Name: -------------------------------------
Class: ----------1
Unit 3
The Chemical
industry
By the end of the chapter ,Students know a variety of
processes by which useful substances are made from raw
materials, including alkalis, chlorine and useful metals. They
know that the extractive industries can cause environmental
degradation and understand a variety of ways this can be
minimised.
‫ يعرف التلميذ مجموعة متنوعة من العمليات التي يتم من خاللها‬،
‫قبل نهاية الفصل‬
‫ يعرف‬.‫ بما فيها القلويات والكلور والمعادن المفيدة‬، ‫صناعة مواد مفيدة من المواد الخام‬
‫أن الصناعات االستخراجية يمكن أن تسبب تدهور البيئة وفهم مجموعة متنوعة من‬
.‫الطرق التي يمكن أن تقلل من تدهور البيئة‬
2
Unit3: Chemical industry
separate a mixture
‫فصل المخاليط‬
18.1 Know how purification techniques such as filtration, evaporation, distillation, fractionation and chromatography are
used to obtain pure compounds from mixtures.
.‫ تستخدم للحصول على مركبات نقية من مخاليط‬،‫ مثل الترشيح والتبخير والتقطير والتقطير التجزيئي والفصل الكروموتوغرافي‬،‫يعرف كيف أن أساليب التنقية‬
Objectives
Key Vocabulary
Student will be able to:
1. Distinguish between mixture and pure
substance.
2. Know how purification techniques are used to
obtain pure compounds from mixtures.
.
purification
filtration
evaporation
distillation
fractionation
chromatography
Something is a MIXTURE if it contains two (or more) substances that are
not chemically joined together.
.‫المخلوط هو ما يحتوي على مادتين (أوأكثر) غير مرتبطين بروابط كيميائية‬
The substances in a mixture can often be easily separated from one
another.
. ‫والمواد في المخلوط عادة ما يمكن بسهولة فصلها مادة عن أخرى‬
A PURE substance only contains one material and so cannot be separated
in any way (unless a chemical reaction takes place).
.)‫ ولذلك ال يمكن فصلها بأي طريقة (ما لم يحدث تفاعل كيميائي‬،‫المادة النقية تحتوي على مادة واحدة فقط‬
* Summary of methods used to separate a mixture
PROCESS
Filtration
‫الترشيح‬
Evaporation
‫التبخير‬
‫ملخص لطرق فصل المخاليط‬
What it is used for
Examples
Used for separating a solid or suspension from a separating SAND from water.
liquid
‫يستخدم لفصل صلب أو معلق من سائل‬
.‫فصل الرمل عن الماء‬
Used to obtain the solute from a solution
for obtaining SALT from salty
‫يستخدم للحصول على المذاب من المحلول‬
water ‫الحصول على الملح من ماء مالح‬
Simple distillation Used to obtain the solvent from a solution
for obtaining pure water from sea
‫التقطير البسيط‬
.‫ يستخدم للحصول على المذيب من المحلول‬water
‫الحصول على الماء النقي من ماء البحر‬
Fractional
Used to separate one liquid from a mixture of
Obtaining ALCOHOL (bp78C)
distillation
different liquids that have different boiling
from mixture of water and alcohol.
‫ التقطير التجزيئي‬points.
78 ‫الحصول على الكحول (درجة غليانة‬
.‫يستخدم لفصل سائل من خليط من عدة سوائل لها غليان مختلفة‬
.‫درجة مئوية) من مخلوط للماء مع الكحول‬
Chromatography Used to separate out one color from a mixture of for separating out the colors in
‫ الفصل الكروموتوغرافي‬colors
black ink
‫يستخدم لفصل لون محدد من مخلوط من عدة ألوان‬
.‫فصل األلوان من حبر أسود‬
3
Unit3: Chemical industry
Lab work
Diagrams below show suggested experiment setting for the various separation
techniques.‫األشكال التوضيحية ادناه توضح أعداد تجارب عملية لمختلف تقنيات الفصل‬
Filtration
Evaporation
In chromatography technique, only a small
amount of mixture samples are required,
often as little as a drop.
‫ تتطلب كمية قليلة فقط من‬، ‫في تقنية الفصل الكروموتوغرافي‬
.‫ عادة بحجم قطرة‬، ‫المخلوط‬
The concept behind this techniques is that
different constituent in a mixture have
different solubility. As the solvent moves
up the paper the less soluble constituent
will travel at a slower rate than those of more soluble
constituents.
.‫والفكرة التي بنيت عليها هذه التقنية هو ان المكونات المختلفة في المخلوط لها ذوبانية مختلفة‬
‫فعندما يتحرك المذيب ألعلى الورقة يتحرك المكون األقل ذوبانا ً بمعدل أقل من من المكونات‬
.‫األكثر ذوبانية‬
Hence the mixture will eventually separate into different colored
spots as the solvent moves to the top.
‫ومن ثم سيتم في نهاية المطاف فصل المخلوط إلى بقع ملونة مختلفة المذيب عندما يتحرك المذيب‬
. ‫يتحرك إلى األعلى‬
.
4
Unit3: Chemical industry
Diagram on the right shows equipment set-up
for fractional distillation.
For simple distillation, the set-up is similar,
except that the fractionating
column is being removed. The curving structure
of the fractionating column is to increase
the surface area and encourage condensation
of liquids with higher boiling points.
Sometimes the column consists of a tube tightly
packed with glass beads.
‫يظهر الرسم التخطيطي على اليمين أدوات أعدت ألجراء تقطير‬
‫تجزيئي‬
‫ والشكل‬.‫ إال أنه يتم إزالة العمود‬، ‫التقطير العادي يتم بطريقة إعداد مماثلة‬
‫المنحني في عمود التجزئة يعمل على زيادة المساحة السطحية وتشجيع‬
.‫تكثيف السوائل األعلى في درجات الغليان‬
.‫في بعض األحيان يتكون العمود من أنبوب محكم األمتالء بحبات من الزجاج‬
The thermometer reading ensures that suitable temperature is reached at
the boiling point of the desired liquid to condense out. This should be the
liquid with a lower boiling point in the mixture.
‫قراءة الترمومتر تضمن أن يتم التوصل إلى درجة حرارة المناسبة لدرجة غليان السائل المطلوب لتكثيفه الى‬
.‫ و يجب أن يكون هذا السائل األقل نقطة غليان في المخلوط‬. ‫الخارج‬
Read more:
http://www.mikecurtis.org.uk/mixtures.htm
http://sciencepark.etacude.com/projects/separations/separation2.php
5
Unit3: Chemical industry
Exercises
Q1) The following methods can be used to purify
substance:
‫الطرق التالية يمكن أن تستخدم لتنقية المواد‬
A. Distillation
B. Fractional distillation.
C. Evaporation.
D. Chromatography.
Which method would be most suitable for?
‫أي طريقة تكون مناسبة ل‬
1. Showing that orange squash is colored by two artificial dyes? (
2. Getting water from salt solution? (
)
)
3. Separating a mixture of methanol and ethanol using differences in
boiling points? (
)
4. Getting solid salt from salt solution? (
)
6
Unit3: Chemical industry
‫الهواء‬
Air
18.2 Know the properties and uses of the main gases of air; describe and understand the process of fractionation
of liquid air to produce pure gases.
.‫يعلم خصائص وإستعماالت الغازات الرئيسية التي يتكون منها الهواء؛ يصف ويفهم عملية التقطير التجزيئي للهواء المسيّل إلنتاج غازات نقية‬
Objectives
Key Vocabulary
Student will be able to:
1. State the main gases of air.
2. Know the properties and uses of the main
gases of air.
3. Explain the process of fractionation of liquid
air to produce pure gases.
.
main gases of air
fractionation
Air is a mixture of various gases.
