Витіснення більш активним металом.

Цим методом одержують кольорові метали: мідь(Сu), цинк(Zn),

нікель(Ni), марганець(Mn).

CuO + Н₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu

2. Електрометалургійний – це метод при якому руду піддають реакції

Електролізу розплаву.

Цим методом одержують активні метали: алюміній, лужні та лужно-

земельні метали.

Добування натрію методом електролізу розплаву кухонної солі.

NaCl ↔ Na⁺ + Cl^-

(-) K: Na⁺ + 1e → Na⁰

(+) A: Cl^- - 1e → Cl⁰; 2Cl⁰ → Cl₂

Загальне рівняння:

2NaCl → 2Na + Cl₂↑

 

 

Сплави металів

Залізо утворює два сплави:

1. Чавун (сплав Fe – 96-98% + C – 3-4% + Si, P, S – 1%)

2. Сталь (сплав Fe – 99% + C – 1%)

Чавун – твердий сплав, Але при ударах тріскає.

Сталь – пластична.

 

Виробництво чавуну

 

Сировиною для виготовлення для чавуну є:

1. залізна руда (Fe₂O₃) – червоний залізняк, гематит;

2. кокс (С);

3. флюси (СаСО₃).

Одержують чавун у доменних печах.

У доменну піч зверху закидають шарами: шар коксу і шар руди з флюсами(Fe₂O₃ + CaCO₃) і т.д. Знизу в домну вдувають повітря збагачене киснем. Згоряє кокс: С + О₂ = СО₂ + QкДж і при цьому температура підвищується до 1800⁰С. Нагрітий СО₂ стикається із шарами коксу і утворюється чадний газ: СО₂ + С = 2СО. ∙ – чадний газ відновлює залізо із руди(поступово): Fe⁺³₂O₃ → Fe⁺³₂O₃ ∙ Fe⁺²O → Fe⁺²O → Fe⁰

Fe⁺³₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂

У руді є багато природних домішок(пісок), щоб їх вивести із чавуну використовують флюси: СаСО₃ = СаО + СО₂↑

СаО + SiO₂ = CaSiO₃, при цьому утворюються легкоплавкі силікати, які збираються над чавуном у вигляді шлаку.

 

Виробництво сталі

 

Сировиною для виробництва сталі є:

1. Рідкий чавун;

2. металобрухт;

3. флюси (СаСО₃);

Розкислювачі (Mn).

Одержують сталь у кисневих конверторах.

У конвертор заливають рідкий чавун і засипають металобрухт і через трубу пропускають кисень, при цьому відбувається окиснення всіх складників чавуну(найбільше заліза):

2Fe + O₂ = 2FeO + QкДж

С + О₂ = СО₂↑ + QкДж

Si + O₂ = SiO₂ + QкДж

4P + 5O₂ = 2P₂O₅ + QкДж

S + O₂ = SO₂↑ + QкДж

При цьому температура підвищується за рахунок тепла екзотермічних реакцій

до 1800⁰С. SiO₂ P₂O₅ забирають флюсами і утворюються шлаки(силікати і фосфати).

СаСО₃ = СаО + СО₂↑

СаО + SiO₂ = CaSiO₃

3СаО + Р₂О₅ = Са₃(РО₄)₂

Щоб вивести FeO із сталі використовують розкислювач (Мn).

FeO + Mn = MnO + Fe

 

Реакції, що відбуваються під час виробництва чавуну:

С + О₂ = СО₂ + QкДж - окиснення

СО₂ + С = 2СО - окиснення

Fe⁺³₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂ - відновлення.

Реакції, що відбуваються під час виробництва сталі:

С + О₂ = СО₂ + QкДж - окиснення

2Fe + O₂ = 2 FeO + QкДж - окиснення

і т. д.

FeO + Mn = MnO + Fe - відновлення

Корозія металів

Корозія металів – це руйнування металів під дією навколишнього середовища.

Корозія металів поділяється на:

хімічна корозія – це руйнування металів під дією речовин навколишнього середовища: О₂, Н₂О_, СО₂, SO₂ …

4Fe + 3O₂ + 6H₂O = 4Fe(OH)₃

Сірий колір бурий колір(іржа)

2Cu + O₂ = 2CuO

Червоний колір чорний колір

CuO + CO₂ = CuCO₃

Чорний колір голубий колір

електрохімічна корозія – це корозія, що відбувається на стику двох металів різної активності в присутності води і руйнується більш активний метал.

