Номер 3, страница 216 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 45. Медь. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 3, страница 216.

Условие.

этих двух металлов:

3. Расскажите о получении и применении меди.

Решение.

Решение 2.

Получение меди

Медь — один из первых металлов, освоенных человеком, благодаря её относительно частому нахождению в самородном виде и простоте извлечения из руд. В настоящее время промышленное получение меди — это сложный многостадийный процесс, который зависит от типа исходного сырья. Основными источниками меди являются сульфидные руды (халькопирит $CuFeS_2$, халькозин $Cu_2S$, борнит $Cu_5FeS_4$) и, в меньшей степени, окисленные руды (малахит $(CuOH)_2CO_3$, азурит $Cu_3(OH)_2(CO_3)_2$).

Существует два основных метода получения меди:

1. Пирометаллургический метод. Это основной способ, применяемый для переработки богатых сульфидных руд. Он включает следующие этапы:

   • Обогащение: Руду измельчают и подвергают флотации. В результате получают медный концентрат с содержанием меди 20–35%.
   • Обжиг: Концентрат обжигают для удаления избытка серы в виде диоксида серы $SO_2$ и частичного окисления сульфидов.
   • Плавка на штейн: Обожженный концентрат плавят в печах, получая расплав, состоящий в основном из сульфидов меди(I) и железа(II) — штейн. Железосодержащие породы переходят в шлак.
   • Конвертирование: Расплавленный штейн заливают в конвертеры и продувают через него воздух или обогащенный кислородом воздух. На этом этапе происходит окисление сульфида железа и его удаление в шлак, а затем окисление сульфида меди до оксида меди(I), который реагирует с оставшимся сульфидом:
     $2Cu_2S + 3O_2 \rightarrow 2Cu_2O + 2SO_2$
     $2Cu_2O + Cu_2S \rightarrow 6Cu + SO_2$
     В результате получают так называемую черновую медь (чистота 98.5–99.5%), которая содержит растворенные газы (в основном $SO_2$), выделяющиеся при застывании и создающие пористую структуру.
   • Рафинирование (очистка): Черновую медь очищают для получения металла высокой чистоты.
     • Огневое рафинирование: Через расплавленную медь продувают воздух для окисления примесей, которые затем удаляются в виде шлака. После этого медь раскисляют (удаляют растворенный кислород), пропуская через расплав природный газ или используя свежесрубленные бревна.
     • Электролитическое рафинирование: Это финальная стадия для получения меди высокой чистоты (99.95% и выше). Плиты из черновой меди (после огневого рафинирования) служат анодами в электролитической ванне, а в качестве катодов используют тонкие листы чистой меди. Электролитом служит раствор сульфата меди ($CuSO_4$) в серной кислоте. При пропускании тока аноды растворяются, ионы меди $Cu^{2+}$ переходят в раствор, а затем осаждаются на катодах в виде чистого металла. Примеси (железо, цинк, никель) остаются в растворе, а благородные металлы (золото, серебро, платина) и другие нерастворимые компоненты оседают на дно ванны, образуя анодный шлам, который является ценным сырьем для их извлечения.

2. Гидрометаллургический метод. Этот метод применяется для переработки бедных или окисленных руд. Он заключается в выщелачивании меди из руды растворами кислот (чаще всего серной) или аммиака. Полученный раствор, содержащий ионы меди, затем подвергается экстракции для концентрирования и очистки, после чего медь извлекается из раствора путем электролиза (электроэкстракция).

Применение меди

Широкое применение меди обусловлено её уникальным набором свойств: высокой электро- и теплопроводностью (уступает только серебру), коррозионной стойкостью, пластичностью, бактерицидными свойствами и привлекательным внешним видом.

• Электротехника и электроника: Это основная сфера применения меди (более 50% всего производства). Из неё изготавливают силовые кабели, провода, обмотки электродвигателей и трансформаторов, токопроводящие шины, контакты, печатные платы и компоненты электронных устройств.
• Строительство и архитектура: Медь используется для изготовления труб для систем водоснабжения, отопления и кондиционирования благодаря её долговечности, коррозионной стойкости и бактерицидным свойствам. Также медные листы применяют в качестве кровельного материала и для облицовки фасадов. Со временем медь покрывается зеленоватой патиной, которая не только защищает металл от дальнейшей коррозии, но и придает зданиям благородный вид.
• Машиностроение: Высокая теплопроводность меди делает её незаменимым материалом для изготовления теплообменников, радиаторов (в автомобилях, компьютерах), систем охлаждения. Медные сплавы используются для изготовления подшипников скольжения, втулок и других деталей, работающих в условиях трения.
• Производство сплавов: Медь является основой для многих важных сплавов:
  • Латунь (сплав с цинком) — используется для изготовления сантехнической арматуры, музыкальных инструментов (духовых), гильз, декоративных изделий.
  • Бронза (сплав с оловом, алюминием, кремнием и др.) — применяется для отливки скульптур, колоколов, изготовления деталей машин, арматуры.
  • Мельхиор и нейзильбер (сплавы с никелем) — обладают высокой коррозионной стойкостью, используются в судостроении, для производства монет и столовых приборов.

• Другие области:
  • Химическая промышленность: Медь и её соединения используются в качестве катализаторов.
  • Сельское хозяйство: Сульфат меди (медный купорос) применяется как фунгицид для борьбы с грибковыми заболеваниями растений.
  • Искусство и ювелирное дело: Медь используется в чистом виде для создания художественных изделий, а также в сплавах с золотом и серебром для придания им прочности и изменения цвета.
  • Производство монет: Многие монеты по всему миру чеканятся из медных сплавов.

Ответ: Медь получают из руд двумя основными способами: пирометаллургическим (обогащение, обжиг, плавка, конвертирование и электролитическое рафинирование) для сульфидных руд и гидрометаллургическим (выщелачивание и электролиз) для бедных и окисленных руд. Благодаря высокой электро- и теплопроводности, коррозионной стойкости и пластичности медь и её сплавы (латунь, бронза) широко применяются в электротехнике (провода, кабели), строительстве (трубы, кровля), машиностроении (теплообменники, радиаторы) и многих других отраслях промышленности.