The following table shows the main gases in air and some of
their properties and uses:
. ‫الهواء خليط من غازات متنوعة‬
: ‫الجدول التالي يوضح الغازات الرئيسية في الهواء وبعض خصائصها وأستخداماتها‬
Gas
Ratio compared to
Dry Air (%)
Molecular Mass
‫الكتلة الجزيئية‬
By volume By weight
Chemical
Symbol
Boiling
Point
(oC)
Common
uses
‫األستخدامات‬
respiration and in
Oxygen
20.95
23.20
32.00
O2
Nitrogen
78.09
75.47
28.02
N2
Carbon
Dioxide
0.03
0.046
44.01
CO2
-182.95
oxy-acetylene
torches ‫في التنفس ولهب‬
‫األكسي استيلين‬
cooling and as an inert
-195.79 atmosphere ‫في التبريد‬
‫وكوسط خامل‬
-78.5
food industry as soft
drinks ‫في الصناعات الغذائية‬
.‫مثل المشروبات الغازية‬
7
Unit3: Chemical industry
Liquefying the air:
‫إسالة الهواء‬
Air is filtered to remove dust, and then cooled in stages until it
reaches –200°C. At this temperature it is a liquid.
We say that the air has been liquefied.
‫ عند هذه الدرجة‬. 200°C- ‫ ثم يبرد على مراحل حتى يصل‬،‫يرشح الهواء ألزالة الغبار‬
.‫ ونقول أن الهواء تمت إسالتة‬.‫يكون سائل‬
Here's what happens as the air liquefies:
‫واآلن ماذا يحدث بعد أسالة الهواء‬
water vapor condenses, and is removed using absorbent filters
‫ ويزال بأستخدام فالتر ماصة للماء‬، ‫يكثف بخار الماء‬
carbon dioxide freezes at –79ºC, and is removed
.‫ ويزال‬79ºC - ‫يتجمد ثاني أكسيد الكربون عند‬
oxygen liquefies at –183ºC
–183ºC ‫يسال األكسجين عند‬
nitrogen liquefies at –196ºC
–196ºC ‫يسأل النيتروجين عند‬
The liquid nitrogen and oxygen are then separated by fractional
distillation.
.‫ثم يفصل األكسين المسال والنيتروجين المسال بعد ذلك بالتقطير التجزيئي‬
http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/edexcel/oneearth/usefulproductsrev2.shtml
8
Unit3: Chemical industry
Exercises
Q1) Draw a flow chart showing the stages of the fractionation of liquid air?
‫أرسم خارطة تدفق توضح مراحل التقطير التجزيئي للهواء المسال؟‬
9
Unit3: Chemical industry
Fractional distillation of crude oil
‫التقطير التجزيئي للنفط الخام‬
18.3Know how a variety of fuels and other useful compounds can be obtained from petroleum and natural gas.
‫يعرف كيف يمكن الحصول على أنواع مختلفة من الوقود وغيرها من المركبات المفيدة من النفط الخام ومن الغاز الطبيعي‬
Objectives
Key Vocabulary
Student will be able to:
1Explain the fractionation of petroleum to
different component.
2. Link the properties of the different fractions to
their uses.
fuels
petroleum
When crude oil reaches the refinery it is a thick black, smelly liquid.
In this form, it is not much use to anyone.
. ‫ وهو بهذه الحالة ليس له أي أستخدام‬. ‫يصل النفط إلى المصفاه سائل أسود كثيف القوام ذو رائحة‬
Crude oil contains mixture of hydrocarbons. (Compounds that contain only
carbon and hydrogen)
)‫يحتوي النفط الخام على خليط من هيدروكربونات (المركبات التي تحتوي فق على كربون وهيدروجين‬
At the refinery these are separated into fractions which are more useful.
This is done by fractional distillation.
.‫ يتم ذلك بواسطة عملية التقطير التجزيئي‬.ً ‫وفي المصفاة التي تجزأ النفط إلى أجزاء أكثر أستخداما‬
http://www.science-resources.co.uk/KS3/Chemistry/Chemical_Reactions/Hydrocarbons/Distillation.htm
10
Unit3: Chemical industry
Crude oil enters the fractionating column as gas.
‫النفط الخام يدخل عمود التجزئة كغاز‬
The column is quite hot at the bottom and cooler at the top.
‫أسفل العمود ساخن جداً وأبرد عند القمة‬
This difference in the temperature up and down the column sorts the different
fractions from each other.
.‫األختالف في درجة الحرارة أعلى وأسفل العمود يفصل األجزاء المختلفة من بعضها البعض‬
The larger hydrocarbons, with the high boiling points, turn back into liquids at
the base of the column and the smaller hydrocarbons stay as gases.
‫ تعود مرة أخرى الى قاعدة العمود والهيدروكربونات‬، ‫الهيدروكربونات الكبيرة ذات درجات الغليان المرتفعة‬
.‫األصغر تبقى على هيئة غازات‬
They rise up the column and condense at different levels, as shown in the above
diagram.
‫ كما هو موضح في الشكل أعاله‬،‫ترتفع الغازات أعلى العمود وتكثف عند مستويات مختلفة‬
At the top of the column there are a number of hydrocarbons with low boiling
points - between 20ºC and 70ºC. These remain as gases.
.‫ وتبقى كغازات‬70ºC ‫ و‬20ºC ‫يوجد أعلى العمود عدد من الهيدروكربونات ذات درجات غليان منخفضة بين‬
The discovery of the crude oil has played a very big part in the development of
modern life. It provides the fuel for most of today's transport as well as the raw
material for making various chemical like PLASTICS.
‫ فهو يوفر الوقود لمعظم وسائل المواصالت في‬.‫وأكتشاف النفط الخام لعب دوراً كبيراً في تطوير الحياة الحديثة‬
.‫الوقت الحاضر كما تقدم المواد الخام لعمل الكثير من المواد الكيميائية مثل المواد البالستيكية‬
There are a few things you must know about hydrocarbons.
.‫هناك بعض النقاط يجب أن تعرفها عن الهيدروكربونات‬
As the size of the hydrocarbon molecule increases: ‫بزيادة حجم جزئ الهيدروكربون‬
The boiling point increases. ‫تزداد درجة الغليان‬
Looks much darker in color.
‫تبدو أكثر قتامة في اللون‬
Becomes less flammable
‫تصبح أقل قابلية لألشتعال‬
Becomes less useful
‫تصبح أقل استخدام‬
Becomes more viscous (i.e. it does not run easily)
‫تصبح أكثر لزوجة‬
ً‫تصبح أقل تطايرا‬
Becomes less volatile (doesn't evaporate so easily).
11
Unit3: Chemical industry
Exercises
Q1) Fractional distillation separates crude oil into useful products
called fractions. Look at the diagram below. It shows the different
products that can be made from crude oil.
‫ أنظر للشكل الذي‬.‫عملية التقطير التجزيئي تفصل النفط الخام الي نواتج مفيدة تسمى مشتقات‬
. ‫يوضح النواتج المختلفة التي يمكن أن نحصل عليها من النفط الخام‬
1. The fraction that exits at the bottom of the column is
called_______________.
2.The fraction that exits at the top of the column is called _________________.
3.This fraction contains two gases, called propane and _________________.
4. Fractional distillation works because of the differences
___________________________________ of each fraction.
5. The fractions in order of boiling points are:
1. petrol
2. _________________
3. _________________
4. _________________
5. ________________
6. Crude oil is a mixture of different hydrocarbons. What are hydrocarbons
made of?________________________
7. On the diagram above label the coldest point and the hottest point?
12
Unit3: Chemical industry
Hardness in water ‫الماء العسر‬
18.4 Know what is meant by hardness in water and how it is produced naturally. Distinguish between temporary
and permanent hardness.
ً ‫يعلم ماذا نعني بمصطلح العسر في الماء وكيف يتكوّ ن هذا العسر طبيعيا‬. ‫يميّز بين العسر المؤقت والعسر الدائم‬
Objectives
Key Vocabulary
Student will be able to:
1- Define hardness of water
2- Explain how hard water is formed in nature.
3- Distinguish between temporary and
permanent hardness
Hard water
soft water
lather
Hardness in water is defined as water that does not produce lather with soap
solutions, but produces white precipitate (scum). Because of the presence of
calcium (Ca2+), and magnesium (Mg2+ ) metal cations, in form of bicarbonates
and sulfates (calcium or magnesium bicarbonate or sulfates). Hard water is
generally not harmful to one's health.
