В каком виде металлы встречаются в природе?

6 ответов на вопрос “В каком виде металлы встречаются в природе?”

  1. killrock Ответить

    В свободном состоянии в природе встречаются только неактивные металлы. Так в виде самородков встречаются золото и платина, иногда — серебро и медь. Добыча этих металлов связано только с механическим отделением их от примесей.
    Большинство металлических элементов легко окисляются и существуют в природе только в соединениях: оксидах ( Fe3O4, Cr2O3 ), сульфидах ( FeS2 , ZnS), солях (NaCl, CaCO3). Именно из таких природных соединений и добывают металлы путем их химической переработки.
    Природные минеральные соединения, из которых экономически целесообразно добывать металл в производственных условиях называют рудами.
    Важнейшими рудами являются оксиды, сульфиды и карбонаты металлических элементов. Первым этапом переработки руд является удаление пустой породы — обогащение руды. Добыча металлов из руд основан на их восстановлении различными способами.
    Важнейший способ получения металлов из руд — восстановление оксидов соответствующих металлических элементов углем (коксом) при нагревании:
    SnO2 + C = Sn + CO2.
    Довольно часто оксидные руды восстанавливают карбон (II) оксидом, а иногда — водородом:
    Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2.
    WO3 + 3H2 = W + 3H2O.
    Сульфидные руды сначала выжигают, а затем восстанавливают полученный оксид:
    2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2.
    PbO + C = Pb + CO.
    Важным методом получения металлов является восстановление менее активных металлов активными металлами и некоторыми неметаллами при нагревании. Восстановление алюминием называют Алюминотермия, восстановления магнием — магниетермиею, кремния — силикотермиею:
    Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3.

