Презентация по химии на тему "Получение металлов" (11 класс, химия)

Цели урока.  Обсудить и сравнить различные способы получе¬ния металлов из природного сырья.  Рассмотреть сущность электролиза, особенности электролиза растворов электро¬литов.  Познакомиться со значением электролиза для на¬родного хозяйства. Оборудование и реактивы: Д. Коллекция «Минералы и горные породы», две 17-образные трубки, графитовые электроды, источник постоянного тока (или выпрямитель), растворы йодида калия, фенолфталеина, лакмуса, сульфата меди (II), крахмальный клейстер, штатив, фарфоровый тигель, термитная смесь, магниевая лента. Таблицы «Пирометаллургические способы получения железа», «Применение электролиза». ХОД УРОКА I. Актуализация знаний о нахождении металлов в природе Во вводной части урока предлагается учащимся отве¬тить на следующие вопросы: (Слайд 4) В каком виде металлы встречаются в природе? Какие металлы встречаются в природе в самородном ви¬де? Где они расположены в электрохимическом ряду напря¬жений металлов? Какие металлы встречаются в природе только в виде со¬единений? Чем это обусловлено? Где они расположены в ряду напряжений металлов? В виде каких соединений металлы могут встречаться в природе? Обобщая ответы учащихся подводится итог: большинство металлов в природе встречаются в виде соеди¬нений. Это обусловлено тем, что, например, оксиды ме¬таллов, в которых металлы находятся в окисленной форме, более устойчивые вещества, чем металлы — простые веще¬ства; в самородном состоянии могут находиться в природе толь¬ко те металлы, которые в электрохимическом ряду напря¬жений стоят в самом конце. Это золото, платина, реже се¬ребро, иногда попадаются самородки меди и ртути; важнейшие природные соединения, стоящие в ряду на¬пряжений до алюминия, — это соли: галогениды, чаще хлориды NаСl, МgCl2, КСl; карбонаты СаСО3, МgСО3; сульфаты Nа2SО4, МgSО4; нитраты Na NO3; фосфаты Са3(Р O4)2; природные соединения других металлов — это в основном оксиды и сульфиды: Аl2О3, СuО, SnО2, Fе2О3, Сг2О3 и ZnS, РbS, МоS2, СuS2. Учитель в ходе перечисления различных природных соеди¬нений металлов демонстрирует коллекцию минералов и гор¬ных пород, а затем отмечает, что те минералы и горные поро¬ды, которые используются для получения металлов, называ¬ют рудами. 2. Создание проблемной ситуации Каким образом мож¬но получить металл из руды? (Слайд 5,6) М⁺n + ne М⁰ Восстановление металла Извлечение металла из руды (восстановление) Извлечение металлов из руд — задача металлургии, с помощью которой получают около 80 металлов и множество сплавов. Важнейшим аспектом полу¬чения металлов из руд является подбор восстановителя. (Слайд 7) Учитель просит учащихся назвать известные им восстано¬вители металлов. Учащиеся называют водород Н2, активные металлы, угле¬род С, оксид углерода (II) СО, известные им из курса неоргани¬ческой химии. После этого учитель отмечает: именно эти восстановители при высоких температурах используются для получения металлов из их оксидов; этот способ получения металлов называют пирометаллургическим; 3) кроме подбора восстановителя, инженеры-технологи обязательно должны учитывать экономические и экологиче¬ские факторы производства. В связи с этим учитель предлагает учащимся на некоторое время почувствовать себя в роли инженеров-технологов, принимающих решение о целесообразности использования ука¬занных восстановителей для получения железа (в больших количествах), например из его оксида железа (II) FеО. (Слайд 8) ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЯ (Слайд 9) Учитель напоминает хорошо знакомый учащимся пример такой реакции: Fе + СuSO4(р.р) = Сu + FeSО4(р.