Номер 2, страница 119 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Вопросы в начале параграфа. Параграф 26. Общая характеристика и способы получения металлов. Глава VI. Металлы - номер 2, страница 119.

Условие.

• Какие способы получения металлов вам известны?

Решение.

Решение 2.

Какие способы получения металлов вам известны?

Все промышленные способы получения металлов из природного сырья (руд) объединяются под общим названием металлургия. В зависимости от характера используемых химических процессов и температурных условий, металлургию принято делить на три основные отрасли: пирометаллургию, гидрометаллургию и электрометаллургию.

1. Пирометаллургия

Пирометаллургические процессы (от греч. pyr — огонь) основаны на восстановлении металлов из их соединений при высоких температурах. Это самая древняя и распространенная группа методов. В качестве восстановителей используют углерод (кокс, уголь), оксид углерода(II), водород, а также более активные металлы.

• Восстановление углеродом (коксом) и оксидом углерода(II) (карботермия). Этим способом получают металлы средней активности, такие как железо, медь, цинк, свинец, олово. Самый масштабный пример – доменное производство чугуна (сплава железа с углеродом) из железной руды ($Fe_2O_3$, $Fe_3O_4$).
  Пример: Восстановление железа в доменной печи.
  $Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t^\circ} 2Fe + 3CO_2$
  Пример: Получение цинка.
  $ZnO + C \xrightarrow{t^\circ} Zn + CO$

• Восстановление более активными металлами (металлотермия). Этот метод применяют, когда углерод не может восстановить металл или образует с ним нежелательные соединения (карбиды).

  • Алюмотермия (восстановитель — алюминий). Используется для получения марганца, хрома, ванадия, титана и др. Процесс сопровождается выделением большого количества тепла.
    Пример: Получение хрома.
    $Cr_2O_3 + 2Al \xrightarrow{t^\circ} 2Cr + Al_2O_3$

  • Магниетермия (восстановитель — магний или кальций). Применяется для получения редких и тугоплавких металлов, таких как титан, уран, цирконий.
    Пример: Получение титана из его тетрахлорида.
    $TiCl_4 + 2Mg \xrightarrow{t^\circ} Ti + 2MgCl_2$

• Восстановление водородом. Используется для получения некоторых чистых металлов, в основном тугоплавких (вольфрам, молибден) и некоторых цветных металлов (медь, свинец).
  Пример: Получение вольфрама.
  $WO_3 + 3H_2 \xrightarrow{t^\circ} W + 3H_2O$

2. Гидрометаллургия

Гидрометаллургические процессы (от греч. hydor — вода) основаны на химических реакциях, протекающих в водных растворах. Этот метод позволяет перерабатывать бедные руды и получать металлы высокой чистоты (медь, цинк, золото, серебро, уран). Процесс включает две основные стадии:

1. Выщелачивание: избирательное растворение металла или его соединения из руды с помощью химических реагентов (растворов кислот, щелочей, солей).
   Пример: Выщелачивание оксида меди серной кислотой.
   $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

2. Выделение металла из раствора: из полученного раствора металл извлекают либо вытеснением более активным металлом, либо электролизом.

   • Цементация: вытеснение целевого металла из раствора его соли более активным металлом.
     Пример: Выделение меди из раствора сульфата меди железным порошком.
     $CuSO_4 + Fe \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$

   • Электролиз раствора (электроэкстракция): осаждение металла на катоде при пропускании через раствор электрического тока.

3. Электрометаллургия

Электрометаллургические процессы основаны на использовании электрической энергии, чаще всего — на электролизе. Этот метод является основным для получения наиболее активных металлов.

• Электролиз расплавов солей или оксидов. Таким способом получают щелочные (Na, K), щелочноземельные (Ca, Mg) металлы, а также алюминий. Эти металлы настолько активны, что их невозможно выделить из водных растворов.
  Пример: Получение натрия электролизом расплава хлорида натрия.
  $2NaCl \xrightarrow{электролиз} 2Na + Cl_2\uparrow$
  Пример: Получение алюминия электролизом раствора оксида алюминия $Al_2O_3$ в расплавленном криолите $Na_3AlF_6$.
  $2Al_2O_3 \xrightarrow{электролиз, \thicksim 950^\circ C} 4Al + 3O_2\uparrow$

• Электролиз водных растворов солей. Применяется для получения металлов, стоящих в ряду активности после алюминия (например, цинка), а также для глубокой очистки (рафинирования) металлов, таких как медь, никель, серебро.

Ответ:

Существуют три основные группы способов получения металлов:

• Пирометаллургия — методы, основанные на высокотемпературном восстановлении металлов из руд. Примеры: получение железа в доменной печи с помощью кокса (карботермия), получение хрома с помощью алюминия (алюмотермия).
• Гидрометаллургия — методы, включающие растворение металла из руды (выщелачивание) и последующее его выделение из раствора. Пример: получение меди путем ее выщелачивания серной кислотой с последующим вытеснением железом (цементация).
• Электрометаллургия — методы, основанные на применении электрического тока, главным образом электролиза. Пример: получение активных металлов (алюминия, натрия) электролизом расплавов их соединений.