  2. KoMMi_TV Ответить

    Некоторые содержащие бериллий минералы иногда встречаются в виде очень красивых экземпляров и считаются поэтому драгоценными камнями. Так, смарагд и аквамарин — разновидности берилла, а александрит — разновидность хризоберилла. Эвклаз и фенакит тоже считаются драгоценными камнями.
    Радий в совершенно ничтожных количествах содержится в рудах урана, из которого он образуется путем радиоактивно го распада. Отношение радия к урану в этих рудах практически постоянно и равняется 1:3 000 000. Главный минерал, содержащий уран, — урановая смоляная руда — содержит в среднем 0,14 г радия на 1 т (1000 кг). Еще ничтожнее содержание радия в других урановых рудах, например в аутупите, карнотите и в других подобных минералах
    44.
    Основные способы получения металлов. Металлы получают из руд, т.е. исходного сырья, в котором содержится экономически приемлемое количество металла. По мере истощения руд уменьшается экономически приемлемое содержание в них металла и повышается его стоимость.
    Предварительно руда обрабатывается для увеличения концентрации металла путем отделения пустой породы и разделения остатка на различные фракции. Последующие операции заключаются в получении соединения металла, из которого удобно выделить металл тем или иным способом. Так как большинство металлов в природе находится в окисленном состоянии, то извлечение их основано на восстановлении из тех или иных соединений в растворах при невысокой температуре) или расплавах (при повышенных температурах).
    Восстановление проводят химическими или электрохимическими способами. Химическое восстановление заключается во взаимодействии соединений металлов с углем, водородом или металлами-восстановителями. Например, при взаимодействии оксидов же-еза со специально обработанным углем (коксом) образуется чугун. J помощью водорода получают вольфрам, молибден, кобальт и ругие металлы, например, по реакции:
    WO3 + ЗН2 = W + ЗН2О
    Многие металлы производят взаимодействием соединений ме-ллов с другими металлами, например:
    BeF2 + Mg = Be + MgF2 Таким способом получают кадмий, олово, хром, серебро, титан И другие металлы. Кроме магния восстановителями обычно служат Цинк и алюминий. Электролизом из растворов осаждают медь, ни-Ксль, серебро, хром, кадмий, индий, олово и другие металлы. Элек-1ролизом из расплавов осаждаются сильные восстановители, такие, Как щелочные металлы, магний и алюминий.
    Получение чистых металлов. Свойства металлов зависят от содержания в них примесей. Например, титан долгое время не находил применения из-за хрупкости, обусловленной наличием примесей. После освоения методов очистки области применения титана резко расширились. Содержание лишь 0,03 % (масс, ноли) мышьяка приводит к снижению электрической проводимости меди на 14%. Особенно большое значение имеет чистота материалов в электронной и вычислительной технике и ядерной энергетике.
    В зависимости от суммарной атомной доли примесей (от 10’1 до 10~10%) различают 10 классов чистоты веществ. Если те или иные примеси особенно нежелательны для данной области применения материала, то оговаривают допустимое содержание этих примесей. Например, атомная доля бора, гафния и кадмия в материалах атомной энергетики не должна превышать 10″4 — 10″6%. Стоимость материалов возрастает по мере повышения их степени очистки.
    Все методы очистки металлов можно разделить на химические
    Физико-химические. Химические методы очистки заключаются во взаимодействии металлов с теми или иными реагентами, образующими с основными металлами или примесями осадки или газообразные продукты. Из-за контакта металла с реагентами и материалами аппаратуры не удается достичь высокой степени чистоты металла. Более высокую степень очистки дают транспортные химические реакции в которых металл с реагентом образует газообразные продукты, передаваемые в другую зону, где они разлагаются на чистый металл и исходный реагент.
    Физико-химические методы включают в себя электрохимические, дистилляционные, кристаллизационные и др.
    При электрохимическом способе (рафинировании) очищаемый металл служит анодом, чистый металл осаждается на катоде электролизера, примеси переходят либо в раствор электролита, либо в виде осадка накапливаются в шламе (см. гл. 9). Дистилляционные методы заключаются в испарении жидкого (например, ртути) или расплавленного металла с последующей конденсацией паров. Отделение примесей обусловлено разной температурой испарения основного металла и примеси.
    Кристаллизационные методы основаны на различном содержании примесей в твердом и расплавленном металлах. Они включают зонную плавку, кристаллизационное вытягивание из расплава и др. Особенно широко применяют зонную плавку, заключающуюся в том, что вдоль слитка (стержня) медленно перемещается зона нагрева и соответственно зона расплавленного металла. Некоторые примеси концен­трируются в расплаве и собираются в конце слитка, другие — в начале слитка. После многократных прогонок отрезают начальную и концевую части слитка, остается очищенная средняя часть металла
    ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ
    В связи с развитием в настоящее время новых отраслей техники и технологии требования к чистоте используемых материалов (металлов) постоянно повышаются. Перед современной металлургией остро стоит проблема разработки и освоения методик тонкой очистки металлов от примесей. С этой целью достаточно широко используют методы электролитического рафинирования металлов (см. гл.8 “Электрохимические процессы”) и некоторые другие.
    Перегонка и переплавка в вакууме основаны на различной летучести металлов. При определенной температуре примесь отделяют от менее летучего металла или, наоборот, отгоняют более летучий металл от менее летучих примесей. Таким образом, металлы (Nb, Ta, Mo, W, Re и др.) очищают, от растворенных в них газов (кислорода, водорода, азота и др.).
    В методе термической диссоциации (пиролиз) летучих соединений используют способность некоторых соединений металлов (галидов, карбонилов и др.) разлагаться при высоких температурах. Так, ряд металлов (Ti, Zr и др.) образуют с иодом при сравнительно низких температурах летучие соединения – иодиды, которые легко отделяют от примесей. При более высокой температуре пары иодидов на W- или Ta- проволоке разлагаются на чистый металл и иод:
    ZrI2 = Zr + 2I
    Данный метод очистки металлов иногда называют методом транспортных реакций. Кроме иода в нем используют и другие реагенты, в частности, оксид углерода (II), при помощи которого в процессе очистки от примесей никеля, железа, кобальта, хрома и других металлов получают соответствующие карбонилы, которые, после отделения от примесей разлагают на чистый металл и CO:
    [Ni(CO)4] = Ni + 4CO
    Для получения чистых металлов в ряде случаев применяют метод диспропорционирования суть которого сводится к процессам внутримолекулярного окисления – восстановления или диспропорционирования солей некоторых металлов с образованием металлов:
    2AuCl3 = Au + 3Cl2
    2TiCl2 = TiCl4 + Ti