р). Он сообщает, что этот способ получения металлов называ¬ется гидрометаллургическим и используется для получения малоактивных металлов, например получения малоактивного ме¬талла гидрометаллургическим способом может привести ме¬тод извлечения золота из руд, разработанный в 1843 г. рус¬ским инженером П. Р. Багратионом. Сущность метода заклю¬чается в отделении золота от пустой породы (песка) путем растворения золота в цианиде натрия или калия в присутст¬вии кислорода. При этом образуется растворимое комплекс¬ное соединение золота: 4 Au + 8NaCN +O₂ + 2H₂O = 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH Из полученного раствора золото вытесняют цинком: 2Na[Au(CN)₂] +Zn = Au + Na₂[Zn(CN)₄] ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ. ЭЛЕКТРОЛИЗ (Слайд 9) Как же получить самые активные металлы? Ведь чем левее стоит металл в электрохимическом ряду напряжений, тем труднее его восстановить, тем более сильный восстановитель нужен, чтобы заставить катионы металла принять электроны. Значи¬тельно сильнее любых химических веществ восстановительное (окислительное) действие электрического тока. Существует еще один способ получения метал¬лов, в котором используется электрический ток — электроме¬таллургия. Важнейшей составной частью электрометаллур¬гии является электролиз. Само¬стоятельная работа с учебником страница 217 - 221. При обсуждении нужно ответить на сле¬дующие вопросы: 1) Какие частицы имеются в расплаве электролита? В результате термической диссоциации: СаВг2 = Са2+ + 2Вг- 2) Что происходит в электролите под действием электриче¬ского тока? Ионы Са2+ и Вг- приобретают направленное движение к электродам. На катоде (-) Са2+ На аноде (+) Вг- 3) Что происходит на электродах? На электродах ионы разряжаются. Ca+2 +2e = Ca0 2Br- - 2e =Br20 восстановление, окисление, выделяется Са выделяется Вг2 4) Каков результат ОВР, протекающей на электродах? Учитель замечает, что такую ОВР, протекающую под дей¬ствием электрического тока, и называют электролизом. Далее учитель задает учащимся очередной вопрос: а что же произойдет, если постоянный электрический ток мы пропус¬тим через раствор иодида калия? Учитель демонстрирует опыт. В П-образную трубку наливают раствор иодида калия и опускают в него графитовые электроды, укрепленные в проб¬ках. Присоединяют их к источнику постоянного тока, бата¬рейке или аккумулятору. Через некоторое время у одного из электродов появляется коричневое окрашивание (I2), на дру¬гом электроде выделяется газ. В пространство у этого электро¬да капают раствор фенолфталеина (можно фенолфталеин до¬бавить и в исходный раствор), появляется малиновое окра¬шивание (щелочная среда). Наличие I2 учитель доказывает и с помощью крахмального клейстера. А теперь следует объяснить наблюдаемые явления. Учи¬тель обращает внимание на особенности процессов, происхо¬дящих в этом опыте. Электрический ток пропускали через раствор электроли¬та, значит, в нем кроме ионов, образовавшихся при элект¬рической диссоциации электролита, есть и молекулы воды (и в некоторой степени продукты диссоциации воды Н+ (Н3О+) Обратимся к учебнику, где представлены прави¬ла, с помощью которых можно судить о катодных и анод¬ных процессах (с учетом материала анода) при пропуска¬нии постоянного электрического тока через раствор элект¬ролита. Демонстрация опыта — электролиз вод¬ного раствора сульфата меди (П), а затем обсуждаются процес¬сы, происходящие при этом по рассмотренному ранее плану (схема процесса электролиза дана в учебнике). Наливают в 11-образную трубку раствор сульфата меди (II), опускают в него графитовые электроды и присоединяют их к источнику постоянного тока. Через некоторое время на катоде появляется слой меди характерной окраски, а на аноде при этом выделяется газ. С помощью индикатора учитель обнаруживает в анодном пространстве кислотную среду. Суммарное молекулярное уравнение электролиза раствора сульфата меди (II): 2СuSO4 + 2Н2O электролиз> 2Сu + О2 + 2Н2SО4 Продукты электролиза: медь Сu(неактивный металл), кислород