Методическая разработка к уроку по теме: «Производство меди»

Выполнила преподаватель высшей квалификационной категории ГОУ СПО « Кемеровский профессионально - технический техникум»

Тюнина Надежда Яковлевна.

1.История происхождения меди.

Медь - один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. В древности применялась в основном в виде сплава с оловом - бронзы для изготовления оружия и т. п. (см бронзовый век).

Латинское название меди Cuprum (древн. Aes cuprium, Aes cyprium) произошло от названия острова Кипр, где уже в III тысячелетии до н. э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди.

У Страбона медь именуется халкосом, от названия город Халкиды на Эвбее. От этого слова произошли многие древнегреческие названия медных и бронзовых предметов, кузнечного ремесла, кузнечных изделий и литья. Второе латинское название меди Aes (санскр, ayas, готское aiz, герм. erz, англ. ore) означает руда или рудник. Сторонники индогерманской теории происхождения европейских языков считают русское слово медь (польск. miedz, чешск. med) родственным древненемецкому smida (металл) и Schmied (кузнец, англ. Smith). От этого слова произошли и родственные названия - медаль, медальон . Слова медь и медный встречаются в древнейших русских литературных памятниках. Алхимики именовали медь «венера» (Venus). В более древние времена встречается название «марс» (Mars).

• Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде.

• Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS2, также известный как медный колчедан, халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu2O, азурит Cu3(CO3)2(OH)2, малахит Cu2CO3(OH)2

Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах - медистые песчаники и сланцы. Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,4 до 1,0 %.

2.Физические свойства

Медь - золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Наряду с осмием, цезием и золотом, медь - один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов. Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвёртой атомными орбиталями: энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света. Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота.

Медь образует кубическую гранецентрированную решётку, пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4.

Медь обладает высокой тепло-^[4] и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C: 55,5-58 МСм/м^[5]. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры.

Существует ряд сплавов меди: латуни - с цинком, бронзы - с оловом и другими элементами, мельхиор - с никелем, баббиты - со свинцом и другие.

КРИСТАЛЛЫ МЕДИ

3.Получение меди

Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди - пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз.

• Пирометаллургический метод заключается в получении меди из сульфидных руд, (например CuFeS₂):

• Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте или в растворе аммиака; из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом:

• Электролиз раствора сульфата меди:

Самородная медь

4.Соединение меди

Степень окисления II - наиболее стабильная степень окисления меди. Ей соответствует чёрный оксид CuO и голубой гидроксид Cu(OH)₂, который при стоянии легко отщепляет воду и при этом чернеет:

Гидроксид меди (II) носит преимущественно основный характер и только в концентрированной щелочи частично растворяется с образованием синего гидроксокомплекса. Наибольшее значение имеет реакция гидроксида меди (II) с водным раствором аммиака, про которой образуется так называемый реактив Швейцера (растворитель целлюлозы):

Соли меди(II) образуются при растворении меди в кислотах-окислителях (азотной, концентрированной серной). Большинство солей в этой степени окисления имеют синюю или зелёную окраску.

Соединения меди(II) обладают слабыми окислительными свойствами, что используется в анализе (например, использование реактива Фелинга).

Карбонат меди(II) имеет зелёную окраску, что является причиной позеленения элементов зданий, памятников и изделий из меди и медных сплавов при взаимодействии оксидной плёнки с углекислым газом воздуха в присутствии воды. Сульфат меди(II) при гидратации даёт синие кристаллы медного купороса CuSO₄∙5H₂O, используется как фунгицид.

Оксид меди (II) используются для получения оксида иттрия бария меди (YBa₂Cu₃O_7-δ), который является основой для получения сверхпроводников.

МЕДНЫЙ КУПОРОС

5.Способы добычи

Этот металл встречается в природе в самородном виде чаще, чем золото, серебро и железо. Сплав меди с оловом (бронзу) получили впервые за 3000 лет до н. э. на Ближнем Востоке. Бронза привлекала людей прочностью и хорошей ковкостью, что делало её пригодной для изготовления орудий труда и охоты, посуды, украшений. Все эти предметы находят в археологических раскопах.