    Зонная плавка основана на различной растворимости примесей в твердом и расплавленном металле. Процесс заключается в том, что через высокотемпературную зону очень медленно передвигают стержень из очищаемого металла. Образующаяся при этом узкая зона расплавленного металла, в которой концентрируются примеси, перемещается в конец стержня со скоростью 2-3 см/час. Описанную операцию многократно повторяют. Конец стержня механически отделяют. Данным методом получают металлы, в которых остается один атом примеси на 10 атомов очищаемого металла.
    Металлы, находящиеся в чистом состоянии, отличаются по своим физическим свойствам от неочищенных. Например, полупроводниковые свойства у германия проявляются лишь в образцах с содержанием примесей 10 . Чистый хром отличается от неочищенного высокой пластичностью, электро-, теплопроводностью. Изменяются и другие характеристики металлов.
    45.
    МАГНИЙ (Magnesium) Mg, хим. элемент II гр. периодич. системы, ат. н. 12, ат. м. 24,305; относится к щелочноземельным элементам. Прир. магний состоит из трех стабильных изотопов 24Mg (78,60%), 25Mg (10,11%) и 26Mg (11,29%).Конфигурация внеш. электронной оболочки 3s2; степень окисления +2, очень редко +1. Содержание магния в земной коре 2,35% по массе. Встречается в природе только в виде соединений. Известно более 100 минералов, содержащих магний; большинство из них – силикаты и алюмосиликаты. Магний – серебристо-белый металл. Магний – сравнительно мягкий, пластичный и ковкий металл. При обычных условиях пов-сть магния защищена прочной пленкой магния оксида MgO, только при нагр. на воздухе до ~ 600 °С происходит разрушение этой пленки и металл сгорает ослепительно белым пламенем с образованием MgO и нитрида Mg3N2. С холодной водой магний не реагирует, из кипящей воды вытесняет Н2 и образует магния гидроксид Mg(OH)2. Аналогично реагирует с р-рами солей аммония.
    Бериллий (Be) – имеет атомный номер 4 и атомный вес 9.0122. Он находится во втором периоде периодической системы и возглавляет главную подгруппу 2 группы, в которую также входят магний, кальций, стронций, барий и радий. Электронная структура атома бериллия 1s 2s. На внешней оболочке он имеет два электрона, что является характерным для элементов этой группы. Электронная структура внешней оболочки иона каждого из этих элементов с зарядом +2 соответствует электронной структуре инертного газа с атомным номером на две единицы меньше номера рассматриваемого элемента. Бериллий вещество серо-стального цвета; при комнатной температуре металлический бериллий имеет плотно упакованную гексагональную решетку, подобную решетке магния. Атомный (металлический) радиус бериллия равен 1.13 А. Увеличение массы и заряда ядра при сохранении конфигурации электронных оболочек служит причиной резкого уменьшения атомного и ионного радиусов бериллия по сравнению с соседним литием. После отрыва валентных электронов атом бериллия образует ион типа благородных газов, и несет, подобно литию, всего одну электронную оболочку, но характеризуется значительно меньшими размерами и компактностью. Истинный ионный радиус бериллия – 0,34 А является наименьшим среди металлов. Потенциалы ионизации у бериллия равны (соответственно для первого, второго, третьего и четвертого электронов) I1-9,28; I2-18,12; I3-153,1; I4-216,6 эВ. На кривой потенциалов ионизации бериллий занимает одно из верхних мест. Последнее соответствует его малому радиусу и характеризует бериллий как элемент не особенно охотно отдающий свои электроны, что в первую очередь определяет степень химической активности элемента. Этот же фактор имеет решающее значение в образование того или иного типа химической связи при соединение бериллия с другими элементами. С точки зрения электроотрицательности бериллий наряду с алюминием может рассматриваться как типичный переходный элемент между электроположительными атомами металлов, легко отдающих свои электроны, и типичными комплексообразователями, имеющими тенденцию к образованию ковалентной связи. В нейтральных растворах гидрокcилы бериллия дисcоциируют по схеме:
    Be2+ + OH- Be(OH)2 H2BeO2 2H+ + [BeO2]2-
    46.
    Алюминий представляет собой серебристо–белый, довольно твердый металл с плотностью 2,7, плавящийся при 660° и кипящий при 2350°С. Он характеризуется большой тягучестью и высокой электропроводностью (составляющей 0,6 электропроводности меди). С этим связано его использование в производстве электрических проводов.
    Значительно более обширно применение алюминия в виде различных сплавов, наряду с хорошими механическими качествами характеризующихся своей легкостью. Особенно важен так называемый дуралюминий (приблизительный состав: 94% Аl, 4% Cu, по 0,5% Mg, Mn, Fe и Si). Он ценен тем, что при равной прочности изделия из него почти в три раза легче стальных. Не говоря уже об авиационной промышленности, для которой легкость материала особенно важна, облегчение металлических конструкций имеет громадное значение для ряда областей техники.
    Это становится особенно наглядным, если принять во внимание, что, например, в груженом товарном вагоне около трети всего веса приходится на материалы, из которых изготовлен сам вагон, а в пассажирских вагонах на их собственный вес падает до 95% всей нагрузки. Очевидно, что даже частичная замена стали дуралюминием дает громадный техно–экономический эффект. В связи с этим, а также ввиду наличия в природе практически неисчерпаемых запасов алюминия, его иногда называют «металлом будущего». Возможность широкой частичной замены им основного металла современной техники – железа – ограничивается главным образом сравнительно высокой стоимостью алюминия.Алюминий легкорастворим в сильных щелочах по реакции, например:
    2Аl + 2NaOH + 2Н2 О = 2NaAlO2 + ЗН2
    В ряду напряжений он располагается между Mg и Zn. Во всех своих устойчивых соединениях алюминий трехвалентен.Легкость растворения алюминия в сильныхшелочах обусловлена снятием с него защитной окисной пленки по схеме: Аl2 О3 + 2ОН– = 2АlO2 – +Н2 О.
    Тита?н (Ti) — элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 22. Простое вещество титан— лёгкий металл серебристо-белого цвета. Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре 0,57 % по массе. Практическое значение Ti и Zr особенно велико для металлургии. Присадка титана придает стали твердость и эластичность, а присадка циркония сильно повышает ее твердость и вязкость. За последнее время стало быстро развиваться использование титана в самолетостроении, а циркония – при сооружении ядерных реакторов. Соединения обоих элементов находят применение в различных отраслях промышленности. Как правило, исходным материалом для производства титана и его соединений служит диоксид титана со сравнительно небольшим количеством примесей. В частности, это может быть рутиловый концентрат, получаемый при обогащении титановых руд. Однако запасы рутила в мире весьма ограничены, и чаще применяют так называемый синтетический рутил или титановый шлак, получаемые при переработке ильменитовых концентратов. Для получения титанового шлака ильменитовый концентрат восстанавливают в электродуговой печи, при этом железо отделяется в металлическую фазу (чугун), а не восстановленные оксиды титана и примесей образуют шлаковую фазу. Богатый шлак перерабатывают хлоридным или сернокислотным способом.
    Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO2. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана TiCl4:

