Металлотермический метод получения металла

Цель: получение железа (Fe) восстановлением оксида железа (III) Fe₂O₃.

Реактивы:

оксид железа (III) Fe₂O₃

алюминий (Al)

нитрат калия лента магния (Mg)

Оборудование:

технические весы

фарфоровая ступка с пестиком

термически стойкий тигель (или фарфоровый тигель)

ящик с песком под тигель

Суть метода:

Металлотермическими реакциями называют реакции, протекающие между оксидами (в нашем случае Fe₂O₃) и металлами (Al) и приводящие к получению металлов в сплавленном виде (в нашем примере Fe) за счет большого выделения теплоты.

Расчеты, связанные с получением железа (Fe):

1) Fe₂O₃ + 2Al→2Fe+ Al₂O₃

1моль 2моль

М= 160г/моль М=27г/моль

m =160г m=54г

1. количество требуемого оксида железа (III) Fe₂O₃-18г,

2. рассчитаем количество требуемого алюминия:

160г(Fe₂O₃)=54г(Al)

18г(Fe₂O₃)=xг(Al)

X=18*54/160=6,075г

2)Приготовление зажигательной смеси:

Необходимо взять 3 мас.д. растертого нитрата калия (KNO₃) 1,3 мас.д. алюминиевой пудры. Для приготовления 2г зажигательной смеси необходимо взять:

(KNO₃)

4,3г(смеси)=3г(KNO₃)

2г(смеси) =хг(KNO₃)

Х=2*3/4,3=1,4г(KNO₃)

(Al)m=2г-1,4г=0,6г(Al)

Ход работы:

При проведении алюминотермических реакций необходимо соблюдать некоторые правила предосторожности. Алюминий берут в виде мелких крупинок. Порошкообразный алюминий, имеющийся в продаже под названием алюминиевой пудры, непригоден (он содержит окисленный металл). Оксид, а также тигель необходимо предварительно просушить при 150-200⁰С (при наличие влаги реакционная смесь разбрасывается). После этого оксид растирают в порошок. Высушивание и размельчение исходные вещества отвешивают на технических весах и тщательно перемешивают. При проведении следует брать не менее 24-30г исходных веществ (суммарно). С большим количеством вещества реакции идут еще лучше, и выход металла увеличивается. Масса алюминия должна быть равна теоретически рассчитанной.

Чтобы получить металл без примеси алюминия, следует брать его несколько меньше теоретически рассчитанного на 1-2%.

В качестве реактора используют магнезиальные или корундовые тигли, так как они термически стойки и вещества при работе с ними разрушаются. Поэтому их нужно помещать в песок, чтобы расплавленная масса не выливалась.

Тигель заполняют на ¾ его высоты смесью из оксида и восстановителя, утрамбовывают, делают небольшое углубление и засыпают сверху тонким слоем (около 1-1,5 мм) зажигательной смеси. Ленту магния вставляют в углубление, которое затем заполняют зажигательной смесью в форме горки. Если лента магния покрыта слоем оксида, ее следует очистить ножом.

Меры предосторожности. Реакцию проводят в вытяжном шкафу, откуда убирают все легковоспламеняющиеся материалы. Тигель помещают на песок. Работают в защитных очках!

После окончания реакции тигель охлаждают, разбивают и «королек» металла отделяют от шлака. Иногда кусочки металла остаются в шлаке в виде включений. В этом случае шлак нужно разбить и отделить от него металл.

Контрольные вопросы:

1. Какой процесс называется алюминотермией?

2. Как определяется теоретический и практический выход продукта реакции?

Дата добавления: 2015-07-25