Получение металлов

Большинство металлов содержится в природе в виде их оксидов или сульфидов, которые в результате обжига превращаются в оксиды. Металлур­гический процесс извлечения металлов из руд заключается в восстановлении их оксидов. В качестве восстановителей используют углерод, СО2, водород или металл.

В промышленности получение металлов из их оксидов восстановлени­ем водородом находит применение в бездоменных процессах или для полу­чения тугоплавких металлов. Применение водорода как в промышленности, так и в лаборатории сопряжено с большими трудностями, т.к. он образует с воздухом взрывоопасную смесь.

Цель работы: получить металл при восстановлении его оксида водоро­дом и определить его практический выход.

Реактивы: цинк, соляная кислота (1:1), концентрированная серная ки­слота, порошки оксидов меди (II), железа (II), Pb, Sn.

Оборудование: аппарат Киппа, промывная склянка, осушительная ко­лонка, кварцевая трубка, кварцевая лодочка, муфель­ная трубчатая печь.

Порядок выполнения работы: собирают установку по схеме на рисунке 3.

1 – аппарат Киппа; 2 – промывная склянка с концентрированной серной кислотой; 3 – кварцевая трубка;

4 – муфельная трубчатая печь; 5 – лодоч­ка с оксидом металла; 6 – промывная склянка

Выполнение этой работы требует особых мер предосторожности:

1) установку продуть газом-восстановителем до полного вытеснения воз­духа и проверить газ на чистоту. Категорически запрещается прово­дить эти операции при повышенной температуре;

2) после окончания работы, водород подавать до ее охлаждения.

Оксид металла восстанавливается в кварцевой лодочке, помещенной в кварцевую трубку диаметром 15 мм, которая расположена в трубчатой элек­тропечи, температура в которой регулируется автоматическим терморегуля­тором.

Водород получают электролизом или в аппарате Киппа. Прибор под­соединяют к аппарату Киппа через промывную склянку с концентрирован­ной серной кислотой. Навеску оксида металла массой 1,5-2 г, взвешенную с точностью до 0,01 г, насыпают в кварцевую лодочку и помещают ее посре­дине кварцевой трубки. Закрывают трубку и начинают пропускать в течение 10-15 минут водород для вытеснения воздуха из системы. Проверяют газ на чистоту и установку на герметичность, надевая на выход промывной склянки резиновую трубку с зажимом. При полной герметичности прибора ток ки­слорода вскоре должен прекратиться.

Если весь воздух вытеснен, то электропечь включают и нагревают трубку в токе водорода, пропуская его со скоростью 1-2 пузырька в секунду. Появление влаги в газоотводной трубке, а также умень­шение или полное прекращение прохождения пузырьков водорода через промывную склянку на выходе из установки показывает, что реакция нача­лась. Об окончании реакции можно судить о приблизительно одинаковом ко­личестве пузырьков водорода, проходящих через промывные склянки до ре­актора и после него.

После окончания реакции печь отключают и отодвигают, а водород продолжают пропускать через установку до ее полного охлаждения. Если во­дород отсоединить при нагретом реакторе, то воздух с оставшимся в реакто­ре водородом образует взрывоопасную смесь, а восстановленный металл с кислородом воздуха - оксид металла. После полного охлаждения установки отсоединяют газоподводящую трубку и вынимают лодочку с металлом.

Оформление результатов работы.

1. Напишите уравнение реакции восстановления оксида металла.

2. Приведите необходимые расчеты.

3. Результаты работы оформите в виде таблицы.

Оксид металла	m, г	Восстановленный металл	m, г	Выход, %

Вопросы семинара по теме: "Получение металлов"

1. Сырье металлургической промышленности: руды, кокс, флюсы.

2. Подготовка сырья к доменной плавке.

3. Методы получения металлов из руд.

4. Теоретические основы доменного процесса.

5. Устройство домны и каупера.

6. Методы преобразования чугуна в сталь: мартеновский и конверторные способы.

7. Кислородно-конверторный способ выплавки стали и получение стали в электропечах.

8. Производство алюминия электрохимическим способом.

Лабораторная работа № 7