‫يعرف الماء العسر بأنه الماء الذي اليكون رغوة مع محلول الصابون لكنه ينتج رواسب بسبب وجود ايونات‬
.‫ الماء العسر غير ضار بصحة اإلنسان‬.‫الكالسيوم والماغنسيوم في صورة أمالح بيكربونات وكبريتات‬
One of the primary disadvantages to hard water and the
reason it is described as, “hard,“ is more soap, detergent,
shampoo, and/or cleanser, is required to get whatever
you are washing clean. It is literally, harder to get anything
clean with hard water. Hard water builds up scale on the
inside of water pipes eventually reducing the size of your
pipe work. Hard water coats your water heater increasing
the cost of heating water.
‫ يحتاج إلى كميات‬.‫اللطخات و الترسبات التي يتركها على المغاسل و أحوض الحمامات‬: ‫بعض مشاكل الماء العسر‬
‫ أذا لم يعالج تترسب االمالح على شكل‬.‫كبيرة من الصابون والشامبو والمنظفات لتنظيف األواني و الشعر والمالبس‬
.‫قشرة على األنابيب وسخانات المياه مما يزيد من كلفة التسخين‬
Resources : http://en.wikipedia.org/wiki/Hard_water#Process
http://www.naturalhealthtechniques.com/basicsofhealth/water_files/waterhardvssoft.htm
New chemistry for you: Page 290-292 hard water
13
Unit3: Chemical industry
•What makes water hard?
Calcium usually enters the water as either calcium carbonate (CaCO3), in the
form of limestone and chalk, or calcium sulfate (CaSO4), which is slightly soluble
in water. The source of magnesium is dolomite (CaMg(CO3)2). Calcium
carbonate is not soluble in water ,but rain water can dissolve it because it
contains a weekly acidic gas CO2 which reacts with carbonate to form
bicarbonate which is soluble in water. The following is the equilibrium reaction
when calcium carbonate (CaCO3) is dissolved in water:
CaCO3(s) + CO2(aq) + H2O ⇋ Ca2+(aq) + 2HCO3-(aq)
‫*ما الذي يجعل المياه عسرة ؟‬
.‫يدخل الكالسيوم في الماء من التربة الجيرية(الحجر الجيري) ومن كبريتات الكالسيوم شحيحة الذوبان في الماء‬
‫ لكن‬,‫بما أن كربونات الكالسيوم التذوب في الماء‬. (Ca Mg(CO3)2) ‫ومصدر الماغنسيوم صخور الدولوميت‬
‫مياه األمطار تعمل على إذابتها إلحتوائها على غاز ثاني أكسيد الكربون الحمضي(يكون حمض الكربونيك) الذي‬
.‫يتفاعل مع الكربونات ويحولها الى بيكربونات قابلة للذوبان في الماء‬
Types of hard water
A distinction is made between 'temporary' and 'permanent' hard water.
1. Temporary hardness is caused by a combination of
calcium ions and bicarbonate ions in the water. It can
be removed by boiling the water. Boiling promotes the
formation of carbonate from the bicarbonate and precipitates
calcium carbonate out of solution, leaving water that is softer
upon cooling.
‫ ويمكن إزالة‬،‫ ويعود لوجود أمالح بيكربونات الكالسيوم وسمي بالعسر المؤقت لسهولة التخلص منه‬:‫العسر المؤقت‬
‫ بغلي الماء ينطلق غاز ثاني أكسيد الكربون وتترسب كربونات‬.‫عسر الماء في هذه الحالة وتحويله إلى ماء يسر‬
.‫الكالسيوم كونة طبيقة بيضاء على سطح غالية الماء‬
2. Permanent hardness is hardness (mineral content) that cannot be removed
by boiling. It is usually caused by the presence of calcium and magnesium
sulfates and/or chlorides which become more soluble in water as the
temperature rises. Despite the name, permanent hardness can be removed
using a water softener or ion exchange column, where the calcium and
magnesium ions are exchanged with the sodium ions in the column.
‫ وسمي عسراً دائما ً ألن‬،‫ ويعود لوجود أمالح كبريتات وكلوريدات المغنيسوم والكالسيوم ذائبة في الماء‬:‫العسر الدائم‬
‫ وإنما تحتاج إلى معالجات كميائية مثل عمليات التبادل‬،‫أمالح هذه األيونات ال تترسب بعملية التسخين البسيطة‬
.‫األيوني‬
14
Unit3: Chemical industry
Activity : Enquiry skill 10A.4.2
Give students samples of hard and soft water and some soap and tell them to
try to produce a lather. Then ask them to classify the samples as ‘hard’ and ‘soft’
water. Ask them to analyse data on the cation composition in the waters and to
link the characteristics of hard water to the Ca2+ and Mg2+ ion content.
Exercises
1. Define hard water.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2. Limestone is insoluble, however water flowing through limestone
becomes hard.
a) Explain how calcium ions get into the water?
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
b) List the disadvantages of hard water.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------c) How can you distinguish between temporary and permanent hard
water?
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------15
Unit3: Chemical industry
Industrial electrolytic processes
18.5 Explain, including the electrode reactions, industrial electrolytic processes:
1- The electrolysis of brine using a diaphragm cell;
2- the extraction of aluminium from molten aluminium oxide in cryolite;
3- the electrolytic purification of copper.
:‫ مثل‬،‫ بما فيها التفاعالت التي تحدث عند اإللكترودات‬،‫إشرح العمليات الصناعية التي تستخدم التحليل اإللكتروليتي‬18.5
‫• التحليل الكهربائي (اإللكتروليتي) لمحلول ملح في الماء بإستخدام خلية ذات غشاء؛‬1
‫• إستخراج األلومينيوم من أآسيد األلومينيوم المنصهر في الكريواليت(ألومينا ت الصوديوم الفلورية)؛‬2
.‫• تنقية النحاس بالتحليل الكهربائي‬3
Objectives
Key Vocabulary
Student will be able to:
1-Identify which solutions are electrolytes
2-explain the electrolysis of brine using a
diaphragm cell .
3- Explain the reactions at the cathode and at
the anode during the electrolysis of brine
electrolysis,
electrolytes,
anode,
cathode ,
brine
Electrolysis : is the break – down of a substance by electricity using
electrolytic cells.
‫ هو تفكك المادة بواسطة الطاقة الكهربية باستخدام الخاليا اإللكتروليتية‬:‫التحليل الكهربائي‬
Electrolytes: are liquids (molten compounds or solutions) that conduct
electricity- they contain ions that are free to move like salts ,acids, alkali (NaCl
, CuSO4 , HCl, NaOH)
‫ هي سوائل ( محاليل أو مصاهير ) لها القدرة على توصيل التيار الكهربي الحتوائها على‬: ‫اإللكتروليتاات‬
‫ مثل اآلمالح واألحماض والقلويات‬،‫أيونات حرة الحركة‬
Brine is sodium chloride (salt) solution. It is brought to the chemical plant
and electrolyzed . Three important chemicals, NaOH, Cl2, H2, can be obtained
by electrolyzing an aqueous NaCl solution (brine). In industry there are several
types of cell used ,some of the cells contain a plastic membrane others with
diaphragm. The cell is attached to a supply of DC current connected to two
electrodes , anode and cathode.
‫(براين) هو محلول ملح الطعام – يؤتى به الى الحقول الكيميائية لتحليله كهربيا حيث يتم الحصول على ثالث‬
‫هنالك عدة أنواع‬.‫مركبات مهمة وهي الصودا الكاوية (هيدروكسيد الصوديوم ) وغاز الكلور وغاز الهيدروجين‬
‫ بعضها يحتوي على غشاء بالستيكي وأخري تحتوي علي غشاء من‬.‫من الخاليا المستخدمة في عملية التحليل‬
.‫ قطبين – وهما األنود والكاثود‬-‫توصل الخلية بمصدر تيار مباشر من خالل الكترودين‬. )‫األسبستس (الحجاب‬
16
Unit3: Chemical industry
Diaphragm cell
In the diaphragm cell process, there are two compartments
separated by a permeable diaphragm, often made of
asbestos fibers. Brine is introduced into the anode
compartment and flows into the cathode compartment.. The
diaphragm prevents the reaction of the caustic soda
(NaOH) with the chlorine.