    Образующиеся пары TiCl4 при 850 °C восстанавливают магнием:

    Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Рафинируют титан иодидным способом или электролизом, выделяя Ti из TiCl4. Для получения титановых слитков применяют дуговую, электроннолучевую или плазменную переработку.Устойчив к коррозии благодаря оксидной плёнке, но при измельчении в порошок, а также в тонкой стружке или проволоке титан пирофорен[10]. Титан устойчив к разбавленным растворам многих кислот и щелочей (кроме HF, H3PO4 и концентрированной H2SO4). Легко реагирует даже со слабыми кислотами в присутствии комплексообразователей, например, с плавиковой кислотой HF он взаимодействует благодаря образованию комплексного аниона [TiF6]2?. При нагревании на воздухе до 1200 °C Ti загорается с образованием оксидных фаз переменного состава TiOx. Из растворов солей титана осаждается гидроксид TiO(OH)2·xH2O, осторожным прокаливанием которого получают оксид TiO2. Гидроксид TiO(OH)2·xH2O и диоксид TiO2 амфотерны. TiO2 взаимодействует с серной кислотой при длительном кипячении. При сплавлении с содой Na2CO3 или поташом K2CO3 оксид TiO2 образует титанаты:

    При нагревании Ti взаимодействует с галогенами. Тетрахлорид титана TiCl4 при обычных условиях — бесцветная жидкость, сильно дымящая на воздухе, что объясняется гидролизом TiCl4 содержащимися в воздухе парами воды и образованием мельчайших капелек HCl и взвеси гидроксида титана. Восстановлением TiCl4 водородом, алюминием, кремнием, другими сильными восстановителями, получентрихлорид и дихлорид титана TiCl3 и TiCl2 — твёрдые вещества, обладающие сильными восстановительными свойствами.Ti взаимодействует с Br2 и I2. С азотом N2 выше 400 °C титан образует нитрид TiNx(x=0,58-1,00). При взаимодействии титана с углеродом образуется карбид титана TiCx (x=0,49-1,00). При нагревании Ti поглощает H2 с образованием соединения переменного состава TiHх (x=1,3 — 2). При нагревании эти гидриды разлагаются с выделением H2. Титан образует сплавы со многими металлами.

  3. hardreset Ответить

    Me
    ХМе
    Минералы, используемые для промышленного получения металлов
    Масс.% Me в земле
    Sc
    +3
    Sc2Si2O7, ScPO4. 2H2O
    6.10–4
    Ti
    +4
    Рутил TiO2, ильменит FeO.TiO2 ºFe(TiO3),
    титаномагнетиты Fe(TiO3). nFe2O3, перовскит Ca(TiO3)
    0,57
    V
    +4,+5
    Патронит VS2, ванадинит Pb5(VO4)3Cl
    0,015
    Cr
    +3
    Хромит FeО. Cr2O3
    0,008
    Mn
    +4, +3,+2
    Пиролюзит MnO2, гаусманит Mn3O4, браунит Mn2O3, манганит MnOOH, родохрозит MnCO3
    0,1
    Fe
    +3,+2
    Магнетит Fe3O4, Гематит Fe2O3, гетит FeOOH, сидерит FeCO3, пирит FeS2
    5,1
    Co
    +2
    Линнеит Co3S4(CoS.Co2S3), кобальтин CoAsS
    0,004
    Ni
    +2
    Петландит (Fe, Ni)9S8, никелин NiAs,
    ревденскит (Ni, Mg)6Si4O10(OH)8
    0,008
    Cu
    +2,+1
    Халькопирит CuFeS2, халькозин Cu2S, ковеллин CuS, куприт Cu2O, Малахит (CuOH)2CO3 º Cu(OH)2. CuCO3, азурит Cu(OH)2.2 CuCO3
    0,005
    Zn
    +2
    Сфалерит ZnS, смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO
    0,08
    Mo
    +4
    Молибденит MoS2
    0.0001
    W
    +6
    Шеелит CaWO4, Fe(Mn) WO4 вольфрамит
    0.0001
    Cd
    +2
    Гринокит CdS
    0.00001
    Hg
    +2
    Киноварь HgS
    0, 000008

