Конспект урока химии "Общие способы получения металлов.  Металлы групп IA и IIА"

11 класс химия Дата проведения________________

Тема урока: Общие способы получения металлов. Металлы групп IA и ПА

Цель урока:

Продолжить развитие представлений о способах по­лучения металлов, сплавах металлов, применений ме­таллов и сплавов. Формировать умение составлять уравнения окислителыю-восстановптельных реак­ций на основе метода электронного баланса

Дать понятие о нахождении металлов групп IA и IIА в природе, положении в периодической систе­ме химических элементов, строении атомов, физи­ческих и химических свойствах простых веществ, важнейших соединениях, их свойствах, получении и применении, качественной реакции на ионы каль­ция. Сформировать представление о биологической роли соединений натрия, калия, кальция и магния Совершенствовать умение записывать уравнения хи­мических реакций

Тип урока: комбинированный

Методы: словесный, наглядный, проблемно-поисковый, контроль знаний.

Ход урока

I. Организационный момент.

2. Проверка домашнего задания.

1. Написать уравнения реакций взаимодействия между веществами:

а) Li, Na, Ca, Fe c O₂, Cl₂, S, N₂, C:

б) Na, Ca, Al c H₂O;

в) Zn c H₂SO₄; Al c HCl;

г) Zn c CuSO₄; Al c NaOH; Be c KOH.

2. Расставить коэффициенты, найти окислитель и восстановитель в уравнениях реакций:

Cu + HNO_{3 (P)} — Cu (NO₃)₂ + NO + H₂O

Cu + HNO_{3 (K)} — Cu (NO₃)₂ + NO₂ + H₂O

Na + HNO₃ — NaNO₃ + N₂O + H₂O.

3. изучение нового материала. Сообщение темы и целей урока:

Общие способы получения металлов. Сплавы металлов. Применение металлов и их сплавов

Металлы групп IA и ПА:

— нахождение в природе

— физические и химические свойства простых веществ

— важнейшие соединения, их свойства, получение и приме­нение

— биологическая роль соеди­нений натрия,калия,кальция и магния Д.3

Лаб. on. 9. Обнаружение ионов кальция в растворе

Природные соединения металлов.

- Могут ли металлы находиться в природе в свободном (или самородном) состоянии? Если могут, то, какие это металлы?

Ответ очевиден, это металлы низкой химической активности. Металлы могут встречаться в природе или в виде простого вещества или в виде сложного вещества.

Металлы в природе встречаются в трёх формах:

• в свободном виде встречаются золото и платина; золото бывает в распыленном состоянии, а иногда собирается в большие массы ? самородки. Так в Австралии в 1869 году нашли глыбу золота в сто килограммов весом. Через три года обнаружили там же еще большую глыбу весом около двухсот пятидесяти килограммов. Наши русские самородки много меньше, и самый знаменитый, найденный в 1837 году на Южном Урале, весил всего около тридцати шести килограммов. В середине XVII века в Колумбии испанцы, промывая золото, находили вместе с ним тяжелый серебристый металл. Этот металл казался таким же тяжелым, как и золото, и его нельзя было отделить от золота промывкою. Хотя он и напоминал серебро (по-испански ? plata), но был почти нерастворим и упорно не поддавался выплавке; его считали случайной вредной примесью или преднамеренной подделкой драгоценного золота. Поэтому испанское правительство приказывало в начале XVIII столетия выбрасывать этот вредный металл при свидетелях обратно в реку. Месторождения платины находятся и на Урале. Оно представляет собой массив дунита (изверженная горная порода, состоящая из силикатов железа и магния с примесью железняка). В нем содержатся включения самородной платины в виде зерен.

• в самородном виде и в форме соединений могут находиться в природе серебро, медь, ртуть и олово;

• все металлы, которые в ряду напряжений находятся до олова, встречаются только в виде соединений.

