Лабораторный практикум по неорганическому синтезу (стр. 5 )

Тест рубежного контроля к модулю 5.

1. Какой из указанных процессов является процессом восстановления?
а) WO3 → W	б) К2Cr2O7 → K2CrO4
в) MoO3 → MoO2	г) (NH4)6 Mo7O24 → MoO3
2. Какие оксиды можно получить разложением солей аммония?
а) Cr2O3, V2O5, MoO3	б) CrO3, MoO3, WO3
в) Fe2O3, MnO2, CrO3	г) FeO3, MnO3, CrO3
3. Какие оксиды проявляют сильные окислительные свойства?
а) CrO3, MoO3, WO3	б) MoO3, WO3
в) CrO3	г) CrO3, MoO3
4. Каково строение кристаллической решетки MoO3?
а) островная	б) слоистая из октаэдров
в) молекулярная	г) цепочечная из тетраэдров
5. Основные способы получения оксидов Mo(VI) и W(VI):
а) разложение молибдатов и вольфраматов разложение нитратов	б) непосредственное соединение Э + О2
в) разложение карбонатов	г) разложение нитратов
6. Какие способы очистки можно использовать для оксида молибдена (+6)
а) политермическая перекристаллизация	б) перегонка в вакууме с охлажде-нием паров на твердой подложке
в) возгонка в атмосфере воздуха	г) зонная плавка

Бланк ответов

1	2	3	4	5	6

Модуль 6. АЛЮМОТЕРМИЧЕСКОЕ ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

Комплексные цели: знать свойства алюминия и его оксида; основы металлотермических процессов; термодинамические возможности протекания таких процессов в с. у.; уметь грамотно проводить эксперимент по получению металлов.

6.1 Теоретическая часть

Металлотермические методы получения металлов, сплавов и неметаллов

Металлотермическими реакциями называют реакции получения металлов из их оксидов, сульфидов и других соединений за счет взаимодействия этих соединений с металлами-восстановителями при высоких температурах. Этот метод, открытый в 1856 г. , нашел применение, как в промышленности, так и для лабораторного получения металлов, сплавов и некоторых неметаллов. Возможность данного метода определяется физико-химическими свойствами исходных и получаемых веществ и тепловыми условиями проведения реакций.

При комнатной температуре такие реакции практически не протекают, но и при нагревании скорость реакции возрастает слишком незначительно. Только при температуре плавления хотя бы одного из компонентов (чаще всего металла – восстановителя) процесс идет со значительной скоростью. Для осуществления металлотермической реакции порошкообразную смесь оксида и восстановителя нагревают до расплавления одного из компонентов. Если компоненты реакционной смеси могут быть расплавлены за счет тепла, выделяющегося при протекании реакции восстановления, для инициирования реакции используют зажигательные смеси.

Возможность протекания реакции определяется значением ΔG процесса, а в первом приближении – тепловым эффектом реакции восстановления. Тепловой эффект реакции рассчитывают на основании закона Гесса: он равен разности между суммой теплот образования продуктов реакции и суммой теплот образования исходных веществ. Чем больше эта разность, тем полнее идет процесс. Следовательно, более активным восстановителем будет такой металл, при окислении которого выделяется больше тепла. В таблице 3 указаны ΔН образования некоторых оксидов.

Наиболее часто в качестве восстановителя применяются алюминий – малолетучий и сравнительно недорогой металл. Кроме того, реакция образование оксида алюминия очень экзотермична, что дает возможность проводить реакции восстановления многих металлов алюминием без дополнительного нагревания реакционной смеси. Процесс восстановления металлов из их оксидов алюминием называется алюмотермией.

В качестве восстановителей также применяют кальций, магний, и некоторые сплавы на их основе.

Таблица 3 - ΔНобр некоторых оксидов из простых веществ

оксид	ΔНобр, кДж/моль	оксид	ΔНобр, кДж/моль	оксид	ΔНобр, кДж/моль
CuO	-162	CrO3	-590	TiO2	-944
PbO	-219	BeO	-598	Mn2O3	-958
NiO	-240	MgO	-602	ZrO2	-1101
FeO	-265	CaO	-635	Fe3O4	-1117
MnO2	-521	MoO3	-745	Cr2O3	-1141
GeO2	-555	Fe2O3	-822	B2O3	-1254
BaO	-558	WO3	-843	V2O5	-1552
Bi2O3	-578	Co3O4	-879	Al2O3	-1676
SnO2	-581	SiO2	-908	La2O3	-1793

В качестве восстановителей также применяют кальций, магний, и некоторые сплавы на их основе.

С другой стороны, для получения многих металлов из оксидов можно использовать в качестве восстановителя и некоторые неметаллы – кремний, бор. Силикотермия (термическое восстановление металлов кремнием) широко используется в промышленности для получения различных ферросплавов.

При проведении реакций металлотермического восстановления металлов из оксидов необходимо соблюдать следующие требования:

- количество тепла, выделяющегося при реакции, должно быть достаточным для нагревания реакционной массы до температуры, превышающей температуры плавлений как восстанавливаемого металла, так и получающегося оксида;

- точки кипения продуктов реакции должны быть выше температуры, которая развивается при реакции;

- восстанавливаемые оксиды должны быть негигроскопичными и термически устойчивыми.

Расслоение продуктов реакции на два слоя (нижний слой – металл и верхний слой – шлак) возможно только в том случае, когда при реакции выделяется тепла, достаточного для нагревания реакционной массы выше температуры плавления наиболее тугоплавкого продукта реакции. Чем выше температура плавления продуктов и чем больше их теплоемкость и вязкость, тем больше нужно тепла для нагревания смеси до ее расслаивания.

В свою очередь, температура плавления наиболее тугоплавкого из продуктов должна быть ниже той температуры, которая может развиться в процессе реакции.

Время остывания реакционной смеси до температуры плавления наиболее тугоплавкого из продуктов должно быть достаточным для того, чтобы реакция успела закончиться, и чтобы произошло полное расслоение реакционной массы на металл и шлак.

Температуры реакционной массы в момент ее расслоения для некоторых случаев указаны в таблице 4 (их также можно рассчитать по уравнению, см. учебное пособие «Руководство по неорганическому синтезу»):

Таблица 4 - Температуры реакционной массы в момент расслоения для алюмотермического восстановления некоторых оксидов

Оксид	CrO3	MnO2	MoO3	Co3O4	Fe2O3	V2O5	NiO
Т, оС	5197	3506	3388	3303	2920	1132	2471
Оксид	WO3	Cr2O3	SiO2	TiO2	V2O3	B2O3	ZrO2
Т, оС	2177	1840	1770	1202	1132	1129	85

Из таблицы видно, что при восстановлении большинства оксидов (Fe2O3, Fe3O4, Co3O4, CoO, NiO, MnO2, Mn2O3, Mn3O4, CrO3, MoO3, V2O5, SnO2, CuO и др.) алюминием выделяющейся теплоты вполне достаточно и на нагревание продуктов реакции, и на тепловые потери. В этом случае получается металл, который оседает на дно тигля.