  4. Fekree Ответить

    Металлы малой химической активности (Cu, Ag, Au, Pt, Hg) встречаются в свободном виде или в виде вкраплений в горные породы. Большая часть металлов присутствует в природе в виде руд и соединений. Они образуют оксиды, сульфиды, карбонаты и другие химические вещества. Для получения чистых металлов и дальнейшего их применения необходимо выделить их из руд и провести очистку. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов. Изучением этого занимается наука металлургия, которая различает руды чёрных металлов (на основе железа) и цветных (в их состав не входит железо, всего около 70 элементов). Исключением можно назвать около 16 элементов: т.н. благородные металлы (золото серебро и др.), и некоторые другие (например, ртуть, медь), которые присутствуют без примесей.
    Кроме того, в малых количествах они присутствуют в морской воде (1,05%, — 0,12%), растениях, живых организмах (играя при этом важную роль).
    Так, содержание некоторых металлов в земной коре следующее: алюминия — 8,2%, железа — 4,1%, кальция — 4,1%, натрия — 2,3%, магния — 2,3%, калия – 2,1 %, титана — 0,56%.
    В природе металлы встречаются:
    — в самородном состоянии: серебро, золото, платина, медь, иногда ртуть;
    — в виде оксидов: магнетит Fe3O4, гематит Fe2О3 и др.
    — в виде смешанных оксидов: каолин Аl2O3 * 2SiO2 * 2Н2О, алунит (Na,K)2O * АlО3 * 2SiO2 и др.
    — различных солей:
    сульфидов: галенит PbS, киноварь НgS,
    хлоридов: сильвин КС1, галит NaCl, сильвинит КСl* NаСl, карналлит КСl * МgСl2 * 6Н2О,
    сульфатов: барит ВаSO4, ангидрид Са8О4
    фосфатов: апатит Са3(РО4)2,
    карбонатов: мел, мрамор СаСО3, магнезит МgСО3.
    Так, основная масса алюминия сосредоточена в алюмосиликатах, из которых наиболее распространены полевые шпаты. Главные их представители – минералы ортоклаз K[AlSi3O10], альбит Na[AlSi3O10] и анорит Са [Al2Si2O10]. Очень распространены минералы группы слюд, например, мусковит Kal2[AlSi3O10][OH]2 , большое практическое применение имеет минерал нефелин (Na, K)2[Al2Si2O8] (используется для получения глинозема, содовых продуктов и цемента). Из других минералов наибольшее практическое распространение находят боксит Al2O3*nH2O и криолит Na3AlF6. Распространенным продуктом разрушения горных пород является каолин, состоящий в основном из глинистого минерала каолинита Al2O3*2SiO2*2H2O.
    Большая часть кальция встречается в природе в виде отложений известняков и мела, состоящих в основном из минерала кальцита CaCO3, а также мрамора. Из других пород наиболее распространены доломит CaCO3*MgCO3, ангидрит CaSO4 и гипс CaSO4*2H2O, флюорит CaF2 и апатит 3Ca3(PO4)2*Ca(F, Cl)2. В немалых количествах встречается кальций в различных силикатах, например CfO*3MgO*4SiO2 (асбест), и алюмосиликатах.
    Магний распространен в природе в виде магнезита MgCO3 и доломита, силиката Mg2SiO4 (оливин), каинита KCl*MgSO4*3H2O и карналлита KCl*MgCl2*6H2O. Природными соединениями щелочных металлов являются сильвинит NaCl*KCl, галит NaCl, мирабилит Na2SO4*10H2O.
    Железо – самый распространенный после алюминия металл на земном шаре. Оно входит в состав многочисленных минералов, образующих скопления железных руд: гематита Fe2O3, магнетита Fe3O4, гидрогетита HFeO2*nH2O, сидерита FeCO3 и др.
    Изредка встречаются и самородное железо метеорного или земного происхождения.
    Многие металлы часто сопутствуют основным природным минералам: скандий входит в состав оловянных, вольфрамовых руд, кадмий — в качестве примеси в цинковые руды, ниобий и тантал — в оловянные. Железным рудам всегда сопутствуют марганец, никель, кобальт, молибден, титан, германий, ванадий.