Наприклад: Н₂О Н₂О

Zn || Fe Ni || Fe

Zn⁰ – 2e = Zn²⁺ || || Fe⁰ – 2e = Fe²⁺

Руйнується цинк - Руйнується залізо більш

більш активний метал активний метал

 

Методи запобігання корозії:

1. захист фарбою, лаком, смолою, жиром;

2. гальваностегія – покриття основного металу більш активним методом електролізу.

- оцинкування;

- нікелювання;

- хромування;

- лудіння або лудження(покриття оловом –Sn)

 

Електроліз розплавів та розчинів солей

Електроліз – це окисно-відновні реакції, які відбуваються на електродах в розплавах або розчинах електролітів (солей), якщо через них пропустити постійний електричний струм.

Електроди поділяються на:

1. катод;

Анод.

Катод – негативно заряджений електрод ( тому, що має надлишок електронів і він може віддавати електрони позитивно зарядженим йонам -катіонам).

Анод – позитивно заряджений електрод ( тому, що має недостачу електронів і він може приймати електрони від негативно заряджених йонів – аніонів)

При пропусканні постійного електричного струму до катоду будуть рухатися – катіони, а до аноду – аніони ( звідси і походять назви йонів – катіонів та аніонів).

 

1. Електроліз розплаву CuCl₂

При електролізі розплаву солі утворюються тільки катіони і аніони солі.

CuCl₂ ↔Cu²⁺ + 2Cl^-

 

(-) K: Cu²⁺ + 2e → Cu⁰

 

(+) A: Cl^- - 1e → Cl⁰; 2Cl⁰ → Cl₂

Загальне рівняння електролізу:

CuCl₂ → Cu⁰ + Cl₂↑

 

2. Електроліз розчину CuCl₂

 

При електролізі розчину солі будуть утворюватися не тільки катіони та аніони солі, а і йони Н⁺ і ОН ^-, які утворюються в результаті дисоціації води (вода хоч слабкий електроліт, але одна з мільярду молекул розпадається на йони).

До катода підходять катіони електроліту і Н⁺, а до аноду – аніони електроліту і ОН^-

Із двох йонів біля аноду і катоду буде розряджатися один йон – більш активніший.

Ряд активності катіонів:

K⁺, Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, Sn²⁺, Pb²⁺, H⁺, Cu²⁺, Hg²⁺, Ag⁺, Pt²⁺, Au³⁺

→ → → → → Хімічна активність збільшується → → → →

Ряд активності аніонів:

S^2- І^-, Br^-, Cl^-, OH^-, SO₄^2-, NO₃^-, СО₃^2-,РО₄^3-, F^-

→ → → → Хімічна активність зменшується → → → →

(Аніони безоксигенових кислотних залишків першими !! окислюються на аноді, ніж аніон ОН^- і аніони оксигеновмісних кислотних залишків)

CuCl₂ ↔Cu²⁺ + 2Cl^-

Н₂О ↔ Н⁺ + ОН^-

Cu²⁺ + 2e → Cu⁰ Cu²⁺ - більш активніший

(-) K: Н⁺

Cl^- - 1e → Cl⁰; 2Cl⁰ → Cl₂ Cl^- - більш активніший

(+) A: ОН^-

Загальне рівняння електролізу:

CuCl₂ + Н₂О → Cu⁰ + Cl₂↑ + Н₂О

CuCl₂ → Cu⁰ + Cl₂↑

 

3. Електроліз розчину NaCl

 

NaCl ↔ Na⁺ + Cl^-

Н₂О ↔ Н⁺ + ОН^-

Na⁺ Н⁺ - більш активніший

(-) K: Н⁺ + 1е → Н⁰; 2Н⁰ → Н₂

Cl^- - 1e → Cl⁰; 2Cl⁰ → Cl₂ Cl^- - більш активніший

(+) A: ОН^-

Загальне рівняння електролізу:

2NaCl + 2 Н₂О → Н₂ + Cl₂↑ +2NaOH

 

Застосування електролізу

1. для одержання активних металів (K, Na, Ca, Mg, Al) і деяких активних неметалів (Cl₂, F₂).

2. для покриття металічних предметів іншими металами (нікелювання, хромування оцинкування, золочення, лудіння або лудження) – це явище гальваностегії;

3. явище гальванопластики – це одержання копій із різних барел’єфів статуеток (при цьому виріб оброблюють графітом і використовують як катод і проводять процес електролізу розчину солі малоактивного металу і одержують покриття металом виробу. І це є кліше для одержання копій.

