 0,56%

Слайд 3. Большое количество натрия и магния содержится в морской воде: Na+ – 1,05%, Mg2+ – 0,12%.

Слайд 4. Металлы в природе встречаются в трех формах:

1) В самородном виде встречаются золото и платина.

Слайд 5. Золото известно человечеству с древних времен. В земной коре его содержится примерно 100-150 млрд. тонн, в 1 куб. м морской воды его 5,5 кг.

Золото бывает в распыленном состоянии, а иногда собирается в большие массы – самородки. Так в Австралии в 1869 году нашли глыбу золота массой 100 кг. Наши русские самородки много меньше, и самый знаменитый, найденный в 1837 году на Южном Урале, весил всего около 36 кг.

За всю историю человечества было добыто около 90 тысяч т золота. Древние племена майя, ацтеков, древние египтяне и многие другие народы изготавливали из золота украшения, предметы быта.

В 20 и 21 веке золото – это не только ювелирные украшения или валюта, но и очень нужный металл для космической аппаратуры и радиотехники, для медицинских приборов и атомных электростанций.

По запасам золота Россия занимает третье место в мире (по добыче Россия занимает шестое место в мире).

В середине XVII века в Колумбии испанцы, промывая золото, находили вместе с ним тяжелый серебристый металл. Хотя он и напоминал серебро (по-испански plata), но был почти нерастворим и упорно не поддавался выплавке; его считали случайной вредной примесью. Поэтому испанское правительство приказывало в начале XVIII столетия выбрасывать этот вредный металл при свидетелях обратно в реку.

В России ещё в 1819 году в россыпном золоте, добытом на Урале, был обнаружен «новый сибирский металл», который сначала называли белым золотом. Богатые россыпи платины были открыты во второй половине 1824 года, а на следующий год в России началась её добыча.

Сегодня основная часть месторождений платины (более 90 %) заключена в пяти странах: ЮАР, США, Россия, Зимбабве, Китае. Она применяется в качестве легирующей добавки для производства высокопрочных сталей, как катализатор, в ювелирном и зубоврачебном деле, в медицине, для покрытия элементов СВЧ-техники.

Слайд 4.

2) в самородном виде и в форме соединений могут находиться в природе серебро, медь, ртуть и олово.

Слайд 6. Медь человек начал использовать тоже очень давно, еще с доисторических времен. 7000 лет назад в Древнем Египте были известны медные рудники. Сначала человек научился изготавливать орудия труда и оружие из медных самородков, а за несколько тысяч лет до нашей эры люди научились получать медь из медной руды.

В мире встречаются очень крупные самородки меди, но не часто. Так, в США был найден один из крупнейших самородков, массой 420 тонн, а в России, обнаруженный в районе Печеры, самородок, весил 6 тонн.

Слайд 7, 8. Железо. В жизни человека оно появилось гораздо позднее, чем золото и медь. Его называют «фундаментом цивилизации». С использованием железа начался железный век в истории человечества.

На шумерском языке слово «железо» обозначает «капнувший с неба, небесный», и первое железо, добытое человеком, было из метеоритов. Самый крупный железный метеорит весом 60 тонн был найден в Африке, а во льдах Гренландии нашли метеорит, весивший 33 тонны.

Поскольку потребность человечества в железе постоянно возрастала, а метеоритного железа было недостаточно, огромное значение имело открытие способа получения железа из железных руд. Сейчас мы не можем представить себе нашей жизни без железа и его сплавов, насколько прочно они вошли в нашу жизнь.

1. Слайд 4.
2. 3) все металлы, которые в ряду напряжений находятся до олова, встречаются только в виде соединений.
3. Слайд 9, 10 Это, например, щелочные и щелочноземельные металлы.
4. Слайд 11.
5. Чаще всего металлы в природе встречаются в виде солей неорганических кислот:

Слайд 12. Сульфидов.

Слайд 13. Хлоридов.

Слайд 14. Сульфатов, фосфатов, карбонатов, нитратов.

Слайд 11. И оксидов.

Слайд 15. Оксиды – магнитный железняк Fe3O4, красный железняк Fe2O3, бурый железняк 2Fe2O3•3H2O.

Слайд 16. Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения и пригодные для промышленного получения металлов, называются рудами, а отрасль промышленности, занимающаяся получением металлов из руд – металлургией.

