Учебник для 11 класса

ХИМИЯ

§ 18.7. Способы получения металлов

Значительная химическая активность металлов (взаимодействие с кислородом воздуха, другими неметаллами, водой, растворами солей, кислотами) приводит к тому, что в земной коре они встречаются главным образом в виде соединений: оксидов, сульфидов, сульфатов, хлоридов, карбонатов и т. д.

В свободном виде встречаются металлы, расположенные в ряду напряжений правее водорода (Ag, Hg, Pt, Au, Сu), хотя гораздо чаще медь и ртуть в природе можно встретить в виде соединений.

Получение металлов из руд — задача металлургии.

Любой металлургический процесс — это процесс восстановления ионов металла с помощью различных восстановителей. Суть его можно выразить так:

Чтобы реализовать этот процесс, надо учесть активность металла, подобрать восстановитель, рассмотреть технологическую целесообразность, экономические и экологические факторы. Существуют следующие способы получения металлов: пирометаллургический, гидрометаллургический , электрометаллургический.

Например, олово восстанавливают из касситерита (SnO₂), а медь — из куприта Сu₂O прокаливанием с углем (коксом):

Сульфидные руды предварительно подвергают обжигу при доступе воздуха, а затем полученный оксид восстанавливают углем:

Из карбонатных руд металлы выделяют также путем накаливания с углем, так как карбонаты при нагревании разлагаются, превращаясь в оксиды, а последние восстанавливаются углем:

Восстановлением углем можно получить Fe, Сu, Zn, Cd, Ge, Sn, Pb и другие металлы, не образующие прочных карбидов (соединений с углеродом).

В качестве восстановителя можно применять:

а)водород:

МоO₃ + ЗН₂ = Мо + ЗН₂O (водородотермия) (к достоинствам этого способа относится получение очень чистого металла);

• ТiO₂ + 2Mg = Ti + 2MgO (магнийтермия);
• 3MnO₂ + 4Аl = ЗМn + 2Аl₂O₂₃ (алюминотермия).

Чаще всего в металлотермии используют алюминий, теплота образования оксида которого очень велика:

2Аl + 1,5O₂ = Аl₂O₃ + 1676 кДж/моль.

Электрохимический ряд напряжений металлов нельзя использовать для определения возможности протекания реакций восстановления металлов из их оксидов. Приближенно установить возможность этого процесса можно на основании расчета теплового эффекта реакции (Q), значение которого должно быть положительным:

где Q₁ — теплота образования продукта, Q₂ — теплота образования исходного вещества.

Процесс проходит в два этапа:

1. природное соединение растворяют в подходящем реагенте для получения раствора соли этого металла;
2. из полученного раствора данный металл вытесняют более активным или восстанавливают электролизом.

Например, чтобы получить медь из руды, содержащей оксид меди (II) СuО, ее обрабатывают разбавленной серной кислотой:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + Н₂O.

Затем медь извлекают из раствора соли либо электролизом, либо вытесняют из сульфата железом:

CuSO₄ + Fe = Сu + FeSO₄.

Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, уран.