Номер 2, страница 171 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 7. Металлы. Параграф 48. Железо. Вопросы в начале параграфа - номер 2, страница 171.

Условие.

● Какие способы получения металлов вам известны?

Решение.

Решение 2.

Существует три основных группы промышленных способов получения металлов, которые основаны на процессе восстановления их ионов из природных соединений (руд).

Пирометаллургические способы

Это наиболее древняя и распространенная группа методов, основанных на восстановлении металлов из руд, концентратов и агломератов при высоких температурах. В качестве восстановителей применяют различные вещества.

• Восстановление углеродом (коксом) и оксидом углерода(II). Этим способом в доменных печах получают чугун (сплав железа с углеродом), а также такие металлы, как цинк, свинец, олово. Пример реакции получения железа: Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t^\circ} 2Fe + 3CO_2$
• Металлотермия. Процесс восстановления металлов из их соединений (чаще оксидов) более активными металлами, которые при высоких температурах отнимают кислород.
  • Алюминотермия (восстановитель — алюминий) используется для получения хрома, марганца, ванадия и их сплавов (ферросплавов): $Cr_2O_3 + 2Al \xrightarrow{t^\circ} 2Cr + Al_2O_3$
  • Магниетермия (восстановитель — магний) используется для получения титана, циркония, урана: $TiCl_4 + 2Mg \xrightarrow{t^\circ} Ti + 2MgCl_2$
• Восстановление водородом. Применяется для получения некоторых чистых и тугоплавких металлов, например, вольфрама и молибдена. Водород является чистым восстановителем, не загрязняющим конечный продукт. $WO_3 + 3H_2 \xrightarrow{t^\circ} W + 3H_2O$

Ответ: Пирометаллургия — это получение металлов при высоких температурах путем восстановления. Основные процессы: восстановление углеродом (получение железа), металлотермия (получение хрома с помощью алюминия) и восстановление водородом (получение вольфрама).

Гидрометаллургические способы

Эти способы основаны на химических реакциях в водных растворах и включают две основные стадии. Они особенно эффективны для извлечения металлов из бедных руд или для получения металлов высокой чистоты (например, золота, серебра, урана, меди).

1. Выщелачивание. Металл или его соединение избирательно растворяют, обрабатывая руду раствором реагента (кислоты, щелочи, комплексного соединения). Например, медные руды обрабатывают серной кислотой:

   $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

   Золото извлекают с помощью раствора цианида натрия:

   $4Au + 8NaCN + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Na[Au(CN)_2] + 4NaOH$

2. Выделение металла из раствора. Металл извлекают из полученного раствора либо вытеснением более активным металлом (цементация), либо электролизом.

   Пример цементации меди железом:

   $CuSO_4 + Fe \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$

Ответ: Гидрометаллургия — это способ получения металлов через их растворение (выщелачивание) и последующее выделение из раствора, например, путем вытеснения более активным металлом (цементация) или электролизом.

Электрометаллургические способы

Эта группа методов основана на процессе электролиза — восстановлении ионов металлов на катоде при пропускании электрического тока через расплав или раствор их соединений.

• Электролиз расплавов. Используется для получения наиболее активных металлов (щелочных, щелочноземельных), а также алюминия. Например, алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия ($Al_2O_3$) в расплавленном криолите ($Na_3AlF_6$):

  На катоде: $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$

  Натрий получают электролизом расплава поваренной соли:

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

• Электролиз растворов. Применяется для получения металлов средней и низкой активности (медь, цинк, никель, кадмий), а также для их глубокой очистки — электрорафинирования. При рафинировании меди нечистый металл (анод) растворяется, а на катоде осаждается чистая медь:

  Анод (растворение): $Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{2+}$

  Катод (осаждение): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$

Ответ: Электрометаллургия — это получение металлов с помощью электролиза. Электролизом расплавов получают активные металлы (Al, Na), а электролизом растворов — металлы средней активности (Cu, Zn) или проводят их очистку (рафинирование).