Слайд 17. Металлургия включает два основных направления:

• Черная – это получение железа и его сплавов (сталь и чугун). Черная металлургия включает весь процесс производства металлов: добычу и подготовку руд, топлива, выпуск металла, производство вспомогательных материалов (огнеупоров, кислорода и т.п.). По выплавке черных металлов в докризисные времена наша страна занимала ведущие места в мире. Российская Федерация обладает значительными запасами железных руд: Центрально-черноземный, Северный, Восточно-Сибирский районы. Незначительное количество руды добывается в Западной Сибири. Общие запасы оцениваются в 55 млрд. тонн. Самый крупный производитель черных металлов Уральский экономический район, он дает 40% стали и проката страны. Важнейшие задачи дальнейшего развития черной металлургии в РФ – обновление производственных мощностей, освоение новых технологических процессов и оборудования для выплавки стали.
• Цветная металлургия – это производство всех остальных металлов и их сплавов.

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.

Слайд 18. Пирометаллургия – это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей: кокса, оксида углерода (II), водорода, или активных металлов.

Если металл в природе встречается в виде солей кислородсодержащих кислот, то соль сначала подвергают термическому разложению:

CuCO3= CuO + CO2

А если в виде солей бескислородных кислот, то обжигу:

2ZnS + 3O2 = 2ZnО + 2SO2

Слайд 19. Затем металлы восстанавливают из оксидов одним из способов:

1. • Восстановление углем или угарным газом: CuO + C → Cu + CO
   • CuO + CO → Cu + CO2

2. Водородотермия Cr2O3 + H2 → Cr + H2O

3. Металлотермия Fe2O3 + Al → Fe + Al2O3

Для каждого из этих уравнений подберите коэффициенты методом электронного баланса.

Слайд 20. Гидрометаллургический способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла с последующим вытеснением данного металла более активным. Например:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O, затем проводят реакцию замещения

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.

Этим способом получают в основном цветные металлы: медь, молибден, вольфрам.

Слайд 21. Еще один способ получения металлов – электрометаллургия. Это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза). Этим способом получают в основном легкие металлы: Al, Na и др. щелочные металлы, Ca и т.д. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

2NaCl → 2Na + Cl2

MgBr2 → Mg + Br2

В последнее время большого внимания заслуживают микробиологические методы получения металлов, в которых используется жизнедеятельность некоторых видов бактерий. Например, тионовые бактерии способны переводить нерастворимые сульфиды в растворимые сульфаты. А затем раствор, обогащенный этим сульфатом подают на гидрометаллургическую переработку.

Металлургия – крупный загрязнитель окружающей среды. На ее долю приходится 20% всех промышленных выбросов в атмосферу и сточных вод. Ежегодно металлургические предприятия выбрасывают в атмосферу более 10 млн. тонн вредных веществ, среди которых гигантское количество разнообразных металлов, только один медеплавильный завод, производящий в год 125 тыс.

тонн меди, выбрасывает в атмосферу 2 млрд. м3 газов и 43 тыс. тонн пыли. При этом теряются 6 тыс. тонн меди и сера, которой хватило бы для приготовления 650 тыс. тонн серной кислоты. При открытой добыче руд из хозяйственного оборота изымаются десятки тысяч гектаров земли. Суммарный ущерб, наносимый металлургическим комплексом природе, оценивается 500 млрд.

рублей в год. Огромные средства расходуются на строительство очистных сооружений и рекультивацию нарушенных земель. Металлургические центры составляют 30% всех российских городов с загрязненной атмосферой. Можно добывать руду, не нарушая ландшафт, с помощью био- или геотехнологий. С помощью биометодов в США добывают в год 300 тыс.

тонн меди, в России около 2,5 тыс. тонн.

Слайд 22. Домашнее задание.

Получение металлов

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.

Ход урока

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 + ЗО2 → 2СuО+2SO2.
• Оксидные руды и оксиды восстанавливают углём, угарным газом, более активными металлами — алюминием (алюминотермия), магнием (магнийтермия), натрием (натрийтермия):
• СuО + С→Сu + СО ;    2А1 + Сr2О3 →2Cr + А12О3.

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.

1. CuS + H2SO4 → CuSO4 + H2О
2.                                                           концентр.
3. CuSO4 + Fe → FeSO4 + Сu

Электрометаллургия занимается получением металлов при помощи электролиза расплавов. Этим способом получают активные металлы — алюминий, натрий, кальций.

• 2А12О3 злектролиз→4Аl + ЗО2;
•                                                           расплав        
• 2NaCl  злектpолиз →2Na+Cl2.
•                                                             расплав
• 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:
•  t
• ZnO + С = Zn + CO.
• Некоторые металлы восстанавливают действием водорода. Так в промышленности получают тугоплавкие металлы — молибден и вольфрам:
•  t
•  МоО3 + ЗН2 = Мо + ЗН2О.

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.