‫التحليل الكهربائي الحجابي‬
‫ يتم استخدام حجاب من‬، ‫في خلية التحليل الكهربي الحجابي توجد غرفتين‬
‫األسبستس( الحرير الصخري) كحاجز بين الغرفتين ليمنع الكلور المتكون على األنود‬
.‫وهيدروكسيد الصوديوم المتكون على الكاثود من االتحاد مرة أخرى‬
- The reactions inside the cell:
1- NaCl
HO
Na + + Cl2
- At the anode (+ve electrode ): The chloride ions are oxidized to chlorine:
‫تأكسد أيونات الكلوريد الى كلور‬: )‫عند األنود(موجب‬
–
–
2Cl → Cl2 + 2e
- At the cathode(-ve electrode):
hydrogen in the water is reduced to hydrogen gas, releasing hydroxide
ions into the solution:
‫ يختزل هيدروجين الماء الى غاز الهيدروجين مما ينتج عنه أيونات الهيدروكسيد في‬: )‫عند الكاثود(سالب‬
.‫المحلول‬
2H2O + 2e– → H2 + 2OH–
- The sodium ions (Na+) pass to the second chamber where they react
with the hydroxide ions to produce caustic soda (NaOH). The overall
reaction for the electrolysis of brine is thus:
2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH
‫تمر أيونات الصوديوم الى الغرفة الثانية لتتفاعل مع أيونات الهيدروكسيد لتنتج هيدروكسيد الصوديوم‬
Although Na+ ions are present at the cathode ,they are more stable than H+ .when
you electrolyze a solution of a highly reactive metal, hydrogen – not the metal – is
given off at the cathode.
. ‫لذا توجد أيونات الصوديوم الموجبة عند الكاثود مع أيونات الهيدروجين الموجبة لكنها أكثر ثباتا‬
17
Unit3: Chemical industry
Activities :
1- Ask students to carry out a small-scale electrolysis of brine. Tell
them to collect the gases produced at the anode and cathode and to test for the presence
of hydrogen and chlorine. If a few drops of universal indicator solution are added to the
brine before starting, it can be seen to turn from green to purple, indicating the presence of
an alkali (NaOH).
2- Ask students to research the uses of hydrogen, chlorine and sodium hydroxide and
present them using ppt.
Exercises
َQ1) during electrolysis of a concentrated aqueous
solution of sodium chloride:
1-which ion will be attracted to the anode?
____________________________________
2-does oxidation or reduction occur at the anode?
________________________________________________________________
3-write a balanced equation for the reaction at the anode?
_______________________________________________
4-which ion will be attracted to the cathode?
____________________________________________________
5- write a balanced equation for the reaction at the cathode?
_________________________________________________
6-what would the aqueous solution eventually change into?
___________________________________________________
New chemistry for you
Page 82 : electrolysis of sodium chloride – page 104: electrolysis of brine
18
Unit3: Chemical industry
Industrial electrolytic processes
The extraction of aluminium from molten aluminium oxide in cryolite
Objectives
Key Vocabulary
Student will be able to:
1-state properties and some uses of Al.
2- describes the industrial extraction of Al from
molten aluminium oxide in cryolite;
3-explain the reaction at each electrode.
electrolysis,
electrolytes,
anode,
cathode ,
brine
Uses of aluminium:
Aluminium has many useful properties .It conducts electricity and heat well. It
has low density,it also resists corrosion, that is because of the tough layer of
aluminium oxide on its surface which protects it.
• Transportation (automobiles, aircraft, as alloy
• Packaging (cans, foil, etc.)
• Construction (windows, doors, siding, building wire, etc.)
• A wide range of household items, from cooking utensils to baseball bats,
• Outer shells of consumer electronics, also cases for equipment
e.g.photographic equipment.
• Electrical transmission lines for power distribution.
‫ منخفض الكثافة‬, ‫ جيد التوصيل للكهرباء والحرارة‬.‫ لأللومنيوم العديد من الخصائص المفيدة‬:‫استخدامات األلومنيوم‬
‫ بعض من استخدامات‬.‫و مقاوم للتآكل وهذا بسبب طبقة صلبة من أكسيد األلومنيوم على سطحه تحميه من التآكل‬
:‫معدن األلومنيوم العديده في‬
‫• النقل )العربات والطائرات (كسبائك‬
‫ وما إلى‬،‫ وأسالك البناء‬،‫ والتحويالت‬،‫ األبواب‬،‫ وما إلى ذلك )البناء (النوافذ‬،‫ ورق فويل‬،‫• التعبئة والتغليف )علب‬
(‫ذلك‬
‫• خطوط بث الكهرباء لتوزيع الطاقة‬
،‫ من أواني الطهي إلى مضرب البيسبول‬،‫• مجموعة كبيرة من األدوات المنزلية‬
‫وتستخدم في‬. ‫وفى حاالت المعدات أيضا مثل معدات التصوير‬, ‫• المستويات الخارجية من اإللكترونيات المستهلكة‬
‫مجال اإللكترونيات واألقراص المدمجة‬
19
Unit3: Chemical industry
Extraction of Aluminium
Aluminium ore is called bauxite. Bauxite contains aluminium oxide, water,
iron oxide and other impurities. The purified dry ore, called alumina, is
aluminium oxide - Al2O3.H2O
The alumina must be molten for electrolysis to work,since the ions are not
free to move in the solid state. Unfortunately, alumina has a high melting
point (2040 °C)
and it is not practical to do electrolysis at such a high temperature. In the
middle of the nineteenth century it was found that alumina dissolved in
cryolite( sodium aluminium fluoride ) Na3AlF6.A solution of alumina in cryolite
melts at about 900 °C and electrolysis is done at about 950 °C.
‫و أكسيد الحديد‬.)Al2O3.H2O ‫البوكسيت هو خام األلومنيوم الذى يحتوي على أكسيد األلومنيوم المائي‬
‫ من التحليل الكهربائي‬Al ‫ يتم الحصول على األلومنيوم‬. ‫ والخام النقي يسمى األلومنيا‬.‫وشوائب أخرى‬
(2040 °C) ‫درجة انصهار األلومنيا عالية جدا‬. Al2O3‫لمصهور األلومنيا‬
‫يصهر الخليط‬.900 °C ‫ الى‬Na3AlF6 .‫ولتخفيض درجة انصهار أكسيد األلومنيوم يخلط بمادة الكريواليت‬
.‫لجعل األيونات حرة الحركة‬
‫ أما المصعد فيتكون‬، ‫تتكون خلية التحليل من وعاء من الحديد مبطن من الداخل بطبقة من الجرافيت كمهبط‬
.‫من عدة قضبان من الجرافيت متصلة مع بعضها ومغمورة في المصهور‬
‫ ويسحب مصهور األلومنيوم الناتج‬، Al+3 ‫يتكون األلومنيوم في هذه الخلية عند المهبط حيث تختزل أيونات‬
.‫من مخرج خاص في أسفل الخلية‬
20
Unit3: Chemical industry
At the anode: oxide ions are oxidized to oxygen gas.The oxygen gas reacts with
the hot carbon anode ,it makes CO2 .It burns away the anodes, which must be
replaced quite often
2O 2-
4e + O2
‫ يتفاعل غاز األكسجين مع أنود الكربون الساخن ويتكون‬.‫ تتأكسد أيونات اآلكسيد الى غاز األكسجين‬:‫عند األنود‬
.‫ثاني أكسيد الكربون مما يؤدي الى تآكل األنود ويستدعي استبداله‬
At the cathode: aluminium ions are reduced to aluminium atoms. Molten
aluminium is tapped off from the bottom of the cell
Al3+ + 3e
Al
.‫ ويسحب االلومينيوم المنصهر من قاع الخلية‬.‫ تختزل أيونات االلومينيوم الموجبة الى ذرات الومينيوم‬: ‫عند الكاثود‬
Exercises
Q1) Describe the extraction of aluminium from purified bauxite
including simple cell diagram,
.‫اشرح طريقة استخراج االلومينيوم من البوكسيت النقي مع لرسم الخلية‬
Q2) Write the reactions at each electrode.
