Номер 4, страница 160 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

Вопросы и задания. §24. Металлы и сплавы. Глава 4. Знакомство с материалами - номер 4, страница 160.

4. Как металл добывают из руды? Расскажите на примерах из параграфа.

Решение

Добыча металлов из руды — это сложный многостадийный процесс, называемый металлургией. В общем виде он включает в себя несколько основных этапов: подготовку и обогащение руды, химическое восстановление металла из его соединения и, при необходимости, очистку (рафинирование) полученного металла. Выбор конкретного способа получения металла зависит от его химической активности и типа руды.

В природе металлы чаще всего встречаются в виде оксидов, сульфидов, карбонатов и других соединений. Процесс извлечения чистого металла заключается в его восстановлении из этих соединений. Рассмотрим основные промышленные способы на конкретных примерах, которые часто приводятся в учебных материалах.

Пример 1: Производство чугуна (пирометаллургия)

Пирометаллургия — это получение металлов при очень высоких температурах. Классическим примером является доменное производство чугуна из железной руды.

1. Сырье: В доменную печь загружают шихту — смесь, состоящую из:
- Железной руды (в основном гематит $Fe_2O_3$ или магнетит $Fe_3O_4$).
- Кокса (углерод $C$) — он служит топливом и восстановителем.
- Флюсов (например, известняк $CaCO_3$) — для удаления примесей (пустой породы).

2. Процесс в доменной печи: В нижней части печи кокс сгорает в потоке горячего воздуха, образуя монооксид углерода ($CO$) — главный восстановитель железа. Происходят следующие основные химические реакции:
- Горение кокса и образование восстановителя: $C + O_2 \rightarrow CO_2$; $CO_2 + C \rightarrow 2CO$.
- Восстановление железа из руды: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$.
- Образование шлака для удаления примесей (например, $SiO_2$): $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2$; $CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$.

3. Продукты: В результате из печи выпускают жидкий чугун (сплав железа с углеродом) и шлак, который легче чугуна и плавает на его поверхности.

Пример 2: Производство алюминия (электрометаллургия)

Электрометаллургия — это получение металлов с помощью электрического тока. Этот метод применяют для очень активных металлов, таких как алюминий.

1. Сырье: Очищенный оксид алюминия (глинозем $Al_2O_3$), который получают из бокситов.

2. Процесс электролиза: Глинозем растворяют в расплавленном криолите ($Na_3AlF_6$) для снижения температуры плавления. Электролиз проводят в ваннах с угольными электродами.
Процессы на электродах:
- На катоде (–) восстанавливается жидкий алюминий: $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$.
- На аноде (+) окисляются ионы кислорода: $2O^{2-} - 4e^- \rightarrow O_2$.

3. Продукты и особенности: Получают жидкий алюминий. Кислород, выделяющийся на аноде, реагирует с его угольным материалом ($C + O_2 \rightarrow CO_2$), что приводит к расходу анодов.

Ответ:

Металлы из руды добывают путем химического восстановления их из соединений (чаще всего оксидов). Выбор метода зависит от активности металла. Основные способы:
1. Пирометаллургия (для металлов средней активности, например, железа): Железо получают в доменных печах, восстанавливая железную руду ($Fe_2O_3$) угарным газом ($CO$), который образуется при сжигании кокса. Реакция: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$.
2. Электрометаллургия (для активных металлов, например, алюминия): Алюминий получают электролизом расплава оксида алюминия ($Al_2O_3$) в криолите. На катоде происходит восстановление металла: $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$.
3. Гидрометаллургия (в растворах, например, для меди или золота): Металл сначала выщелачивают (переводят в раствор), а затем извлекают из раствора.