1. Если металл  встречается в природе в виде соединений с серой, первоначально его переводят в оксиды путем обжига—нагревания на воздухе или в кислороде:
2.                                                                                      t
3. 2ZnS + ЗО2 = 2ZnO + 2SО2↑.
4. Карбонатные породы переводят в оксиды нагреванием:
5.                                                                             t
6. ВаСО3 = ВаО + CO2↑.

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:

•                                     эл.ток
• 2CuSO4 + 2Н2О→ 2Cu↓ + 2H2SO4 + О2↑.
• 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

могут составить таблицу .

Методы получения металлов

3.  Рассматривая пирометаллургию,  следует потренироваться в записи уравнений реакций обжига сульфидных руд. У учащихся нет необходимых знаний для ответа на вопрос 5 — они не знают, что продуктом реакции является оксид железа(III) Fе2О3.

На наш взгляд, реакцию обжига пирита учитель должен рассмотреть в классе в качестве примера процесса, где происходит окисление сразу двух элементов — железа и серы (коэффициент 2 перед серой нужен для уравнивая стехиометрии  Fe : S = 1 : 2, оба элемента входят в состав одного и того же вещества — FeS2):

Урок 10: Металлы и неметаллы

• План урока:
• Физические свойства металлов
• Физические свойства неметаллов
• Способы получения металлов
• Химические свойства металлов
• Способы получения неметаллов
• Химические свойства неметаллов
• Коррозия металла
• Биологическая роль металлов и неметаллов
• Применение металлов и неметаллов

Физические свойства металлов

Металлы – химические элементы, атомы которых в процессе реакции стремятся отдавать электроны. Они обладают металлической кристаллической решеткой и общими физическими свойствами. На данный момент известно более 87 металлов.

Для металлов характерен ряд свойств:

• твердость (кроме ртути, которая представляет собой жидкость);
• металлический блеск;
• проводимость электрического тока и тепла;
• пластичность.

Металлы при ударах не разрушаются, а меняют форму. С этой особенностью связано то, что из них производят проволоку, металлические листы и др. Развитие бронзового и железного века связано с производством товаров из металлов.

Физические свойства неметаллов

Неметаллы – химические элементы, атомы которых стремятся принять чужие электроны. Для них характерны атомные и молекулярные кристаллические решетки. Для атомов неметаллов не характерны общие физические свойства. На данный момент существует 22 неметалла.

Для неметаллов характерен ряд свойств:

• хрупкость (неметаллы нельзя ковать);
• отсутствие блеска;
• непроводимость электрического тока и тепла.

Расположение металлов и неметаллов в периодической таблице Д.И. Менделеева

Определить, является простое вещество металлом или неметаллом, можно с помощью периодической таблицы Менделеева. Металлы располагаются ниже диагонали «водород-бор- кремний-мышьяк-теллур-астат», а неметаллы выше.

Элементы, расположенные вблизи диагонали, обладают смешанными свойствами: проявляют как металлические, так и неметаллические свойства. Они называются полуметаллами.

Полуметаллы имеют ковалентную кристаллическую решетку при наличии металлической проводимости (электропроводности). Валентных электронов у них либо недостаточно для образования полноценной ковалентной связи, либо они не удерживаются достаточно прочно из-за больших размеров атома. Поэтому связь в ковалентных кристаллах этих элементов имеет частично металлический характер.

Закономерности в таблице Д.И. Менделеева

Каждый атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны находятся в ядре, который несет положительный заряд. Вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны. Атомный номер указывает на количество протонов.

Чем больше заряд ядра, тем сильнее к нему притягиваются электроны. Т.о., атому сложнее отдавать электроны. Поэтому в периоде слева направо, с увеличением порядкового номера металлические свойства ослабевают, а неметаллические – усиливаются.

Неметаллы стремятся принять электроны от других атомов. Период в таблице указывает на количество электронных уровней. По мере увеличения числа орбиталей электроны отдаляются от ядра и атому сложнее удерживать электроны на последних уровнях. Т.о., в группе сверху вниз количество орбиталей возрастает, поэтому металлические свойства усиливаются, а неметаллические – уменьшаются.

Способы получения металлов

1. Большую часть металлов получают из оксидов при нагревании.
2. Fe2O3 + 3 CO →2 Fe + 3 CO2
3. MnO2 + 2 C → Mn + CO2
4. Металлы, имеющие на внешнем уровне один-два электрона, получают с помощью электролиза расплавов.
5. NaCl → Na+ + Cl-

Химические свойства металлов

Все металлы проявляют восстановительные свойства. Легкость в отдачи внешнего электрона применяется в фотоэлементах. Степень активности определяется рядом активности. У самых активных на внешнем уровне располагается по одному электрону.

