Номер 6, страница 75, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

6. В следующей таблице представлены металлы и способы их получения в промышленности:

Металл: Железо, Формула основного компонента руды: $Fe_2O_3$, Способ получения: Восстановление углеродом

Металл: Натрий, Формула основного компонента руды: $NaCl$, Способ получения: Электролиз

Металл: Алюминий, Формула основного компонента руды: $Al_2O_3$, Способ получения: Электролиз

Металл: Медь, Формула основного компонента руды: $CuO$, Способ получения: Электролиз или восстановление водородом

Ответьте на вопросы:

а) Назовите каждую из руд, в которых встречаются данные металлы.

б) Представьте из данных металлов ряд уменьшения их активности. Объясните, почему будет такая последовательность.

в) Каким способом получают первые два металла в этой последовательности металлов? Почему?

г) Объясните, каким видом электролиза (расплава или раствора соли) получают алюминий, натрий и медь? Напишите уравнения данных процессов.

д) Каким способом можно получить следующие металлы:

1) калий;

2) свинец;

3) магний?

е) Золото, подобно меди, относится к металлам, встречающимся в природе. В каком виде встречается золото и как его получают?

а) Назовите каждую из руд, в которых встречаются данные металлы.

Железо (Fe) получают из руды, основной компонент которой $Fe_2O_3$ – гематит, также известный как красный железняк.

Натрий (Na) получают из минерала $NaCl$ – галита, который является основной составляющей каменной соли.

Алюминий (Al) получают из руды, основной компонент которой $Al_2O_3$ (глинозём), содержащийся в бокситах.

Медь (Cu) получают из медной руды, содержащей оксид меди(II) $CuO$ – тенорит (или мелаконит).

Ответ: $Fe_2O_3$ – гематит (красный железняк); $NaCl$ – галит (каменная соль); $Al_2O_3$ – глинозём (в составе бокситов); $CuO$ – тенорит.

б) Представьте из данных металлов ряд уменьшения их активности. Объясните, почему будет такая последовательность.

Ряд уменьшения активности для данных металлов выглядит следующим образом: Натрий (Na) → Алюминий (Al) → Железо (Fe) → Медь (Cu).

Эта последовательность определяется положением металлов в электрохимическом ряду напряжений (ряду активности металлов). Чем левее металл находится в этом ряду, тем он химически активнее, то есть легче отдает электроны и является более сильным восстановителем. Натрий – щелочной металл, один из самых активных. Алюминий и железо – металлы средней активности, причем алюминий активнее железа. Медь стоит в ряду активности после водорода и является малоактивным металлом.

Ответ: Ряд уменьшения активности: $Na \rightarrow Al \rightarrow Fe \rightarrow Cu$. Эта последовательность соответствует расположению металлов в электрохимическом ряду напряжений слева направо.

в) Каким способом получают первые два металла в этой последовательности металлов? Почему?

Первые два металла в ряду активности – натрий (Na) и алюминий (Al). Оба металла получают методом электролиза.

Причина использования электролиза заключается в их высокой химической активности. Они являются сильными восстановителями, и их соединения (оксиды, хлориды) очень устойчивы. Восстановить их из соединений с помощью более дешёвых восстановителей, таких как углерод или водород, невозможно или экономически нецелесообразно. Электролиз расплавов является достаточно мощным методом, позволяющим разложить такие прочные соединения и получить чистые активные металлы.

Ответ: Первые два металла, натрий и алюминий, получают электролизом расплавов их солей (для натрия) или оксидов (для алюминия). Это связано с их высокой химической активностью и прочностью их соединений, что делает невозможным их восстановление обычными химическими методами.

г) Объясните, каким видом электролиза (расплава или раствора соли) получают алюминий, натрий и медь? Напишите уравнения данных процессов.

Натрий и алюминий получают электролизом расплавов. Это связано с тем, что они являются очень активными металлами. При попытке провести электролиз водных растворов их солей на катоде вместо металла будет выделяться водород из воды.

Уравнение получения натрия электролизом расплава хлорида натрия:

Общее: $2NaCl \xrightarrow{электролиз} 2Na + Cl_2\uparrow$

Катод (–): $Na^+ + 1e^- \rightarrow Na$

Анод (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2$

Уравнение получения алюминия электролизом раствора оксида алюминия в расплавленном криолите ($Na_3AlF_6$):

Общее: $2Al_2O_3 \xrightarrow{электролиз} 4Al + 3O_2\uparrow$

Катод (–): $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$

Анод (+): $2O^{2-} - 4e^- \rightarrow O_2$

Медь получают электролизом водных растворов её солей (например, сульфата меди $CuSO_4$), так как медь – малоактивный металл, стоящий в ряду активности после водорода. При электролизе водного раствора на катоде будут восстанавливаться именно ионы меди.

Уравнение электролиза водного раствора сульфата меди:

Общее: $2CuSO_4 + 2H_2o \xrightarrow{электролиз} 2Cu \downarrow + O_2\uparrow + 2H_2SO_4$

Катод (–): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$

Анод (+): $2H_2o - 4e^- \rightarrow O_2 + 4H^+$

Ответ: Натрий и алюминий получают электролизом расплавов. Медь – электролизом водных растворов солей. Уравнения процессов приведены выше.

д) Каким способом можно получить следующие металлы: 1) калий; 2) свинец; 3) магний?

1) Калий (K) – щелочной металл, ещё более активный, чем натрий. Его получают электролизом расплавов его солей, например, хлорида калия ($KCl$).

2) Свинец (Pb) – металл средней активности. Его получают пирометаллургическим методом – восстановлением из оксида свинца ($PbO$), который в свою очередь получают обжигом сульфидной руды, с помощью кокса (углерода) при высокой температуре: $Pbo + C \rightarrow Pb + CO$.

3) Магний (Mg) – активный щелочноземельный металл. Его получают электролизом расплава безводного хлорида магния ($MgCl_2$).

Ответ: 1) Калий – электролизом расплава солей (например, $KCl$). 2) Свинец – восстановлением оксида свинца углем (пирометаллургия). 3) Магний – электролизом расплава хлорида магния ($MgCl_2$).

е) Золото, подобно меди, относится к металлам, встречающимся в природе. В каком виде встречается золото и как его получают?

Золото (Au) – очень инертный, благородный металл. В природе оно встречается преимущественно в самородном виде, то есть в виде чистого металла. Это могут быть зёрна и вкрапления в кварцевых жилах (жильное золото) или россыпи в речных отложениях (россыпное золото).

Основным промышленным способом извлечения золота из руд является процесс цианирования. Измельчённую руду обрабатывают разбавленным раствором цианида натрия ($NaCN$) при доступе кислорода воздуха. Золото при этом растворяется, образуя растворимый комплексный анион:

$4Au + 8NaCN + O_2 + 2H_2o \rightarrow 4Na[Au(CN)_2] + 4NaOH$

Затем из полученного раствора золото осаждают (вытесняют) более активным металлом, как правило, цинковой пылью:

$Zn + 2Na[Au(CN)_2] \rightarrow Na_2[Zn(CN)_4] + 2Au\downarrow$

Ответ: Золото в природе встречается в самородном виде. Основной способ его получения – цианирование руды с последующим осаждением золота из раствора цинком.