О2, сер¬ная кислота Н2SО4. Выводы: электролиз — это окислительно-восстановительный про¬цесс, протекающий под воздействием постоянного электри¬ческого тока; электролиз протекает в электролитах при наличии подвиж¬ных ионов, а они есть в их расплавах или растворах; сущность электролиза — протекание таких химических ре¬акций под действием электрического тока, которые само¬произвольно идти не могут (в отличие от коррозии и реак¬ций в гальваническом элементе); для определения продуктов электролиза водных растворов электролитов необходимо учитывать ряд напряжений ме¬таллов и окислительный ряд анионов; активные металлы, стоящие в ряду напряжений до алюми¬ния (включительно), можно получить только электролизом расплавов электролитов; неактивные металлы можно получить электролизом рас¬плавов и растворов их солей наряду с другими методами(пиро- и гидрометаллургией); электролиз расплавов и растворов электролитов широко используется в промышленности, помимо получения ме¬таллов, и для других целей. Применение электролиза (Слайд 10) Учитель, подчеркивая приоритетность русской науки, со¬общает, что способ копирования рельефных изделий с по¬мощью электролиза — гальванопластику — изобрел в 1838 г. русский физик, академик Петербургской академии наук Б. С. Якоби. Художественные изделия, изготовленные с по¬мощью гальванопластики, можно продемонстрировать. 3. Рефлексия изученного материала (Слайд 11, 12) 4. Домашнее задание В завершение работы по данной теме с целью развития на¬выков и познавательного интереса учащихся предла¬гает им выполнить следующие домашнее задание. (Слайд 13) . Задание 1 Приведите примеры 2—3 уравнений реакций, иллюстри¬рующих получение металлов из водных растворов их солей. Задание 2 В раствор сульфата меди (II) опущены два медных электро¬да. Катод покрыт слоем парафина, на котором процарапан узор. Что получится при пропускании через раствор электри¬ческого тока? Итог урока, оценки за урок.Цели урока.  Обсудить и сравнить различные способы получе¬ния металлов из природного сырья.  Рассмотреть сущность электролиза, особенности электролиза растворов электро¬литов.  Познакомиться со значением электролиза для на¬родного хозяйства. Оборудование и реактивы: Д. Коллекция «Минералы и горные породы», две 17-образные трубки, графитовые электроды, источник постоянного тока (или выпрямитель), растворы йодида калия, фенолфталеина, лакмуса, сульфата меди (II), крахмальный клейстер, штатив, фарфоровый тигель, термитная смесь, магниевая лента. Таблицы «Пирометаллургические способы получения железа», «Применение электролиза». ХОД УРОКА I. Актуализация знаний о нахождении металлов в природе Во вводной части урока предлагается учащимся отве¬тить на следующие вопросы: (Слайд 4) В каком виде металлы встречаются в природе? Какие металлы встречаются в природе в самородном ви¬де? Где они расположены в электрохимическом ряду напря¬жений металлов? Какие металлы встречаются в природе только в виде со¬единений? Чем это обусловлено? Где они расположены в ряду напряжений металлов? В виде каких соединений металлы могут встречаться в природе? Обобщая ответы учащихся подводится итог: большинство металлов в природе встречаются в виде соеди¬нений. Это обусловлено тем, что, например, оксиды ме¬таллов, в которых металлы находятся в окисленной форме, более устойчивые вещества, чем металлы — простые веще¬ства; в самородном состоянии могут находиться в природе толь¬ко те металлы, которые в электрохимическом ряду напря¬жений стоят в самом конце. Это золото, платина, реже се¬ребро, иногда попадаются самородки меди и ртути; важнейшие природные соединения, стоящие в ряду на¬пряжений до алюминия, — это соли: галогениды, чаще хлориды NаСl, МgCl2, КСl; карбонаты СаСО3, МgСО3; сульфаты Nа2SО4, МgSО4; нитраты Na NO3; фосфаты Са3(Р O4)2; природные соединения других металлов — это в основном оксиды и сульфиды: Аl2О3, СuО, SnО2, Fе2О3, Сг2О3 и ZnS, РbS, МоS2, СuS2. Учитель в ходе перечисления различных природных соеди¬нений металлов демонстрирует коллекцию минералов и гор¬ных пород, а затем отмечает, что те минералы и горные поро¬ды, которые используются для получения металлов, называ¬ют рудами. 