Чаще всего металлы в природе встречаются в виде солей неорганических кислот:

хлоридов

сильвинит КСl • NaCl,

каменная соль NaCl;

нитратов – чилийская селитра NaNO₃;

сульфатов – глауберова соль Na₂SO₄ ? 10 H₂O, гипс CaSO₄ • 2Н₂О;

карбонатов – мел, мрамор, известняк СаСО₃,

магнезит MgCO₃,

доломит CaCO₃ • MgCO₃;

сульфидов

серный колчедан FeS₂,

киноварь HgS,

цинковая обманка ZnS;

фосфатов

фосфориты, апатиты Ca ₃(PO₄)₂ ;

оксидов

магнитный железняк Fe₃O₄,

красный железняк Fe₂O₃,

бурый железняк, содержащий различные гидроксиды железа (III) Fe₂O₃ • Н₂О.

Получение металлов.

- Какой основной химический процесс лежит в основе получения металлов?

Большинство металлов встречаются в природе в составе соединений, в которых металлы находятся в положительной степени окисления, значит для того, чтобы их получить, в виде простого вещества, необходимо провести процесс восстановления.

Но прежде чем восстановить природное соединение металла, необходимо перевести его в форму, доступную для переработки, например, оксидную форму с последующим восстановлением металла. На этом основан пирометаллургический способ. Это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей неметаллических ? кокс, оксид углерода (II), водород; металлических ? алюминий, магний, кальций и другие металлы.

Получение меди из оксида с помощью водорода.

Cu ⁺²O + H₂ = Cu⁰ + H₂O (водородотермия)

Получение железа из оксида с помощью алюминия.

Fe⁺³₂O₃ +2Al = 2Fe⁰ + Al₂O₃ (алюмотермия)

получения железа в промышленности железную руду подвергают магнитному обогащению:

3Fe₂ O₃ + H₂ = 2Fe₃ O₄ + H₂O или 3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ ,

а затем в вертикальной печи проходит процесс восстановления:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O

Fe₃O₄ + 4CO = 3Fe + 4CO₂

Гидрометаллургический способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла и вытеснением данного металла более активным. Например, руда содержит оксид меди и ее растворяют в серной кислоте:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O, затем проводят реакцию замещения

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu.

Взаимодействие железа с раствором медного купороса.

Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий и другие металлы.

Электрометаллургический способ.

Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

NaCl → Na⁺ + Cl^?

катод Na⁺ + e→Na⁰ ¦ 2

анод 2Cl^? ?2e → Cl₂⁰ ¦ 1

суммарное уравнение: 2NaCl = 2Na + Cl₂

Современный рентабельный способ получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит растворяет Al₂O_3, как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия электролитом.

AlO₃ →Al³⁺ + AlO₃^3–

катод Al³⁺ +3e — Al ⁰ ¦ 4

анод 4AlO₃^3– – 12 e — 2Al₂O₃ +3O₂ ¦ 1

суммарное уравнение: 2Al₂O₃= 4Al + 3O_{2 .}

В английской “Энциклопедии для мальчиков и девочек” статья об алюминии начинается следующими словами: “23 февраля 1886 года в истории цивилизации начался новый металлический век - век алюминия. В этот день Чарльз Холл, 22-летний химик, явился в лабораторию своего первого учителя с дюжиной маленьких шариков серебристо-белого алюминия в руке и с новостью, что он нашел способ изготовлять этот металл дешево и в больших количествах”. Так Холл сделался основоположником американской алюминиевой промышленности и англосаксонским национальным героем, как человек, сделавшим из науки великолепный бизнес.

Термическое разложение соединений.

Железо взаимодействует с оксидом углерода (II) при повышенном давлении и температуре 100-200⁰, образуя пентакарбонил: Fe + 5CO = Fe (CO)₅

Пентакарбонил железа-жидкость, которую можно легко отделить от примесей перегонкой. При температуре около 250⁰ карбонил разлагается, образуя порошок железа: Fe (CO)₅ = Fe + 5CO.

Если полученный порошок подвергнуть спеканию в вакууме или в атмосфере водорода, то получится металл, содержащий 99,98– 99,999% железа. Еще более глубокой степени очистки железа (до 99,9999%) можно достичь методом зонной плавки.

Таким образом, мы познакомились с природными соединениями металлов и способами выделения из них металла, как простого вещества.

4. Закрепление темы.

5. Рефлексия.

Школьники дополняют фразы:

Сегодня на уроке я узнал…

Сегодня на уроке я научился…

6. Задание на дом:

§

3