Билет № 28. Получение металлов из оксидов с помощью восстановителей: водорода, алюминия, угарного газа.

Роль металлов и сплавов в современной технике.
    Металлы в чистом виде в природе не встречаются, за исключением благородных металлов (перечислить).

Поскольку металлы являются основой конструкционных материалов и очень важны в использовании, то необходимо знать способы их получения из руд. Рудные полезные ископаемые: оксиды, сульфиды, хлориды, сульфаты, карбонаты и другие соли. Наиболее распространены руды оксидного происхождения. Поэтому металлы часто получают из оксидов.

Рассмотрим способы получения металлов:

1. 
   Пирометаллургия – восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью восстановителей (C, CO, H₂, металлы)
   
2. 
   Гидрометаллургия – получение металлов в 2 этапа: 1) получение раствора соли металла, 2) восстановление данного металла более активным из раствора.
   
3. 
   Электрометаллургия – способ получения металлов с помощью электрического тока (электролиз).
   

       
Рассмотрим способы пирометаллургии:

CuO + H₂

Fe₃O₄ + C
ZnO + CO
AL + Fe₂O₃

(Укажите условия протекания данных реакций, расставьте в уравнениях коэффициенты, укажите степени окисления, составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.)
Восстановление водородом используется в основном в лабораториях, реже в промышленности. Это объясняется важностью водорода как сырья для производства аммиака и его относительной дороговизной.

Оксид углерода (II) более доступен как один из продуктов при производстве стали.

Восстановление алюминием — дорогостоящий процесс, однако с его помощью получают многие цветные металлы высокой степени чистоты. Восстановление металлов из оксидов с помощью алюминия называют алюминотермией.

    Металлы, благодаря своим свойствам (твердость, механическая прочность, тепло- и электрическая проводимость, пластичность, магнитные свойства и др.), находят широкое применение во всех областях промышленности и в быту.

Железо, хоть и является основным металлом современной техники, сдает некоторые свои позиции алюминию и титану.

Ядерная энергетика широко использует уран, торий и цирконий.

В электротехнике незаменимы медь, вольфрам, молибден.

Редкоземельные металлы (№ 58—71) используют в различных отраслях техники: в радиоэлектронике, приборостроении, атомной технике, машиностроении, в стекольной промышленности (оксиды La, Ce, Nd, Pr), в химической промышленности (производство пигментов, лаков, красок; использование в качестве катализаторов и др.), фото- и киноматериалы содержат серебро.

  Однако более широкое применение находят сплавы (системы, состоящие из двух и более металлов, а также металлов и неметаллов).

Свойства сплавов отличаются от свойств каждого из металлов, из которых они получены. Например, чистый алюминий — мягкий, ковкий металл. Сплавы алюминия с медью, магнием и марганцем отличаются прочностью и твердостью. Они называются дуралюминами и идут на изготовление корпусов самолетов, речных и морских судов.

         Для паяния применяют сплав олова и свинца. Температура плавления этого сплава (припоя) ниже, чем температура плавления олова и свинца, отдельно взятых.

     Сплав меди и никеля — мельхиор, блестящий и довольно прочный. По сравнению с медью и никелем обладает высокой химической стойкостью, широко используется для изготовления ювелирных украшений, столовых приборов.

         Свойство сплавов можно регулировать, изменяя их состав. Они позволяют увеличить число материалов, обладающих более ценными свойствами, чем чистые металлы.

     Сплавы известны человеку с глубокой древности. Уже тогда было замечено, что при сплавлении разных металлов получают соединения, отличающиеся свойствами от исходных веществ.

Так, медь и олово образуют бронзу (90% Си, 10% Sn), твердость которой значительно выше, чем твердость просто меди и олова.
    
     В технике используют более 5000 сплавов, но самое большое значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. Железо и его сплавы (чугун, сталь, ферросплавы) называют черными металлами, остальные же металлы и их сплавы — цветными.