2. Создание проблемной ситуации Каким образом мож¬но получить металл из руды? (Слайд 5,6) М⁺n + ne М⁰ Восстановление металла Извлечение металла из руды (восстановление) Извлечение металлов из руд — задача металлургии, с помощью которой получают около 80 металлов и множество сплавов. Важнейшим аспектом полу¬чения металлов из руд является подбор восстановителя. (Слайд 7) Учитель просит учащихся назвать известные им восстано¬вители металлов. Учащиеся называют водород Н2, активные металлы, угле¬род С, оксид углерода (II) СО, известные им из курса неоргани¬ческой химии. После этого учитель отмечает: именно эти восстановители при высоких температурах используются для получения металлов из их оксидов; этот способ получения металлов называют пирометаллургическим; 3) кроме подбора восстановителя, инженеры-технологи обязательно должны учитывать экономические и экологиче¬ские факторы производства. В связи с этим учитель предлагает учащимся на некоторое время почувствовать себя в роли инженеров-технологов, принимающих решение о целесообразности использования ука¬занных восстановителей для получения железа (в больших количествах), например из его оксида железа (II) FеО. (Слайд 8) ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЯ (Слайд 9) Учитель напоминает хорошо знакомый учащимся пример такой реакции: Fе + СuSO4(р.р) = Сu + FeSО4(р.р). Он сообщает, что этот способ получения металлов называ¬ется гидрометаллургическим и используется для получения малоактивных металлов, например получения малоактивного ме¬талла гидрометаллургическим способом может привести ме¬тод извлечения золота из руд, разработанный в 1843 г. рус¬ским инженером П. Р. Багратионом. Сущность метода заклю¬чается в отделении золота от пустой породы (песка) путем растворения золота в цианиде натрия или калия в присутст¬вии кислорода. При этом образуется растворимое комплекс¬ное соединение золота: 4 Au + 8NaCN +O₂ + 2H₂O = 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH Из полученного раствора золото вытесняют цинком: 2Na[Au(CN)₂] +Zn = Au + Na₂[Zn(CN)₄] ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ. ЭЛЕКТРОЛИЗ (Слайд 9) Как же получить самые активные металлы? Ведь чем левее стоит металл в электрохимическом ряду напряжений, тем труднее его восстановить, тем более сильный восстановитель нужен, чтобы заставить катионы металла принять электроны. Значи¬тельно сильнее любых химических веществ восстановительное (окислительное) действие электрического тока. Существует еще один способ получения метал¬лов, в котором используется электрический ток — электроме¬таллургия. Важнейшей составной частью электрометаллур¬гии является электролиз. Само¬стоятельная работа с учебником страница 217 - 221. При обсуждении нужно ответить на сле¬дующие вопросы: 1) Какие частицы имеются в расплаве электролита? В результате термической диссоциации: СаВг2 = Са2+ + 2Вг- 2) Что происходит в электролите под действием электриче¬ского тока? Ионы Са2+ и Вг- приобретают направленное движение к электродам. На катоде (-) Са2+ На аноде (+) Вг- 3) Что происходит на электродах? На электродах ионы разряжаются. Ca+2 +2e = Ca0 2Br- - 2e =Br20 восстановление, окисление, выделяется Са выделяется Вг2 4) Каков результат ОВР, протекающей на электродах? Учитель замечает, что такую ОВР, протекающую под дей¬ствием электрического тока, и называют электролизом. Далее учитель задает учащимся очередной вопрос: а что же произойдет, если постоянный электрический ток мы пропус¬тим через