.‫اكتب التفاعالت التي تحدث عند كل الكترود‬
New chemistry for you Page 89: extraction of aluminium
http://home.clara.net/rod.beavon/extraction_of_metals.htm
21
Unit3: Chemical industry
Industrial electrolytic processes
The electrolytic purification of copper.
Objectives
Key Vocabulary
Student will be able to:
1-state some uses of copper.
2- describe the electrolytic purification of copper
3-write the reactions at the electrodes during
electrolysis.
electrolysis,
electrolytes,
anode,
cathode ,
brine
Copper plays a vital role in shaping our lives. People have been using
copper since 9000 BC. One of the reasons copper is so important is that it
can be made into alloys. You can find copper all over the place. In your
home it is hidden away in everyday objects, including phones, water pipes,
locks and electrical wiring. It is an excellent conductor of electricity and heat.
‫ وتصنع منه العمالت‬. ‫ قبل الميالد‬9000 ‫استخدم االنسان النحاس منذ‬. ‫يلعب النحاس أهمية حيوية في حياتنا‬
،‫ ويوجد في معظم األدوات التي تحيط بنا مثل اسالك الكهرباء‬.‫المعدنية كعملة نحاسية و يدخل ضمن السبائك‬
‫ وهو موصل جيد للحرارة والكهرباء‬-‫ أنابيب المياه‬،‫التليفونات‬
Copper wire
Copper Purification
‫مخطط خلية التحليل الكهربي لتنقية فلز النحاس‬
The cathode is a thin piece of pure copper
The anode is a block of impure copper.
22
Unit3: Chemical industry
At the anode :When electricity is passed through the cell copper is dissolved
by oxidation, Cu2+ ions go into solution.
Cu(s) - 2e-
Cu2+(aq)
.‫الى المحلول‬Cu2+ ‫عند امرار التيار الكهربي في الخلية يتأكسد النحاس لدى االنود وتنتقل ايونات النحاس‬
The impurities from the anode drop to the bottom of the cell .This sludge
contains valuable metals, like gold and silver
.‫وتترسب الشوائب في قاع الخلية وهي تتكون من معادن قيمة مثل الذهب والفضة‬
At the cathode: copper is deposited by reduction
Cu2+(aq) + 2e-
Cu(s)
As copper ions move from the anode to the cathode the anode gets smaller
as the cathode gets bigger.
‫من األنود يقل وزنه ويزداد وزن الكاثود الذي يترسب عليه‬Cu2 + ‫عندما تنتقل ايونات النحاس‬
.‫ويبقى تركيز محلول كبريتات النحاس ثابتا‬.‫النحاس‬
The rate at which the copper ions enter the electrolyte from the anode is the
same as the rate at which the copper ions leave the electrolyte at the
cathode. The concentration of the copper(II) sulfate solution therefore
remains unchanged.
‫ ويبقى تركيز‬-‫ان معدل دخول ايونات النحاس في االلكتروليت من االنود يساوي معدل خروجها عند الكاثود‬
.‫محلول كبريتات النحاس ثابتا‬
Activity :Enquiry skill 10A.2.3
Show a video of the extraction of aluminium and the purification of copper
by electrolysis. Tell students to work in small groups to produce annotated
flow charts of one of the processes.
‫ اطلب من التالميذ في‬.‫أعرض فديو الستخراج االلومينيوم وآخر لتنقية النحاس بالتحليل الكهربي‬
.‫مجموعات صغيرة عمل بوستر الحدى الطرق‬
New chemistry for you
Page 95: getting pure copper
http://scienceaid.co.uk/chemistry/applied/copper.html
23
Unit3: Chemical industry
Exercises
Q1) Is the Anode made from Pure or Impure Copper?
‫هل يصنع االنود من نحاس نقي ام نحاس غير نقي؟‬
Q2) Which Compound is used as the Electrolyte during Purification?
‫ما هو المركب الذي يستخدم كاليكتروليت في عملية تنقية النحاس؟‬
Q3) Write the equation for the Reduction of Copper at the Cathode.
.‫اكتب معادلة اختزال النحاس عند الكاثود‬
Q4) Give two Uses of Copper
‫اذكر استخدامين للنحاس‬
24
Unit3: Chemical industry
Industrial importance of the halogens
18.6 Know the industrial importance of the halogens and their compounds as in,for example, the manufacture of
bleaches, PVC, halogenated hydrocarbons as solvents and refrigerants, and insecticides, and be aware of the
main environmental hazards associated with these uses.
‫ مثل إستعمالها في صناعة منتجات التبييض والبي في سي والهيدروكربونات الهالوجينية وكمذيبات ومواد‬،‫يعرف األهمية الصناعية للهالوجينات ومركباتها‬
.‫ ويعي األخطار البيئية الرئيسية المتعلقة بإستعماالتها‬،‫تبريد ومبيدات حشرية‬
Objectives
Key Vocabulary
Student will be able to:
1-Name the halogens and some of their compounds.
2-Know the importance of halogens in the manufacture of
bleaches,PVC, halogenated hydrocarbons.
3-Describe the main environmental hazards associated with
these uses.
• halogens,
• bleaches,
• hazards,
• insecticides
Halogens:
Are non-metal elements in group 7in the periodic table, Fluorine F2 ,chlorine
Cl2 ,bromine Br2 ,Iodine I2 .
All halogens form diatomic molecules. They are reactive elements and their
reactivity decrease from fluorine to iodine.They form great number of useful
compounds like NaCl,NaOCl,KI ,PVC,CCl4 ,CFCs,DDT
،‫الكلور‬، ‫ هي عناصر الفلزية تقع في المجموعة السابعة في الجدول الدوري وتتكون من الفلور‬: ‫الهالوجينات‬
. ‫تدخل في تركيب كثير من المركبات المفيدة‬.‫توجد فب صورة جزيئات ثنائية الذرة‬.‫البروم و اليود‬
* Uses of halogens and their compounds:
As bleach: The first large-scale use of chlorine was in the manufacture of
bleaching powder for use in bleaching paper and cotton .
Chlorine is used as a bleach ,it reacts with water:
Chlorine + water
Cl2 + H2 O
hydrochloric acid + chloric (1) acid (bleach)
HCl
+ HOCl
Bromine is a weaker bleach ,iodine is even weaker.
‫أما البروم مبيض ضعيف الفعالية‬.‫يستخدم الكلور بكميات كبيرة في عمليات تبيض األقمشة القطنية والورق‬
.‫وكذلك اليود‬
25
Unit3: Chemical industry
2- PVC and halogenated hydrocarbons:
Halogens can react easily with hydrocarbons(organic compounds) to
give halogenated hydrocarbon like C2H3Cl , this compound is used as
monomer to obtain polymer PVC –polymer vinyl chloride.PVC is used in
manufacture of raincoats ,handbags ,pipes, rigid botteles and more
other materials.
‫تتفاعل الهالوجينات مع مركبات الهيدروكربون لتنتج عدد كبير من المركبات العضوية مثل‬
‫ الذي يستخدم في صناعة معاطف‬PVC ‫وهذا المركب يستخدم كمونمر لصناعة بوليمر‬C2H3Cl
‫المطروالشنط وصنع األنابيب البالستيكية التي تتصف بالمتانة وتغليف األسالك البالستيكية وغيرها من‬
.‫اإلستخدامات‬
3-Ferions:group of compounds known as Chloro Fluro Carbon (CFCs)
.example CCl2 CF2 it is unreactive colorless odorless gas because of
that those compounds are used as solvents, as aerosol propellants.
refrigerants and air conditioners-fire extinguisher.
‫ عديمة اللون و‬، ‫–غير نشطة كيميائيا‬CCl2 CF2 ‫الفريونات هي مركبات كلورو فلورو كربون مثل‬
.‫الرائحة لذا تستخدم كمذيبات وبخاخات وفي المبردات و طفايات الحريق‬
4-insectcides: chlorine is used in the preparation of insecticide like
DDT which used to kill insects that cause malaria and typhoid as well as
against agricultural pests.