Первоначально медь добывали из малахитовой руды, а не из сульфидной, так как она не требует предварительного обжига. Для этого смесь руды и угля помещали в глиняный сосуд, сосуд ставили в небольшую яму, а смесь поджигали. Выделяющийся угарный газ восстанавливал малахит до свободной меди:

На территории России и сопредельных стран медные рудники появились за два тысячелетия до н. э. Остатки их находят на Урале (наиболее известное месторождение - Каргалы), в Закавказье, на Украине, в Сибири, на Алтае.

В XIII-XIV вв. освоили промышленную выплавку меди. В Москве в XV в. был основан Пушечный двор, где отливали из бронзы орудия разных калибров.

Сейчас известно более 170 минералов, содержащих медь, но из них только 14-15 имеют промышленное значение. Это - халькопирит (он же медный колчедан), малахит, встречается и самородная медь. В медных рудах часто в качестве примесей встречаются молибден, никель, свинец, кобальт, реже - золото, серебро. Обычно медные руды обогащаются на фабриках, прежде чем поступают на медеплавильные комбинаты. Богаты медью Казахстан, США, Чили, Канада, африканские страны - Заир, Замбия, Южно-Африканская республика.

Эскондида - самый большой в мире карьер, в котором добывают медную руду. Расположен в Чили.

6. Информационное обеспечение обучения

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

Основные источники:

1. Солнцев, Ю.П. Материаловедение [Текст]: учебник для учрежд.сред.проф.образ. / Ю.П.Солнцев, С.А.Вологжанина . - Москва: ИЦ «Академия», 2009 . - 496с. - [Рекомендовано ФГУ «ФИРО»].

2. Стуканов,В.А. Материаловедение [Текст]: учебное пособие для учрежд.сред.проф.образ. / В.А.Стуканов . - М.:Форум, 2011 . - 368с. - [Рекомендовано ФГУ «ФИРО»].

Дополнительные источники:

3. Кузьмин Б.А. Технология металлов и конструкционных материалов [Текст]: учебное пособие для машиностроительных техникумов. - М.Машиностроение, 2008 -251 с.

4. Материаловедение [Электронный ресурс] : Ч. 1. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика» , 2006. - 1 CD-ROM-диск, 12 см.

5. Моряков, О.С. Материаловедение (по техническим специальностям) [Текст]:учебник для образ. учрежд. сред. проф. образ. / О.С.Моряков. - Москва: Издательский центр «Академия», 2010. - 240 с. - [Рекомендовано ФГУ «ФИРО»]

6. Никифоров, В.М. Технология металлов и других конструкционных материалов [Текст]: учебник для учащ. техникумов, лицеев, студ. вузов, инженеров и техников всех технических специальностей. - В.М. Никифоров. - 10-е изд,- СПб,:Политехника,2010. - 382 с.

7. Топливно-энергетический комплекс в регионах Сибирского федерального округа [Электронный ресурс]: статистический сборник / Росстат, Территор. орган Федер. службы гос. статистики по Иркут. обл. - Иркутск : Иркутскстат, 2006. - 1 CD-ROM-диск, 12 см.

Интернет-ресурсы

1. Всероссийский институт научной и технической информации Российской академии наук (ВИНИТИ РАН) [Электронный ресурс] . - Режим доступа : www2.viniti.ru, свободный. - Загл. с экрана

2. Портал нормативно-технической документации [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http//pntdoc.ru, свободный. - Загл. с экрана

3. Техническая литература [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http//tehlit.ru, свободный. - Загл. с экрана

4. Электронно-библиотечная система «КнигаФонд» [Электронный ресурс] . - Режим доступа: knigafund.ru/, абонемент. - Загл. с экрана

5. Электронно-библиотечная система издательства «Лань» [Электронный ресурс] . - Режим доступа: lanbook.com/ebs.php, абонемент. - Загл. с экрана

6. Электронно-библиотечная система IGlib [Электронный ресурс] . - Режим доступа: iqlib.ru/, абонемент. - Загл. с экрана