1.活泼金属的冶炼
(1)钠、镁、铝等活泼金属,常采用电解其熔融状态的卤化物的方法冶炼(通直流电)。例如:
2NaCl(熔融) 2Na + Cl2↑ MgCl2(熔融) Mg + Cl2↑ 2Al2O3(熔融) 4Al + 3O2↑ ① 液态冰晶石(Na3AlF6)作为助熔剂,使熔点高达2000℃多度的Al2O3在1000℃多度就熔化;
② 用石墨棒作为电极,其阳极材料被高温下产生的O2氧化而消耗,所以在电解过程中要定期补充Al2O3和阳极碳棒;
③ 这里不采用电解熔融AlCl3,是因为AlCl3是共价化合物,其熔融态不导电;而Al2O3是离子化合物,其熔融态时能电离产生自由移动的Al和O导电。
※思考:为什么不用电解熔融氧化镁而用电解熔融氯化镁的方法生产金属镁? (2)对于金属钾、铷等,工业上还运用勒夏特列原理进行冶炼: RbCl(l) + Na(l) NaCl(l) + Rb(g)
☆说明:尽管Na的金属性没有Rb强,但是控制一定的温度,使RbCl和Na在熔化状态下反应生成液态NaCl和Rb蒸气,并且不断地把Rb蒸气从反应体系中抽出,降低了生成物的浓度,使平衡向右移动。
3+
2—
2.中等活泼金属的冶炼
(1)火法冶炼——对于锌、铁、钨、铜等中等活泼金属,工业上常采用焦炭、CO、H2、Al
粉等还原剂,在高温下还原它们的氧化物的方法冶炼。例如:
ZnO + C Zn + CO↑ Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2↑
WO3 + 3H2 2CuO + C
W + 3H2O 2Cu + CO2↑
Cr2O3 + 2Al
2Cr + Al2O3
(铝热反应)
☆注意:用焦炭还原金属氧化物时,金属越活泼,越难还原,需要的温度越高,焦炭的氧化产物中CO的含量也越高。一般情况下,活动性超过Zn的氧化物难以被焦炭还原。
(2)湿法冶炼——用较活泼的金属与相对不活泼的金属盐溶液反应生成新金属和新盐的反
应,属于置换反应。
例如,我国古代西汉时期刘安所著的《淮南万毕术》记载的“曾青得铁则化为铜”,是湿法冶炼金属的先驱,其反应原理是:Fe + CuSO4 == FeSO4 + Cu
3.不活泼金属的冶炼
金、银、铂等不活泼金属在自然界有少量以游离态形式存在,可直接采用物理方法(如淘金等),而汞等不活泼金属可用还原剂还原法或热分解法冶炼。例如:2HgO
2Hg + O2↑
二十七、金属与盐反应的几种情况
1.活泼性很强的金属[K、Ca、Na、Ba等(主要指ⅠA、ⅡA中的活泼金属)]与盐溶液反应
时,通常得不到新金属,而是跟盐溶液中的水反应,生成对应的碱和氢气,生成的碱再
与盐可能发生复分解反应。如:
2Na + 2H2O == 2NaOH + H2↑
2NaOH + CuSO4 == Cu(OH)2↓+ Na2SO4
2.活泼性很强的金属与AlCl3溶液反应时,开始有沉淀,后来沉淀消失。 6Na(不足) + 6H2O + 2AlCl3 == 2Al(OH)3↓+ 6NaCl + 3H2↑
4Na(过量) + 2H2O + AlCl3 == NaAlO2 + 3NaCl + 2H2↑
3.活泼性较强的金属(Mg、Al、Zn)与可溶性铁盐、铝盐、铵盐等溶液反应时有H2生成,
因为Fe3+、Al3+、NH4+水解呈酸性。
2Fe + Mg == 2Fe + Mg
3+
+
3+2+2+
Fe + 3H2OFe(OH)3 + 3H Mg + FeCl3溶液 Mg + 2H+ == Mg2+ + H2↑
2+2+
Mg + Fe == Mg + Fe (Mg过量时) Al3+ + 3H2OAl(OH)3 + 3H+ Mg + AlCl3溶液 Mg + 2H == Mg + H2↑ NH4+ + H2ONH3·H2O + H+ Mg + NH4Cl溶液 Mg + 2H == Mg + H2↑ NH3·H2O == NH3↑+ H2O
(随着H+的不断消耗,上述平衡向右移动,使NH3·H2O浓度增大,甚至分解)
+
2+
+
2+
4.不活泼金属Cu能与FeCl3溶液反应
Cu + 2Fe == Cu + 2Fe
3+
2+
2+
5.金属与熔融盐反应不能用金属活动顺序表硬套,金属活动顺序表适用于水溶液中金属与金属阳离子或H+的反应。
Na(l) + KCl(l)
NaCl(l) + K(g)(运用勒夏特列原理解释)
与工业生产相关的主要反应
2Cl2+2Ca(OH)2 CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O 工业制漂白粉 工业合成氨 氨的催化氧化 电解饱和食盐水 电解制镁、铝 工业制玻璃 N2+3H2 催化剂 高温高压 2NH3 4NH3+5O2 催化剂 4NO+6H2O △ 2NaCl+2H2OMgCl2 通电 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 通电 通电 Mg+Cl2↑;2Al2O3 高温 4Al+3O2↑ 高温 Na2CO3+SiO24FeS2+11O2 Na2SiO3+CO2↑;CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑ 高温 2Fe2O3+8SO2 (或S+O2点燃 SO2); 工业制硫酸 2SO2+O2工业制粗硅 工业制取二氧化碳
CaCO3SiO2+2C 催化剂 加热 2SO3; SO3+H2O=H2SO4 高温 Si+2CO↑ 高温 CaO+CO2↑