Halogens are used to kill bacteria therefore sterilizing water for
domestic supply or in swimming pools. Chlorine compounds are used
in disinfectants like 'dettol' or 'TCP'. Iodine water is also used as a
disinfectant prior to surgery .
‫ت الذي يقتل الحشرات التي تنقل المالريا‬.‫د‬.‫يستخدم الكلور في تحضير المبيدات الحشرية مثل د‬
.‫والتيفويد والفطريات الزراعية‬
‫كما يستخدم‬.‫كما تستخدم الهالوجينات في تعقيم مياه الشرب و برك السباحة والمطهرات مثل الديتول‬
‫محلول اليود في التعقيم أثناء العمليات الجراحية‬
26
Unit3: Chemical industry
The environmental hazards associated with the uses of halogens:
‫المخاطر البيئية الناتجة من استخدام الهالوجينات‬
The halogens are potentially harmful substances. Fluorine and chlorine in
particular are highly toxic. It is highly dangerous to ingest or breathe
halogen vapour or their solutions.
‫ تمثل خطورة عالية عند بلعها أو استنشاق‬.‫ الفلور والكلور مواد عالية السمية‬.‫الهالوجينات مواد ضارة‬
‫ابخرتها‬
Ferions :because of their low densities they reach the upper atmosphere
without decomposing.They reacts with ozone layer in presence of ultra
violet rays leading to depletion of the ozone layer.
‫إنها تتفاعل مع طبقة‬.‫ بسبب كثافتها المنخفضة ترتفع الى طبقات الجو العليا دون أن تتحلل‬:‫الفريونات‬
.‫اآلوزون في وجود األشعة فوق البنفسجية مما يؤدي الى تآكل طبقة األوزون‬
Use of insecticides : DDT posed unacceptable risks to the environment
and potential harm to human health.DDT is toxic to a wide range of animals
in addition to insects, including marine animals such as crayfish, fish
certain birds species.
‫ مادة سامة‬DDT . ‫ البيئة لمخاطر كبيرة كما أنه ضار بصحة االنسان‬DDT ‫ يعرض ال‬:‫الميدات الحشرية‬
. ‫لكثير من الحيوانات والحشرات وكذلك الطيور والحيوانات البحرية مثل االسماك‬
Activity : Ask students to find out about the uses of other halogens and
to add this information to their findings about chlorine.
.‫ اطلب من الطلبة أن يبحثوا عن فوائد الهالوجينات الخري إضافة الى فوائد الكلور‬:‫نشاط‬
http://www.pan-uk.org/pestnews/Actives/ddt.htm
27
Unit3: Chemical industry
Iron & steel
18.8 Describe, with essential chemical reactions, the extraction of pig iron from iron ore in the blast furnace and
its subsequent conversion into steel in the basic oxygen furnace.
‫ إستخراج حديد الزهر من خام الحديد في فرن الصهر وتحويله الالحق الى فوالذ في الفرن األكسيجيني القاعدي‬،‫يصف مع ذكر التفاعالت الكيميائية الرئيسية‬
18.7 Describe, with essential chemical reactions, the extraction of steel from iron ore and recycled scrap iron in
the electric arc furnace.
.‫ في فرن القوس الكهربائي مع ذكر التفاعالت الكيميائية األساسية في هذه العملية‬،‫يصف إستخراج الفوالذ من الحديد الخام ومن حديد الخردة المعاد تدويره‬
Objectives
Key Vocabulary
Student will be able to:
1-state the main sources of iron.
2- explain the reaction that occurs in the plast furnace
3-explain the conversion of iron into steel using the basic
oxygen converter..
4- Describe the extraction of steel from iron ore in the
electric arc furnace
.
• plast furnace,
• steel,
• recycled scrap,
• basic oxygen furnace,
• pig iron
Extraction of iron using blast furnace
Iron Perhaps the most important element ever known to mankind and
one of earth's most abundant element. Iron (Fe) is extracted from Iron ore.
The process of extracting iron - done either through ‘blast furnace’ route or
by ‘direct reduction’ route - involves a number of steps
Common iron ores are hematite (Fe2O3) and magnetite (Fe3O4). Iron in the
ore is reduced to iron metal by heating with carbon (coke).
Reactions in the blast furnace: ‫التفاعالت داخل الفرن الالفح‬
1. The coke (produced by heating coal in the
absence of air) burns in the blast of hot
air to form carbon dioxide; exothermic
reaction releases heat. This reaction is
the main source of heat in the furnace.
C + O2
CO2
‫يستخدم فحم الكوك الذي ينتج من تسخين الفحم الحجري حيث يحترق داخل الفرن بامرار تيار من الهواء‬
.‫الساخن ليكون ثاني أكسيد الكربون في تفاعل طارد للحرارة‬
28
Unit3: Chemical industry
2- At the high temperature at the bottom of the furnace, carbon dioxide reacts
with carbon to produce carbon monoxide.
C + CO2
2CO
‫وفي درجة الحرارة العالية داخل الفرن يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع مزيد من فحم الكوك ليكون أول‬
‫أكسيد الكربون‬
3-It is this carbon monoxide which reduces the iron oxide to iron
Fe2O3 + 3CO
2Fe + 3CO2
‫ثم يختزل أول أكسيد الكربون أكسيد الحديد الى حديد‬
The temperature of the furnace is hot enough to melt the iron which trickles
down to the bottom as ‘pig iron’, where it can be tapped off.
‫نتيجة للحرارة العالية يتكون الحديد منصهر(الحديد الزهر) حيث يتحرك لألسفل ويسحب‬
4-The limestone is added to convert impurities into ‘slag’ ) as calcium silicate,
CaSiO3), which melts and runs down through the furnace to form a layer on
top of the molten iron.
CaCO3
CaO + SiO2
CaO + CO2.
CaSiO3
‫يضاف الحجر الجيري ليحول الشوائب الى "خبث" مصهور مثل سليكات الكالسيوم التى تتحرك الى أسفل‬
.‫مكونة طبقة فوق الحديد المنصهر‬
29
Unit3: Chemical industry
Iron into Steel:
Most of the molten iron from a Blast Furnace is used to make one of a number
of types of steel. There isn't just one substance called steel - they are a family
of alloys of iron with carbon or various metals like chromium and nickel.
‫معظم الحديد المستخرج من الفرن الالفح يحول الى أنواع من الحديد الصلب بخلطه مع الكربون أو فلزات أخرى‬
.‫متنوعة مثل الكروم و النيكل‬
* Steel-making: the basic oxygen process (BOP)
Oxygen Converter is a furnace used to convert pig iron into steel.It consists of
a rotating vessel coated with
dolomite( calcium and magnesium carbonate)
Impurities with the iron from the Blast Furnace include carbon, sulphur,
phosphorus and silicon. These have to be removed .The still impure molten
iron is mixed with scrap iron (from recycling) and oxygen is blown on to the
mixture. The oxygen reacts with the remaining impurities to form various
oxides. Elements like phosphorus and silicon react with the oxygen to form
acidic oxides. These are removed using (basic oxides - quicklime - calcium
oxide and magnesium oxide) which is added to the furnace during the
oxygen blow. They react to form compounds such as calcium silicate or
calcium phosphate which form a slag on top of the iron.