  5. Шизо-Пряник Ответить

    А. Щелочные металлы являются самыми сильными восстановителями, они легко отдают свой единственный валентный электрон.
    Б. Благородные металлы очень трудно отдают свои электроны, их восстановительная способность очень мала и очень низка химическая активность. Их ионы легко присоединяют к себе электроны от более активных металлов, т. е. являются окислителями.
    В. Остальные металлы по восстановительной способности лежат между вышеуказанными группами металлов.
    7.5.2. Взаимодействие металлов с водой
    Щелочные металлы легко взаимодействуют с водой при обычных условиях, вытесняя водород из Н2О:
    Li + 2Н2О = 2LiOН + H2,
    Li0 –  ® Li+ – восстановитель Li,
    2H+ +  ® H2 – окислитель Н+.
    Щелочно-земельные металлы менее химически активны и взаимодействуют с водой при нагревании, при повышенном давлении.
    Остальные металлы с водой практически не взаимодействуют.
    7.5.3. Взаимодействие металлов с кислотами
    Характер взаимодействия металлов с кислотами зависит от следующих факторов:
    1. От типа кислоты.
    2. От концентрации кислоты.
    3. От активности металла.
    Взаимодействие металлов с бескислородными кислотами
    При действии бескислородных кислот (HCl, HF, H2S, HBr), независимо от концентрации, происходит образование соли данного металла и выделение водорода. Ионы водорода выступают в качестве окислителя:
    Mg + 2HCl = MgCl2 + H2­,
    Mg0 –  ® Mg+2 – восстановитель Mg0,
    2H+ + ® H2 – окислитель Н+.
    Взаимодействие металлов c серной кислотой
    А. Разбавленная серная кислота. Происходит образование соли металла и выделяется водород. В качестве окислителя в разбавленной серной кислоте выступают ионы водорода:
    Fe + H2SO4(разб.) = Fe SO4 + H2­,
    Fe –  ® Fe+2 – восстановитель Fe0,
    2H+ +  ® H2 – окислитель Н+.
    Б. Концентрированная серная кислота. Происходит образование соли данного металла, воды и выделяется газообразный диоксид серы SO2. В качестве окислителя выступают ионы кислотного остатка SO42- (S+6):
    Cu + 2 H2SO4 = CuSO4 + H2O + SO2,
    Cu0 –  ® Cu+2 – восстановитель Cu,
    S+6 +  = S+4 – окислитель S+6.
    Взаимодействие металлов с азотной кислотой
    Происходит образование соли данного металла, воды, а также одного из соединений: NH3, NH4NO3, N2O, NO, N2. Это зависит от концентрации кислоты и активности металла:
    4Mg + 10HN+5O3(разб.) = 4Mg(NO3)2 + N-3H4NO3 + 3H2O,
    Mg0 –  ® Mg+2 – восстановитель Mg0,
    N+5 +  ® N-3 – окислитель N+5.
    Концентрированная азотная кислота. Происходит образование соли данного металла, воды и выделяется газообразный диоксид азота NO2:
    Ag + 2HNO3(конц.) = Ag+NO3 + H2O + NO2,
    Ag0 –  ®Ag+ – восстановитель Ag0,
    N+5 +  ® N+4 – окислитель N+5.
    Концентрированная азотная кислота и концентрированная серная кислота пассивируют при комнатной температуре железо, хром, алюминий и другие малоактивные металлы (за исключением меди). При этом на поверхности металла образуется защитная пленка, препятствующая его дальнейшему разрушению.
    Взаимодействие металлов со щелочами
    Со щелочами взаимодействуют только те металлы, оксиды и гидроксиды которых обладают амфотерными свойствами. Происходит образование комплексной соли металла и выделяется газообразный водород из щелочи:
    2NaOH + Zn0 + 2H2O = Na2[Zn+2(OH)4] + H20­,
    или
    2NaOH + Zn0  Na2ZnO2 + H20­,
    Zn0 –  ® Zn+2,
    2H+ +  ® H20.
    7.5.4. Взаимодействие металлов с неметаллами
    В результате возможно образование следующих типов соединений:
    MexOy – оксиды. Все металлы, за исключением благородных, непосредственно соединяются с кислородом (при различных температурах).
    MexCy – карбиды. Их получают нагреванием порошкообразных металлов с углеродом или парами углеводородов. Карбиды имеют очень высокую температуру плавления и большую твердость (8-9 ед.). Самую высокую твердость, равную 10 ед., имеет алмаз.
    MexNy – нитриды. Образуются при нагревании металлов с азотом или аммиаком, обладают высокой твердостью, высокими температурами плавления, проявляют огнеупорные свойства.
    MexHy – гидриды. Получаются при нагревании металлов с водородом. Гидриды металлов III группы имеют полимерную структуру. Гидриды                      d-металлов имеют нестехиометрический состав (гидриды внедрения).
    Возможно образование и других соединений металлов с другими                 неметаллами.
    Получение металлов из руд
    Различные виды встречающегося в природе минерального сырья, пригодного для получения металлов в промышленном масштабе, называются рудами.
    В основе всех методов выделения металлов из руд лежит восстановление их по схеме:
    Me+n +  ® Me0,
    где n – валентность металла.
    В качестве восстановителя применяют графит, оксид углерода СО­, водород, активные металлы, электрический ток и др.