• Общие химические свойства металлов выражаются в реакциях со следующими соединениями.
• 4 Li + O2→ 2 LiO2
• 3 Mg + N2 → Mg3N2

Активные металлы реагируют с галогенами и кислородом. С азотом взаимодействуют только литий, кальций и магний. Большинство металлов при взаимодействии с кислородом образуют оксиды, а наиболее активные металлы – пероксиды (N2O2).

1. 2 Ca + MnO2 → 2 CaO + Mn(нагревание)
2. Mg + H2SO4(разб)→MgSO4 + H2
3. Водород в кислотах вытесняют только те металлы, которые в ряду напряжений стоят до водорода.
4. Fe + CuSO4→ Cu + FeSO4
5. Cu + 2 AgNO3→ 2 Ag + Cu(NO3)2
6. Более активные металлы вытесняют из соединений менее активные.

• Химические свойства щелочных и щелочно-земельных металлов (реакции с водой)

2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2

Ca + 2 H2O →Ca(OH)2 + H2

Способы получения неметаллов

• Неметаллы синтезируют из природных соединений с помощью электролиза.
• 2 KCl → 2 K + Cl2
• Также неметаллы получают в результате окислительно-восстановительных реакций.
• SiO2 + 2 Mg → 2 MgO + Si

Химические свойства неметаллов

Неметаллы проявляют окислительные свойства. Самый активный неметалл – фтор. Он бурно реагирует со всеми веществами, а некоторые реакции сопровождаются горением и взрывом. В атмосфере фтора горят даже вода и платина. Фтор окисляет кислород и образует фторид кислорода OF2.

1. Неметаллы вступают в реакции со следующими веществами.
2. 3 F + 2 Al → 2 AlF3 (нагревание)
3. S + Fe →FeS (нагревание)
4. 2 F2 + C → CF2 (нагревание)
5. S + O2→ SO2(нагревание)
6. 4 F2 + CH4→CH3F + HF
7. 3 O2 + 4 NH3→ 2 N2 + 6 H2O

Меньшей активностью обладают такие неметаллы как бор, графит, алмаз. Они могут проявлять восстановительные свойства.

2 C + MnO2 → Mn + 2 CO

4 H2 + Fe3O2 → 3 Fe + 4 H2O

Коррозия металла

Коррозия – это процесс разрушения металлов или металлических конструкций под действием кислорода, воды и вредных примесей. Не все металлы подвергаются коррозии. Их стойкость зависит от ряда факторов.

• На благородных металлах не образуется коррозия.
• На поверхности алюминия, титана, цинке, хрома и никеля есть оксидная пленка, которая предотвращает процессы коррозии.

Различают несколько видов коррозии – химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия

Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Она образуется под действием газов.

3 Fe + 2 O2 → Fe3O4

2 Fe + 3 Cl2 → 2 FeCl3

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия – процесс разрушения металлов или металлических конструкций, который сопровождается электрохимическими реакциями. В большинстве металлов находятся примеси. В процессе коррозии электродами могут служить не только металлы, но и его примеси.

Например, в железе могут находиться примеси олова. В этом случае на аноде электроны переносятся от олова к железу и металлы растворяются, т.е. железо подвергаются коррозии. На катоде восстанавливается водород из воды или растворенного кислорода. Электрохимическая коррозия может сопровождаться следующими процессами.

Анод: Fe2+ — 2e → Fe0

Катод: 2H+ + 2e → H2

Способы защиты от коррозии

В промышленности популярны различные методы защиты металлов от коррозии.

Покрытия защищают поверхности от действия окислителей. Ими служат различные вещества:

• покрытие менее активным металлом (железо покрывают оловом);
• краски, лаки, смазки.
• Создание специальных сплавов

Физические свойства сплавов и чистых металлов отличаются. Поэтому для повышения стойкости в сплав необходимо добавить дополнительные металлы.

Биологическая роль металлов и неметаллов

В организмах содержится множество различных металлов и неметаллов. Различных химических элементов в организме может не хватать, поэтому приходится потреблять их извне.Химические элементы можно разделить на две большие группы – макроэлементы и микроэлементы.

К макроэлементам относятся вещества, содержание которых в организме превышает 0,005 %. Эта группа включает водород, углерод, кислород, азот, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций.

Микроэлементы – элементы, содержание которых не превышает 0,005%. К ним относятся железо, медь, селен, йод, хром, цинк, фтор, марганец, кобальт, молибден, кремний, бром, ванадий, бор.

Каждый макро- и микроэлемент в организме выполняет определенную функцию.

Применение металлов и неметаллов

В синтезе химических препаратов и лекарств применяются чистые металлы и неметаллы. В органической химии металлы используются в качестве катализаторов, а также при получении металлорганических соединений.  Неметаллы служат исходным сырьем для получения чистых кислот и других химических соединений.