C + O2
Si + O2
P4 + 5 O2
CO2
SiO2
P4O10
‫ هو فرن يستخدم لتحويل الحديد الزهر إلى صلب‬،Oxygen Converter ‫المحول األكسجينى‬
‫ (كربونات كالسيوم‬- ‫عبارة عن بوتقة كبيرة تتحرك حول محور ومبطنه من الداخل بخام الدولوميت‬: ‫تركيبه‬
‫وماغنسيوم) ينفذ من فوهته انبوب خاص لدخول االكسجين‬
: ‫طريقة عمل المحول االكسجين‬
.‫ يشحن المحول بمصهور الحديد الغفل أو الزهر‬.1
. ‫ يدفع األكسجين النقي بسرعة كبيرة وتحت ضغط عال خالل فوهة المحول‬.2
FeO. MnO . P2O5 . SiO2 ‫ فتتأكسد الشوائب وجزءا من الحديد وتتكون االكاسيد التالية‬.3
.‫ تتحد االكاسيد مع بعضها البعض مكونة خبثا ً ويزال بامالة المحول حول محوره‬.4
30
Unit3: Chemical industry
An electric arc furnace
:
An electric arc furnace (EAF) is a furnace that heats charged material by
means of an electric arc .An electric arc furnace consists of a refractory-lined
vessel, one or more graphite electrodes enter the furnace. Solid substances
used in the electric arc furnace are
melted predominantly by electrical energy which is inputted via the
electrodes, as well as energies in the presence of oxygen.The electrodes are
automatically raised and lowered by a positioning system. Oxygen is injected
via pipe lance to "cut" the scrap. This oxygen will react with several
components in the bath including silicon, manganese, phosphorus, carbon
and iron. All of these reactions are exothermic (i.e. they generate heat) and
supply additional energy to aid in the melting of the scrap. The metallic
oxides that are formed will end up in the slag. The same reactions as in the
oxygen converter.
: ‫يتكون فرن القوس الكهربائي من‬
‫وتوجد في سقف الفرن ثالث فتحات يمرر فيها ثالثة قضبان‬. ‫أسطوانة فوالذية ضحلة مبطنة بالطوب الحراري‬
. ‫من الكربون يطلق عليها األقطاب‬
‫وينتج عن هذه األقواس‬. ‫)يقفز(تيار كهربائي قوي من كل قطب إلى مادة الشحنة ومنها إلى القطب اآلخر‬
‫ كما تساعد الحرارة العالية في حدوث‬،‫الكهربائية كميات ضخمة من الحرارة التي يمكنها صهر الشحنة بسرعة‬
‫وتحدث نفس التفاعالت كما فى المحول‬.‫ لتنتج في النهاية كميات كبيرة من الفوالذ‬،‫التفاعالت الكيميائية‬
.‫األكسجينى‬
http://www.youtube.com/watch?v=9KV6nlqGXoM&NR=1
http://science.creaforum.net/montada-f4/topic-t328.htm
New chemistry for you Page 75- 76 : extraction of iron
31
Unit3: Chemical industry
Exercises
Q1) which substance is the main reducing agent in a blast furnace?
?‫ما هي المادة التي تستخدم كعامل مختزل رئيسى داخل الفرن االفح‬
_______________________________________________________________
Q2) iron(III) oxide is reduced by carbon in the furnace:i) write a word equation
for this reaction.
.‫يختزل اكسيد الحديد بواسطة الكربون داخل الفرن – اكتب معادلة لفظية لهذا التفاعل‬
_______________________________________________________________
a)write a symbol equation for this reaction. ‫اكنب المعادلة الرمزية له‬
_______________________________________________________________
Q3) What is the main impurity in the iron from a blast furnace?
‫ما هي الشوائب الرئيسية التي توجد مع الحديد المستخرج من الفرن الالفح؟‬
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
Q4) Describe the conversion of iron into steel using the basic oxygen converter
‫اشرح عملية تحويل الحديد الى صلب باستخدام المحول االكسجيني القاعدي؟‬
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
32
Unit3: Chemical industry
Copper
18.9 Describe the production of copper matte from its ores
.‫يصف إنتاج النحاس مطفأ اللمعان من خاماته‬
Objectives:
Explain the main stage to production copper
matte from its ores
Key Vocabulary
.
Electrorefining, efined , extraction
Ores, Concentration, Roasting, Smelting
Copper extraction from its ores involves a series of processes. First the
ore must usually be concentrated. Then it must be roasted to convert
sulfides to oxides, which are smelted to produce matte. Finally, it undergoes
various refining processes, the final one being electrolytic. The main ore in
use today is chalcopyrite (CuFeS2), which accounts for about 50% of copper
production.
‫ ثم يجب أن‬.‫ أوال يجب أن تتركز الماده الخام‬.‫استخراج النحاس من الخامات يمر بسلسلة من العمليات‬
‫ فإنه يخضع لعمليات التكرير‬، ‫ وأخيرا‬.‫ والتي تصهر إلنتاج المصهور‬، ‫يحمص لتحويل كبريتيد إلى أكاسيد‬
‫ والذي‬،‫ الماده الخام الرئيسيه للنحاس اليوم هو كالكوبايرايت‬.ً ‫ والناتج النهائي يتكرر كهربائيا‬، ‫المختلفة‬
.‫ من إنتاج النحاس‬٪ 50 ‫يشكل حوالي‬CuFeS2
1. Concentration
Most copper ores contain only a small percentage of copper metal bound up
within valuable ore minerals. The first stage of any process within a
metallurgical treatment circuit is comminution, where the rock particles are
reduced in size ‫و‬thereafter followed by a process of physical liberation of the
ore minerals from the rock. The process of liberation of copper ores
depends upon whether they are oxide or sulfide ores.
‫التركيز‬
.‫معظم خامات النحاس تحتوي على نسبة صغيرة من معدن النحاس مرتبطة بمعادن خام ثمينة‬
‫حيث يتم تقليل حجم الجسيمات‬، ‫المرحلة األولى من أي عملية داخل دائرة العالج المعدنية هوالسحق‬
‫ ثم بعد ذلك من خالل عملية التفكك الفيزيائية يتم الحصول على‬،,‫الصخرية التي تحتوي على المادة الخام‬
‫ عملية تفكك خامات النحاس يتوقف بناء على ما إذا كانت كبريتيد أو خامات‬.‫الصخر‬. ‫المعادن الخام من‬
.‫أكسيد‬
33
Unit3: Chemical industry
2. Roasting:
In the roaster, the copper concentrated is partially oxidised to produce calcine
and sulfur dioxide gas. the reaction which takes place is:
2CuFeS2(s) + 3O2(g) → 2FeO(s) + 2CuS(s) + 2SO2(g)
‫المحمصة‬
‫ ويحدث التفاعل‬.‫في المحمصة تتأكسد جزيئات النحاس المركزة إلنتاج الكلس و غاز ثاني أكسيد الكبريت‬
:‫كالتالي‬
2CuFeS2(s) + 3O2(g) → 2FeO(s) + 2CuS(s) + 2SO2(g)
3. Smelting
The calcine is then mixed with silica and limestone and smelted at 1200 °C
(in an exothermic reaction) to form a liquid called copper matte. This
temperature allows reactions to proceed rapidly, and allow the matte and slag
to melt, so they can be tapped out of the furnace. In copper recycling, this is
Several reactions occur. For example iron oxides and sulfides are converted to
slag which is floated off the matte. The reactions for this are:
FeO(s) + SiO2 (s) → FeO.SiO2 (l)
reaction the iron sulfide is converted to slag:
2FeS(l) + 3O2 + 2SiO2 (l) → 2FeO.SiO2(l) + 2SO2(g)
‫الصهر‬
‫ألنتاج سائل النحاس ( في التفاعالت الطاردة للحرارة ) يتم خلط الكلس مع السليكا والحجر الجيري وتصهر‬
.1200 ‫عند درجة حرارة‬
‫درجة الحرارة هذه تسمح للتفاعل بالحدوث بشكل سريع وتسمح للمعادن باالنصهار واالستفاده من المصهور‬
.‫خارج الفرن‬
‫ أكسد الحديد والكبريت يتحوالن الى مادة‬:‫تحدث تفاعاالت مختلفه في عملية اعادة التدوير للنحاس مثال‬
FeO(s) + SiO2 (s) → FeO.SiO2 (l) : ‫خام كما في التفاعل التالي‬
:‫ويتحول كبريتيتد الحديد الى مادة خام منصهره كما في التفاعل التالي‬
2FeS(l) + 3O2 + 2SiO2 (l) → 2FeO.SiO2(l) + 2SO2(g)
34
Unit3: Chemical industry
4. Electrorefining
The copper is refined by electrolysis. At the cathode, copper metal plates out but less
noble remain in solution. The reactions are:
At the anode: Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e–
At the cathode: Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s
‫ عند المهبط ينفصل النحاس عن اللوح ولكن المتبقي في المحلول ال يكون‬، ‫يتم تنقيه النحاس عن طريق التحليل الكهربائي‬
.‫نقيا بشكل تام‬
2+
–
Cu(s) → Cu (aq) + 2e : ‫عند المصعد‬
Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s : ‫عند المهبط‬
Exercises
Q1) Summarized the basic steps for the extraction of copper from its ores:
‫لخص الخطوات األساية إلستخراج النحاس من مواده الخام‬
35
Unit3: Chemical industry
Recycling ‫إعادة التدوير‬
18.10 Be aware that large-scale extraction and refining processes are often damaging to the
environment and that this has to be balanced against the benefits of the processes; list some of the
steps taken to minimise environmental degradation in the processes studied.