    7.6.1. Способы получения металлов
    Существуют следующие способы получения металлов из руд.
    1. Пирометаллургические:
    а) карботермический;
    б) металлотермический.
    2. Электрометаллургические.
    3. Гидрометаллургические.
    1. Пирометаллургический способ заключается в применении высоких температур в процессе восстановления металла.
    Карботермический способ – восстановление оксидов металлов углеродом или оксидом углерода СО при высоких температурах:
    .
    В доменных печах в качестве восстановителя применяют оксид углерода (II)СО:
    .
    Металлотермический – в качестве восстановителей применяют более активные металлы при высоких температурах (Al, Mg, Ca и др.). Этим методом получают титан, уран, ванадий:
    .
    Если в качестве восстановителя применяют алюминий, то этот метод получил название алюмотермии:
    .
    Электрометаллургия – технология, основанная на применении электрической энергии для восстановления металлов.
    Такие активные металлы, как K, Na, Са, Mg, Al и др., получают электролизом расплавов их соединений. Например, при электролизе расплава хлорида натрия получают металлический натрий и газообразный хлор. Расплав соли NaCl, анод С (графит):
    (-) К      Na+ +  ® Na0, восстановление,
    (+) А              2Cl- –  ® Cl2­, окисление.
    Гидрометаллургия – технология, осуществляющая получение металлов из руд с помощью водных растворов специальных реагентов (кислот, щелочей, солей), которые переводят металлы из нерастворимого в руде состояния в водорастворимое. Далее металл из водных растворов выделяют либо восстановлением его более активным металлом, либо электролизом (если металл неактивный), либо экстракцией органическими соединениями.
    Например, рассмотрим получение меди:
    CuO¯ (т) + H2SO4(ж) = CuSO4(ж) + H2O(ж).
    Из полученного раствора медь можно выделить восстановлением железом:
    CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4.
    7.6.2. Получение металлов высокой степени чистоты
    С повышением чистоты металлов значительно улучшаются их характеристики. Они становятся более пластичными, тепло- и электропроводными, труднее подвергаются коррозии и т. д.
    Получение металлов высокой чистоты представляет собой очень сложную задачу, решенную далеко не для всех металлов. Существует ряд методов очистки, рассмотрим некоторые из них.
    1. Вакуумная плавка – металл расплавляют в вакууме, что позволяет избавиться от ряда легколетучих и легкоплавких примесей различных металлов, неметаллов, газов.
    Этот метод дает не очень большую степень чистоты металлов.
    2. Термическое разложение йодидов металлов.
    Метод применяют для очистки очень тугоплавких металлов, образующих летучие соединения с йодом, таких, как цирконий, титан, хром и др. Очищаемый металл помещают в тигель и добавляют йод. При нагревании происходит взаимодействие металла с йодом. При этом образуется летучий йодид металла (например, TiJ4­). Под действием высокой температуры он разлагается по уравнению
    TiJ4­ ® Ti + 2J2.
    В реакции выделяется чистый металл, а йод улавливается и снова возвращается в процесс.
    Данный метод позволяет селективно выделять отдельные металлы из их смесей, получать металлы достаточно высокой степени чистоты.
    3. Зонная плавка. Метод позволяет получать металлы очень высокой степени чистоты.
    Слиток металла в виде стержня, помещенного в тигель, передвигают с малой скоростью (5-10 мм/ч) через электропечь. При этом расплавляется очень небольшой участок слитка, находящийся в зоне нагрева в данный момент. По мере передвижения тигля со слитком расплавленная зона перемещается от одного конца слитка к другому.
    Процесс очистки основан на том, что растворимость примесей в жидкой фазе значительно выше, чем в твердой. При медленном перемещении слитка, а следовательно, зоны расплава вдоль слитка, примеси извлекаются расплавленной зоной и перемещаются в конец слитка.
    При многократном повторении описанного процесса получают металл высокой степени чистоты. Примеси, собравшиеся в одном конце слитка, отрезают и подвергают дальнейшей очистке.
    Вопросы для самоподготовки
    Каковы особенности электронной структуры металлов?
    К каким электронным семействам элементов они относятся?
    Как изменяются металлические свойства элементов по периодам и группам?
    Предскажите возможные степени окисления металлов, исходя из положения их в таблице Д. И. Менделеева.
    Какие металлы входят в восьмерку самых распространенных химических элементов?
    В каком виде встречаются металлы в природе?
    Какие вы знаете способы получения металлов?
    Как связать уникальные физические свойства металлов с их электронной структурой?
    Из каких процессов складывается химическое поведение металлов?
    В чем особенности взаимодействия металлов с кислотами-окислителями типа азотной и серной?