раствор иодида калия? Учитель демонстрирует опыт. В П-образную трубку наливают раствор иодида калия и опускают в него графитовые электроды, укрепленные в проб¬ках. Присоединяют их к источнику постоянного тока, бата¬рейке или аккумулятору. Через некоторое время у одного из электродов появляется коричневое окрашивание (I2), на дру¬гом электроде выделяется газ. В пространство у этого электро¬да капают раствор фенолфталеина (можно фенолфталеин до¬бавить и в исходный раствор), появляется малиновое окра¬шивание (щелочная среда). Наличие I2 учитель доказывает и с помощью крахмального клейстера. А теперь следует объяснить наблюдаемые явления. Учи¬тель обращает внимание на особенности процессов, происхо¬дящих в этом опыте. Электрический ток пропускали через раствор электроли¬та, значит, в нем кроме ионов, образовавшихся при элект¬рической диссоциации электролита, есть и молекулы воды (и в некоторой степени продукты диссоциации воды Н+ (Н3О+) Обратимся к учебнику, где представлены прави¬ла, с помощью которых можно судить о катодных и анод¬ных процессах (с учетом материала анода) при пропуска¬нии постоянного электрического тока через раствор элект¬ролита. Демонстрация опыта — электролиз вод¬ного раствора сульфата меди (П), а затем обсуждаются процес¬сы, происходящие при этом по рассмотренному ранее плану (схема процесса электролиза дана в учебнике). Наливают в 11-образную трубку раствор сульфата меди (II), опускают в него графитовые электроды и присоединяют их к источнику постоянного тока. Через некоторое время на катоде появляется слой меди характерной окраски, а на аноде при этом выделяется газ. С помощью индикатора учитель обнаруживает в анодном пространстве кислотную среду. Суммарное молекулярное уравнение электролиза раствора сульфата меди (II): 2СuSO4 + 2Н2O электролиз> 2Сu + О2 + 2Н2SО4 Продукты электролиза: медь Сu(неактивный металл), кислород О2, сер¬ная кислота Н2SО4. Выводы: электролиз — это окислительно-восстановительный про¬цесс, протекающий под воздействием постоянного электри¬ческого тока; электролиз протекает в электролитах при наличии подвиж¬ных ионов, а они есть в их расплавах или растворах; сущность электролиза — протекание таких химических ре¬акций под действием электрического тока, которые само¬произвольно идти не могут (в отличие от коррозии и реак¬ций в гальваническом элементе); для определения продуктов электролиза водных растворов электролитов необходимо учитывать ряд напряжений ме¬таллов и окислительный ряд анионов; активные металлы, стоящие в ряду напряжений до алюми¬ния (включительно), можно получить только электролизом расплавов электролитов; неактивные металлы можно получить электролизом рас¬плавов и растворов их солей наряду с другими методами(пиро- и гидрометаллургией); электролиз расплавов и растворов электролитов широко используется в промышленности, помимо получения ме¬таллов, и для других целей. Применение электролиза (Слайд 10) Учитель, подчеркивая приоритетность русской науки, со¬общает, что способ копирования рельефных изделий с по¬мощью электролиза — гальванопластику — изобрел в 1838 г. русский физик, академик Петербургской академии наук Б. С. Якоби. Художественные изделия, изготовленные с по¬мощью гальванопластики, можно продемонстрировать. 3. Рефлексия изученного материала (Слайд 11, 12) 4. Домашнее задание В завершение работы по данной теме с целью развития на¬выков и познавательного интереса учащихся предла¬гает им выполнить следующие домашнее задание. (Слайд 13) . Задание 1 Приведите примеры 2—3 уравнений реакций, иллюстри¬рующих получение металлов из водных растворов их солей. Задание 2 В раствор сульфата меди (II) опущены два медных электро¬да. Катод покрыт слоем парафина, на котором процарапан узор. Что получится при пропускании через раствор электри¬ческого тока? Итог урока, оценки за урок.