‫ وأنه ينبغي موزانة هذا الضرر‬،‫يعي أن عمليات إستخراج وتنقية المعادن من خاماتها على نطاق واسع تسبب في معظم األحيان ضرراً للبيئة‬
.‫مقابل الفوائد الناتجة عن هذا العلميات؛ يسرد بعض الخطوات المعتمدة للتقليل من التلف البيئي الناتج عن هذه العمليات‬
18.11 Understand the importance of recycling products such as metals and plastics and of
designing products to make recycling easier.
.‫ مثل المعادن ومنتجات البالستيك وأهمية تصميم المنتجات بطريقة تسهّل إعادة تدويرها‬،‫يدرك أهمية إعادة تدوير (إعادة تصنيع) المنتجات‬
Objectives:
1.Explain Environmental impact of metal
extraction.
2.List the Steps used to reduce the
environmental damages.
Key Vocabulary:
Environmental, damages, industry,
recycling
.
Bringing
essential minerals has long been associated with environmental
degradation and harmful social impacts. Consequently, this sector’s primary
sustainability challenge is to minimize its direct impacts and to contribute to
improved re-use and recycling of the finite resources it has mobilised.
‫ كان‬، ‫ وبالتالي‬.‫الحصول على المعادن األساسية مرتبط و منذ فترة طويلة بتدهور البيئة واآلثار االجتماعية الضارة‬
.‫البد من تقليل األثار المباشرة والمساهمة في تحسين وإعادة استخدام و تدوير الموارد المحدودة‬
Environmental impact of metal extraction
Before metals can be extracted from their ores, the land is mined for ores. Mined
land is usually and it cannot support plant and animal life.
An enormous amount of waste material is also generated from the extraction
process.
‫األثر البيئي الستخراج المعادن‬
‫ الملغومة األرض هي عادة وانها‬.‫ ويتم استخراج األرض للخامات‬، ‫قبل أن تتمكن من استخراج المعادن من خاماتها‬
.‫هي ولدت أيضا وجود كمية هائلة من النفايات من عملية االستخراج‬.‫ال تستطيع دعم الحياة النباتية والحيوانية‬
36
Unit3: Chemical industry
About 90% of the metal ore used for metal extraction turns out to be waste and
be needs to be disposed of after the metal is extracted. If not disposed of
carefully, the waste may leach into soil and nearby water bodies, polluting land
and water. To dispose of the waste, huge landfill sites need to be dug.
The smelting of ores also causes more air pollution compared to any other
industrial process. In addition, the extraction of metals is usually generated from
burning fossil Fuels.
‫ من خام المعادن المستخدمة في استخراج المعادن تتحول الى نفايات ويتم التخلص منها بعد استخراج‬٪ 90 ‫حوالي‬
.‫ وقد تنتشر النفايات في المسطحات المائية والتربة وتلوث األرض والمياه‬، ‫ إن لم يتم التخلص منها بعناية‬.‫المعادن‬
‫ فتصهر الخامات فيتسبب أيضا في مزيد من‬.‫ ومواقع دفن النفايات الضخمة تحتاج إلى حفر‬، ‫للتخلص من النفايات‬
‫ فإن المعادن تستخرج من حرق الوقود‬، ‫ وباإلضافة إلى ذلك‬.‫تلوث الهواء مقارنة مع أي دولة أخرىغير صناعيه‬
.‫األحفوري الوقود‬
Steps used to reduce the environmental damages:
1. Transformation of some released gases to other products used in industry
e.g use the SO2 (g) to produce H2SO4 (Sulphuric acid) that is widely used in
industry.
2. Reduction of metals extraction from their ores by encouraging the re-use
and the recycling methods.
3. Use the Bioleaching. This technique is a new technique used by the
mining industry to extract specific metals ( such us gold and copper) from
their ores through the use of bacteria.
: ‫*الخطوات المتبعة للتقليل من األضرار البيئية‬
‫ تحويل بعض الغازات المنبعثة إلى غيرها من المنتجات المستخدمة في صناعةعلى سبيل المثال استخدام‬.1
.‫الذي يستخدم على نطاق واسع في الصناعة‬H2SO4 ‫إلنتاج حامض الكبريتيك‬SO2 ‫غاز‬
.‫ تخفيض استخراج المعادن من خاماتها عن طريق تشجيع إعادة استخدام وإعادة تدوير األساليب‬.2
‫ هذه التقنية هي تقنية جديدة تستخدم من قبل التعدين صناعة استخراج المعادن محددة‬.‫ استخدام التصفية الحية‬.3
‫(مثل لنا الذهب والنحاس) من خاماتها من خالل استخدام البكتيريا‬
37
Unit3: Chemical industry
Advantages of recycling:
If metals are recycled and reused, there will be less need to dig for metal ores.
With a decrease in mining operations, land will be free for other uses such as
agriculture. Air and water pollution Will also be greatly reduced. Fewer landfills
will be required to Dispose of both used metal objects and waste material from
metal Extraction. This will help save on the cost of building landfill sites. By
recycling metals instead of extracting them from ores, we are also conserving
our limited fossil fuel reserves.
: ‫مزايا التدوير‬
‫ مع انخفاض‬.‫ ستكون هناك حاجة أقل للتنقيب عن خامات معدنية‬،‫إذا تم إعادة تدويرالمعادن وإعادة استخدامها‬
‫ كما أن تلوث الهواء والمياه سوف‬.‫ وسوف تكون حرة الستخدامات أخرى مثل الزراعة‬، ‫في عمليات التعدين‬
‫ و سوف تكون هناك حاجة أقل للتخلص من األجسام المعدنية المستعملة والنفايات من‬.‫ينخفض الى حد كبير‬
‫ عن طريق إعادة تدوير‬.‫ وسوف يساعد هذا على توفير في تكلفة بناء مواقع دفن النفايات‬.‫استخراج المعادن‬
.‫ ونحن أيضا لدينا محدودة حفظ احتياطي الوقود األحفوري‬، ‫المعادن بدال من استخراج لهم من الخامات‬
How are some metals commonly recycled?
Lead, iron and aluminium are mainly recovered by scrap metal recycling. Lead
is recovered from car batteries. When a car battery no longer works, the lead
inside it is reused. A large fraction of iron and steel produced today is also
recycled from scrap metal. Aluminium is recycled mainly from drink cans and
food containers.
‫كيف يعاد تدوير بعض المعادن؟‬
‫ الرصاص‬.‫يتم استرداد أساسا الرصاص والحديد واأللومنيوم عن طريق إعادة تدوير الخردة المعدنية‬
‫ مما يؤدي الى اعاده تدوير واستخدامها مرة‬,‫ عندما ال تعمل بطارية السيارة‬.‫يسترد من بطاريات السيارات‬
‫ يتم إعادة‬.‫يعتمد انتاج نسبة كبيرة من الحديد والصلب اليوم عن طريق إعادة تدويرها من الخردة المعدنية‬.‫اخرى‬
.‫تدوير األلومنيوم بشكل رئيسي من علب المشروبات والغذاء الحاويات‬
38
Unit3: Chemical industry
Exercises
Q1) Answer the following question:
a) Write some Advantages of metals recycling: ‫أكتب بعض من فوائد اعاده تدوير المعادن‬
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
b)What are the Environmental impact of metal extraction:
‫ما هي األثار البيئية إلستخراج المعادن‬
____________________________________________________________
_____________________________________________________________
______________________________________________________________
39