 

Д/з: Написати схеми електролізу розплавів та розчинів таких солей:

Na₂S, FeCl₂, FeBr₃, HgCl₂, CaCl₂, KBr, NaI, K₂S, CuBr₂.

Тема 16. Лужні метали і Кальцій та їх сполуки.

Лужні метали

До лужних металів відносяться елементи І-А групи: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. Це група найтиповіших металів.

На зовнішньому шарі в них тільки один неспарений електрон.

Na⁰ - 1e = Na⁺

_{+ 1 1} ²³Na⁰ 1s²2s²2p⁶3s¹ _{+ 1 1} ²³Na⁺ 1s²2s²2p⁶3s⁰

В сполуках лужні метали проявляють такі:

- СО - +1;

- валентність – І;

- заряд йона - +.

Фізичні властивості лужних металів

1. Сріблясто-білого кольору;

2. м’які;

3. легкі (ρ(Li)=0,50 г/мл; ρ(Na) = 0,98 г/мл.)

4. легкоплавкі(температура від +200⁰С до +28⁰С.)

Лужні і лужно-земельні метали на повітрі є дуже активними і взаємодіють з киснем і водою при звичайних умовах, тому їх зберігають під шаром гасу(жиру).

Хімічні властивості лужних металів

 

|→ + Cl₂ → Me⁺¹Cl

|→ + S → Me⁺¹₂S

Ме → → |→ + H₂ → Me⁺¹H ^-1 - Na⁺¹H^-1! – натрій гідрид

(Li – Fr) |→ + H₂O → Me⁺¹OH + H₂↑

|→ + HCl → Me⁺¹Cl + H₂↑

|→ + Me*Cl → Me⁺¹Cl + Me* |

З киснем лужні метали взаємодіють так: тільки Літій з киснем утворює оксид (Li₂O), а всі інші лужні метали утворюють пероксиди формулою (Me₂O^-1₂)

4Li + O₂ = 2Li₂O

2Na + O₂ = Na₂O₂ натрій пероксид

Na₂O₂ + 2Na = 2Na₂O натрій оксид

Якісною реакцією на лужні метали є зміна забарвлення полум’я на певний колір:

- Na - жовте

- K - фіолетове

 

Лужно-земельні метали

До лужно-земельних металів відносяться деякі елементи ІІ-А групи: Сa, Sr, Ba, Ra. Це група типових металів.

На зовнішньому шарі в них два електрони.

 

Сa⁰ - 2e = Сa²⁺

_{+ 20} ⁴⁰Сa⁰ 1s²2s²2p⁶3s²3р⁶4s² _{+ 20} ⁴⁰Сa²⁺ 1s²2s²2p⁶3s²3р⁶4s⁰

В сполуках лужно-земельні метали проявляють такі:

- СО - +2;

- валентність – ІІ;

- заряд йона - 2+.

Фізичні властивості лужно-земельних металів

5. Сріблясто-білого кольору;

6. твердіші за лужні метали;

7. легкі (ρ(Са)=1,55 г/мл;)

8. тугоплавкі за лужні метали(t_{(плавлення)}Са = +851⁰С)

 

Хімічні властивості лужно-земельних металів

 

|→ + Cl₂ → Me⁺²Cl₂

|→ + S → Me⁺²S

|→ + H₂ → Me⁺²H₂ ^-1 - Ca⁺²H₂^-1! – кальцій гідрид

Ме → → |→ + O₂ → Me⁺²O

(Ca - Ra) |→ + H₂O → Me⁺²(OH)₂ + H₂↑

|→ + HCl → Me⁺²Cl₂ + H₂↑

|→ + Me*Cl → Me⁺²Cl₂ + Me* |

Якісною реакцією на лужно-земельні метали є зміна забарвлення полум’я на певний колір:

- Сa - червоний(цегляний)

Лужні і лужно-земельні метали утворюють по одному оксиду, які є типовими основними оксидами. Їх формули: Ме⁺¹₂О і Ме⁺²О.

Також вони утворюють по одному гідроксиду, які є лугами. Їх формули:

Ме⁺¹ОН і Ме⁺²(ОН)₂

Добування лужних і лужно-земельних металів

Одержують лужні і лужно-земельні метали у промисловості електрометалургійним способом – електролізом розплавів солей.

Добування натрію методом електролізу розплаву кухонної солі.

NaCl ↔ Na⁺ + Cl^-

(-) K: Na⁺ + 1e → Na⁰

(+) A: Cl^- - 1e → Cl⁰; 2Cl⁰ → Cl₂

Загальне рівняння:

2NaCl → 2Na + Cl₂↑