Номер 1, страница 93, часть 1 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Укажите, какие металлы получают из их оксидов, какие из хлоридов: Fe, Mg, Ca, Na, Al, Ni, Cr. С чем это связано?

Способ получения металла из природного сырья (из оксидов или хлоридов) определяется в первую очередь его химической активностью, то есть положением в электрохимическом ряду напряжений, а также физико-химическими свойствами его соединений.

Металлы, получаемые из оксидов

К этой группе относятся металлы средней и низкой активности, а также алюминий. В предоставленном списке это: Fe, Ni, Cr, Al.

- Железо (Fe), никель (Ni), хром (Cr) являются металлами средней активности. Промышленный способ их получения — пирометаллургия, то есть восстановление из оксидных руд при высоких температурах. В качестве восстановителей применяют углерод (кокс), оксид углерода(II) или более активные металлы (например, алюминий для восстановления хрома — алюмотермия). Эти методы экономически выгоднее, чем электролиз.

Уравнение восстановления железа в доменной печи: $Fe_2O_3 + 3Co \rightarrow 2Fe + 3CO_2$.

- Алюминий (Al) — активный металл, но его также получают из оксида $Al_2O_3$ (глинозёма). Ввиду его высокой активности, химическое восстановление углеродом неэффективно (требует очень высоких температур и приводит к образованию карбида алюминия $Al_4C_3$). Поэтому алюминий получают электролизом расплава оксида алюминия. Чтобы снизить температуру плавления $Al_2O_3$ (которая составляет более 2000o C), его растворяют в расплавленном криолите $Na_3AlF_6$, что позволяет проводить процесс при температуре около 950o C.

Металлы, получаемые из хлоридов

К этой группе относятся наиболее активные металлы — щелочные и щелочноземельные. В предоставленном списке это: Mg, Ca, Na.

- Магний (Mg), кальций (Ca), натрий (Na) — это очень активные металлы, стоящие в самом начале ряда напряжений. Восстановить их из оксидов с помощью углерода невозможно, так как они обладают более сильными восстановительными свойствами. Получение электролизом из водных растворов их солей также исключено, так как на катоде вместо металла будет восстанавливаться водород из воды. Единственный промышленный метод их получения — электролиз расплавов их солей. Чаще всего используются хлориды, так как их температуры плавления значительно ниже, чем у оксидов, что существенно снижает энергозатраты на процесс.

Уравнение получения магния: $MgCl_2 (расплав) \xrightarrow{электролиз} Mg + Cl_2 \uparrow$.

С чем это связано?

Таким образом, выбор исходного соединения (оксид или хлорид) и метода получения металла (пиро- или электрометаллургия) диктуется балансом между химической активностью металла и экономической целесообразностью процесса.

1. Химическая активность: Чем активнее металл, тем прочнее его соединения и тем больше энергии требуется для его выделения в свободном виде. Для металлов средней активности (Fe, Ni, Cr) достаточно энергии химической реакции восстановления (пирометаллургия). Для высокоактивных металлов (Na, Ca, Mg, Al) необходимо применять более энергозатратный электролиз (электрометаллургия).

2. Температура плавления сырья: Для проведения электролиза расплава сырье должно быть жидким. Оксиды активных металлов (например, MgO, CaO) имеют чрезвычайно высокие температуры плавления (выше 2500o C). Их хлориды ($MgCl_2$, $CaCl_2$, $NaCl$) плавятся при значительно более низких температурах (700-800o C), что делает их использование для электролиза технически и экономически оправданным.

Ответ:

Из оксидов получают: Fe, Ni, Cr, Al.

Из хлоридов получают: Mg, Ca, Na.

Это связано с тем, что способ получения металла зависит от его химической активности и свойств его соединений. Металлы средней активности (Fe, Ni, Cr) восстанавливают химическим путем из оксидов. Высокоактивные металлы (Na, Ca, Mg) получают электролизом расплавов их хлоридов, так как хлориды имеют более низкую температуру плавления, чем оксиды. Алюминий, также активный металл, получают электролизом его оксида, но растворенного в криолите для снижения температуры плавления.