  6. Delalace Ответить

    Цель урока. Познакомить учащихся с
    природными соединениями металлов и с
    самородными металлами. Сформировать понятие о
    минералах, рудах и металлургии и ее
    разновидностях – пиро-, гидро- и
    электрометаллургии.
    Образовательные задачи:
    применение обобщения знаний, умений и
    навыков в новых условиях – создание проблемной
    ситуации;
    контроль и самоконтроль знаний, умений и
    навыков с помощью домашней работы;
    уметь устанавливать существенные признаки,
    являющиеся основой различных классификаций;
    уметь устанавливать причинно-следственные
    связи между «составом», «химическими
    свойствами», «получением металла».
    Развивающие задачи:
    развитие умений сравнивать, обобщать, правильно
    формулировать задачи и излагать мысли;
    развитие логического мышления, внимания и
    умения работать в проблемной ситуации.
    Воспитательные задачи:
    формирование у учащихся познавательного
    интереса к химии;
    воспитание таких качеств характера, как
    настойчивость в достижении цели;
    воспитание интереса и любви к предмету через
    содержание учебного материала, умение работать в
    коллективе, взаимопомощи, культуры общения.
    Оборудование: коллекция руд железа,
    алюминия, мел, железо, раствор сульфата меди,
    таблицы «Доменный процесс», « Доменная печь»,
    «Процессы выплавки стали в конвертере, в дуговой
    печи», «Электрохимическое получение алюминия»,
    фарфоровая ступка, компас.
    Оформление и наглядность: таблица
    размещается на доске.
    План урока
    1. Организационный момент.
    2. Промежуточный контроль знаний.
    3. Изучение новой темы.
    4. Закрепление.
    5. Домашнее задание.
    ХОД УРОКА
    I. Организационный момент
    Проверяется готовность к уроку, раздаются
    листы с тестом (Приложение 2),
    инструкции для выполнения лабораторной работы (Приложение 4), лотки с
    демонстрационным материалом – коллекция
    оксидных руд железа, план урока (Приложение
    1    ), лист наблюдений (Приложение 4), объявляются
    этапы урока.
    Вступительное слово учителя. На этом
    уроке мы будем рассматривать новую тему
    «Металлы в природе. Общие способы их получения».
    Для этого нам нужно вспомнить материал, который
    мы уже прошли в темах «Химические свойства
    металлов», «Сплавы». Сейчас мы выполним тест по
    этим темам.
    II. Промежуточный контроль знаний по
    темам «Химические свойства металлов», «Сплавы»
    Учащиеся выполняют тест – 5 минут (Приложение
    2    ). После того, как учащиеся выполнят
    тест, необходимо обменяться вариантами,
    проверить работу соседа и поставить оценку,
    затем тесты передать на проверку учителю.
    Учитель просит класс поднять руки, кто написал
    тест на 5 или 4 балла. На закрытой доске открывают
    заранее подготовленные ответы теста для
    самопроверки.
    III. Изучение новой темы
    Объяснение учителя с опорой на знания учеников.
    Весь материал разбит на три блока, каждый
    включает актуализацию темы, объяснение нового
    материала, закрепление.
    Объяснение учителя. В повседневной
    жизни нас окружает множество металлических
    изделий. Мы с вами познакомились с физическими,
    химическими свойствами металлов, а также со
    сплавами, которые образуют эти металлы, но до сих
    пор нам ничего неизвестно в каком виде
    встречаются металлы в природе, как их получают и
    как это связано с химическими свойствами
    металлов. На этом уроке мы рассмотрим эти
    увлекательные вопросы. Для того чтобы изучать
    материал было легче, мы разделим тему на
    несколько составляющих тем.
    1. Металлы в природе
    Актуализация знаний.
    1.Что такое электрохимический ряд напряжений? (Это
    ряд металлов, расположенных в зависимости от их
    восстановительной способности.)
    2. Что такое восстановительная способность
    металлов? (Это способность атомов металлов
    отдавать электроны в химических реакциях.)
    3. Как изменяется восстановительная способность
    металлов в электрохимическом ряду напряжений? (В
    электрохимическом ряду напряжений слева направо
    восстановительная способность атомов
    металлов уменьшается).
    Новый материал
    Сегодня мы рассмотрим не только нахождение
    металлов в природе, но и, как связаны между собой
    химическая активность металлов и нахождение
    металлов в природе.
    Объяснение учителя, заполнение таблицы на доске,
    сопровождающееся объяснением учителя с опорой
    на знания учеников, и в тетрадях. Демонстрация
    слайдов №1, №3-10 (тема «Получение металлов»)
    Таблица № 1
    Природные соединения алюминия

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *