металлургия

Департамент образования города Москвы
Зеленоградское окружное Управление образования
ГБОУ Средняя общеобразовательная школа № 1150
Урок в 9 классе с использованием технологии
проектов
Тема: « Способы получения металлов.
Металлургия»
Учитель химии: Зубенко Ольга Викторовна
Технологическая карта урока
Этапы работы
Содержание
работы
Подготовительный Определение
темы и целей
проекта,
выделение
подтем,
выдвижение
гипотез,
формирование
творческих
групп,
установление
способа
предоставления
результатов.
Планирование
Разработка
проекта
Оформление
результатов
Презентация
Оценивание
Деятельность
учащихся
Обсуждают
тему, выбирают
подтемы,
объединяются в
микрогруппы,
распределяют
обязанности
между членами
команды
Деятельность
учителя
Предлагает тему,
принимает
участие
в
обсуждении
подтем, проводит
организационную
работу
по
объединению
школьников
в
группы,
разрабатывает
задания
для
поисковой
деятельности,
предлагает формы
отчета, критерии
оценки
Определение
Корректируют и Предлагает
источников
и дополняют
основную
способов сбора и предложения
литературу,
анализа
учителя
способы
сбора
информации
информации
Осуществление
Осуществляют
Консультирует ,
накопления
поисковую
координирует
информации
деятельность,
работу учащихся
Оформление
Оформляют
Консультирует,
результатов
результаты
координирует
согласно
работы
работу учащихся
выбранной
форме отчета
Представление
Докладывают о Обеспечивает
выполненной
результатах
условия
для
работы
одним своей работы
успешной
учащимся
презентации
Оценка
работ Участвуют
в Оценивает работы
согласно
оценке
путем учащихся,
разработанным
коллективного
отмечает
критериям
обсуждения
и неиспользованные
самооценок
возможности
Урок по химии в 9 классе
Тема урока. Способы получения металлов.
Цели урока.
Образовательные: ознакомить учащихся с природными
соединениями металлов и с самородными металлами. Дать понятие о рудах и
металлургии, рассмотреть такие её разновидности, как пиро-, гидро- и
электрометаллургия. Обобщить знания учащихся о научных принципах
производства.
Развивающие: создать условия для развития навыков научноисследовательской работы учащихся, их творческой и деловой активности,
умений работать индивидуально и в группе
Воспитательные: продолжить формирование познавательного
интереса к предмету через использование нестандартных форм обучения и
создания ситуации успеха, воспитывать чувство ответственности и
бережного отношения к природе
Оборудование: компьютер, мультимедийные проектор, экран, слайд –
презентации, коллекция горных пород
Технология: проектная (информационный, межпредметный, краткосрочный,
ролеигровой проект)
Тип урока: урок изучения нового материала
Форма работы с учащимися: групповая
Девиз урока: «Чтобы победить – надо знать, уметь и думать»
Ход урока
1. Организационный момент.
2. Проверка полученных знаний.
Учитель: итак, на протяжении нескольких уроков мы изучаем с вами
металлы. Мы рассмотрели металлы, как химические элементы и как простые
вещества, их физические свойства и химические, применение. Хочется
напомнить высказывание Георга Агриколы – выдающегося немецкого
мыслителя 16 века, автора многих работ по металлургии; «Человек не может
обойтись без металлов. Если бы не было металлов, люди влачили бы самую
омерзительную и жалкую жизнь среди диких зверей».
Однако мы отметили с вами, что металлы в чистом виде используются
сравнительно редко, гораздо шире используются их сплавы.
Фронтальный опрос
- что же называется сплавами?
- какими свойствами они обладают?
- какие типы сплавов вы знаете?
- какие их представители вам знакомы?
- где они применяются?
А где же берут металлы, которые используют для создания сплавов?
Учащиеся: из различных минералов и горных пород
Учитель: а как называются минералы и горные породы, пригодные для
промышленной переработки?
Учащиеся: руды
Учитель: и последний вопрос - знаете ли вы, как называется отрасль
промышленности, занимающаяся получением металлов и их сплавов?
Учащиеся: металлургия.
А если б мы не знали сплавов,
Как жизнь была бы тяжела
Не мчались бы автомобили
Не ехали бы поезда
Без арматуры не было бы дома
Турбины не вращали б лопастя
И тонкой нитью не опутывали б Землю
Звенящие от тока провода
Но к счастью сплавы созданы
Дает металлы из руды
Не зная, отдыха и дня
Металлургия- дочь огня.
Учитель: итак, тема нашего урока: «Способы получения металлов.
Металлургия».
Как
бы
вы
сформулировали
его
цель?
Учащиеся: узнать, как же получают различные металлы и какова роль
металлургии в жизни общества.
3. Изучение нового материала.
Учитель. Наш урок сегодня будет не совсем обычным. Мы не надолго
окажемся в зале суда, где слушается дело по обвинению…да-да
Металлургии.
Итак, судья, прокурор, адвокат, свидетели. По ходу процесса вы ведете
подробный протокол слушанья.
Судья. Слушается дело по обвинению Металлургии. Прежде, чем слово
будет предоставлено прокурору, давайте заслушаем небольшую
историческую
справку.
Учащийся. Возникновение металлургии , как показывают археологические
находки, относится к глубокой древности. Овладение искусством выплавки
меди из медных руд и придания ей нужной формы литьем, (5-4 тыс. до
н.э.)привело к быстрому росту производства меди и к значительному
расширению ее применения. Во втором тыс. до н.э. начали широко
применяться изделия из бронзы ( сплава меди и олова), которые по качеству
значительно превосходили медные. Бронзовые орудия труда, оружие
предметы обихода отличались большой устойчивостью против коррозии,
упругостью и твердостью. Вытеснение меди бронзой означало переход от
века медного к веку бронзовому. Примерно с середины 2 тыс. до н.э. человек
начинает овладевать и искусством получения железа из руд. Сначала для
этой цели использовали костры, а затем специальные ямы – сыродутные
горны. Но железо получалось очень низкого качества – изготовленные из
него из него оружие и орудия труда быстро затуплялись и гнулись. И лишь к
1 тыс. до н. э. усовершенствования сыродутного процесса обеспечили железу
главенствующее положение среди материалов, используемых человеком.
Начался железный век. Век девятнадцатый, железный,
Воистину жестокий век!
Тобою в мрак ночной, беззвездный
Беспечный брошен человек!
В настоящее время металлургия подразделяется на черную и цветную,
существует пирометаллургия, гидрометаллургия и электрометаллургия.
Место проживания на территории России - Центральная, Уральская и
Сибирская
базы.
Прокурор. Итак, Металлургия обвиняется в техногенезе. В очень тяжелом
преступлении против человечества и природы. Она загрязняет атмосферу,
водоемы, лесные массивы, земли, ухудшает здоровье людей. На долю
металлургических предприятий приходится 25% выбросов пыли, 30% оксида
углерода, в воздух попадают углеводороды, соединения марганца, ванадия,
хрома. Только черная металлургия забирает 25% воды общего её
потребления в промышленности, сильно загрязняются поверхностные воды.
Из огромного количества добываемой руды всего 1-2% направляются в
производственный процесс, остальное же превращается в отходы, причем в
экологически искаженном, чуждом природе и жизни состоянии. Огромные
площади полезной земли занимаются отходами и шлаками. В металлургии
расходуется 14% добываемого топлива, 16% электроэнергии, которые могли
бы использоваться на другие различные нужды. Суммарный ущерб,
наносимый металлургическим комплексом природе, оценивается 500 млрд.
рублей в год. Губительно воздействие металлургии на живые организмы,
идет процесс металлизации биосферы – накапливание организмами
животных и людей ионов различных металлов, приводящее к различным
заболеваниям и укорачиванию срока жизни.
Судья. Ваше предложение
Прокурор. Ликвидировать металлургию как отрасль народного хозяйства.
Судья. Нам понятна ваша позиция, а теперь слово предоставляется адвокату
Адвокат. Как можно говорить о металлургии как о зле. Ведь лишь
небольшое число металлов можно встретить в природе в свободном
состоянии, это – золото и платину, и в самородном виде, и в форме
соединений могут находиться в природе серебро, медь, ртуть и золото, все же
остальные металлы встречаются в природе только в виде соединений, горных
пород. Я предлагаю ознакомиться с некоторыми из них. ( Лабораторная
работа). А где же взять чистое железо, медь, олово, другие металлы, так
необходимые для создания различных сплавов, используемых в
машиностроении, которое обеспечивает вместе с электроэнергетикой и
химической промышленностью развитие научно-технического прогресса?
Где взять металл для строительства мостов, плотин, труб газонефтепроводов,
рельсов? Только металлургия, со всей её мощью и силой, может сделать
любую
страну
процветающей!
Судья. Мы выслушали мнение адвоката. Итак, проблема – металлургия – это
зло, но как прожить нам без нее. Какие вы можете предложить пути
решения? Объединим ваши предложения следующей информационной
моделью.
металлургия
Изменить
существующую
технологию или
создать новые
Увеличить
финансирование
защиты
окружающей среды
Использовать
вторичное сырье
или использовать
альтернативные
материалы
Переходим к заслушиванию свидетелей, которые провели большую работу
по сбору информации и подготовили её презентацию и может быть они
помогут
суду
разобраться
в
этом
сложном
деле.
Первая группа. Пирометаллургия
Вторая группа. Гидрометаллургия
Третья группа. Электрометаллургия
(каждая группа работала по следующему плану: тема исследования, цель,
историческая справка, суть метода, влияние на экологию, предложения по
решению экологических проблем - вывод)
Судья. Итак, мы услышали конструктивные предложения по решению всех
обозначенных прокурором проблем. К каким же выводам приходит суд.
Главным является не просто получение какого либо металла или его сплава, а
получение его при минимальных затратах ресурсов труда, сырья, энергии,
минимальных капитальных вложениях и минимальном ущербе для человека
и окружающей природной среды. А для этого производство должно
опираться на следующие научные принципы: 1.Создание оптимальных
условий проведения химических реакций. 2.Полное и комплексное
использование сырья. 3.Принцип непрерывности. 4. Защита окружающей
среды
и
человека.
Металлургию
считать
условно
виновной.
Работать
над
ее
совершенствованием, внедряя новые био- и геотехнологии.
5. Рефлексия.
Учитель. Мы возвращаемся с вами на урок, и я хотела бы вернуться к цели
нашего урока - узнать, как же получают металлы для создания сплавов, без
которых в настоящее время невозможно представить существование любого
цивилизованного общества. Ответили ли мы с вами на поставленный вопрос?
А для чего нам эти новые полученные знания?
Учащиеся.
- кто-то, может быть, выберет профессию, связанную с производством
- будем бережнее относится к природе
Учитель. А теперь давайте оценим работы исследовательских групп.
Самооценка. Взаимооценка.
Учитель. И в заключении урока я предлагаю вам написать стих – синквейн
на тему «Металлургия». Напоминаю, синквейн – это стихотворение,
состоящее из пяти строк, в которых вы должны высказать свое отношение к
проблеме, затронутой сегодня на уроке. Первая строка - ключевое слово.
Вторая – два прилагательных, характеризующих данное понятие. Третья –
три глагола, показывающие действие понятия. Четвертая – короткое
предложение, в котором вы высказываете свое отношение. Пятая – одно
слово – существительное, через которое вы выражаете свои чувства,
ассоциации, связанные с данным понятием.
Металлургия
Могучая и страшная
Выплавляет, получает, загрязняет
Ты делаешь много хорошего, но не меньше и плохого
Сила
6. Домашнее задание.
Приложение
«Пирометаллургия»
Цель
нашего
исследования
–
выяснить,
в
чем
сущность
пирометаллургического метода, как влияет данный способ получения
металлов на окружающую среду и как можно ослабить негативное влияние,
если таковое имеется.
Пирометаллургия это восстановление металлов из руд при высоких
температурах с помощью различных восстановителей (углерода, оксида
углерода, водорода, металлов – алюминия, магния).
Пирометаллургическим методом можно получить железо, медь, цинк,
кадмий, германий, олово, свинец.
Если в качестве восстановителя используется водород, то такой способ
называется водородотермия.
МоО3+3Н2 = Мо+3Н2О
Если в качестве восстановителя используется магний, то магнийтермия, а
если алюминий, то алюминотермия.
Т О2 + 2М = Т + 2М О, 3 М О2 + 4 А = 3М + 2 А 2О3
При восстановлении с помощью углерода образуется металл и угарный газ, в
свою очередь если угарный газ служит восстановителем, то образуется
металл и углекислый газ.
Анализируя, сущность пирометаллургического метода, мы пришли к выводу,
что данное производство действительно создает огромную техногенную
нагрузку на природную среду.
В наибольшей степени подвергаются загрязнению металлами те районы, в
которых добывают руду, обогащают ее и производят металл. Существует
четкая закономерность, чем меньше объем производства металла и его
концентрация в рудах, тем больше отходов образуется при получении его из
руды. Так из богатых железных руд на 1тонну полученного железа
образуется 1тонна пустой породы, а из бедных железных руд на такое же
количество выплавленного металла образуется уже 2 тонны пустой породы.
Для цветных металлов количество отходов еще больше: на 1 тонну готового
металла свинца - 30 т пустой породы, никеля – 100 т, меди – 200т, вольфрама
и молибдена – 2000т. Процесс выплавки металлов часто связан с
применением различных токсических веществ и сопровождается
образованием пыли и газа, содержащих оксиды металлов. Из
медеплавильных печей выбрасываются в атмосферу никель, кобальт,
молибден и другие металлы. В черной металлургии проблем не меньше.
Образуется большое количество шлаков, пыли, дымовых газов, сточных вод.
В окружающую среду попадают оксиды железа, марганца и кремния,
углерода и серы. Сжигается огромное количество кислорода.
Вывод. Для ослабления отрицательного влияния на окружающую среду,
считаем целесообразно комплексное использование руд, улавливание и
использование газообразных выбросов, переработку твердых отходов,
повторное вовлечение в технологический процесс очищенных стоков,
разработку и внедрение малоотходных технологий. Например, российский
ученый В. Б. Алесковский предложил обрабатывать железную руду
газообразным
хлороводородом, не извлекая ее на поверхность.
Образующиеся хлориды железа при высоких температурах газообразные и
могут быть извлечены на поверхность по трубопроводам, их обработка
водородом позволяет получить чистое железо, причем возможна его
кристаллизация сразу в виде готового изделия.
Или если на руду,
содержащую железо, не извлекая ее на поверхность подействовать угарным
газом при повышенном давлении и температуре, образуется пентакарбонил
железа – жидкость, которую легко можно отделить от примесей перегонкой.
При температуре 250 гр. карбонил разлагается и опять таки образуется
чистое порошкообразное железо. Причем заводы надо делать маленькими,
мобильными, так чтобы их можно было доставлять с помощью барж и
вертолетов к небольшим месторождениям руд. Все это позволит сделать
пирометаллургический способ более экономически выгодным и
экологически безопасным.
« Гидрометаллургия»
Цель нашего исследования – узнать, как получают металлы
гидрометаллургическим методом, выяснить представляет ли опасность
данный метод для природы и человека.
Гидрометаллургическим методом получают серебро, цинк, молибден, золото,
уран и многие другие металлы.
Процесс происходит в три этапа:
- исходную руду обжигают, если это не оксидное соединение
- полученный оксид растворяют в подходящем реагенте с целью получения
раствора соли этого металла.
- из образовавшегося раствора данный металл вытесняют более активным
металлом или восстанавливают с помощью электрического тока.
Например, чтобы получить медь из руды, содержащей оксид меди, её
обрабатывают разбавленной серной кислотой, а затем извлекают из раствора
электролизом или вытесняют из сульфата железом.
Анализируя сущность гидрометаллургического способа, мы пришли к
выводу что данный способ не является столь экологически опасным, нежели
пирометаллургический, но если проводится обжиг, например сульфидов, то
образуется оксид серы , который загрязняет атмосферу, кроме того в
производстве затрачивается большое количество воды ( на 1тонну урановой
руды 5 тонн сбросных растворов)
Вывод. Мы считаем, что необходима прямая переработка руды, без ее
обжига, а также разработка и внедрение процессов водооборота и в конечном
итоге переход на полностью бессточную технологическую схему.
Опыт. Взаимодействие стальных скрепок с раствором медного купороса.
« Электрометаллургия»
Цель исследования нашей группы – узнать, как получают металлы методом
электролиза, и определить степень негативного влияния данного метода на
окружающую среду.
Данный метод был разработан более ста лет назад американским студентом –
химиком Чарльзом Холлом, который предложил получать металлы из их
расплавов и растворов с помощью электрического тока.
Электрометаллургическим способом получают магний, большое количество
калия, лития, кальция, бария, стронция, бериллия, марганца, а также
тугоплавкие металлы: титан, вольфрам, молибден, ванадий, цирконий,
тантал. Эти металлы широко используются в авиации, космонавтике,
атомной промышленности, химической индустрии, на транспорте, в
электротехнике, медицине. Из расплавов электролизом получают
лантаноиды, которые входят в состав лаков, красок, актиноиды, которые
являются топливом в ядерных реакторах.
Сущность метода состоит в том, что под действием постоянного
электрического тока на электродах идет окислительно – восстановительный
процесс. Идет превращение электрической энергии в химическую.
Рассмотрим, как можно получить путем электролиза натрий из расплава
хлорида натрия.
При расплавлении происходит термическая диссоциация вещества. В
расплаве есть ионы натрия и хлора, которые находятся в беспорядочном
движении. Под действием электрического тока ионы приобретают
направленное движение: к катоду устремятся ионы натрия, а к аноду ионы
хлора. На электродах ионы разряжаются. Натрий восстанавливается, а хлор
окисляется. В результате на катоде – простое вещество натрий, а у анода - газ
– хлор.
Анализируя данный способ получения металлов, мы пришли к выводу, что
источником загрязнения окружающей среды могут быть продукты,
скапливающиеся около анода. Они газообразные и есть угроза загрязнения
атмосферы. Существенным недостатком способа являются огромные
энергозатраты.
Вывод. Мы считаем, что опасность может быть минимальной, если, в первых будет обеспечена полная герметизация всего производственного
процесса, во – вторых, образующиеся газы будут использованы в качестве
сырья для получения другой продукции. Что касается энергозатрат, мы
предлагаем использовать возобновляемые источники энергии, такие как
энергию Солнца, ветра, воды, теплоту глубинных слоев Земли .
Технологическая карта урока
Этапы работы
Содержание
работы
Подготовительный Определение
темы и целей
проекта,
выделение
подтем,
выдвижение
гипотез,
формирование
творческих
групп,
установление
способа
предоставления
результатов.
Планирование
Разработка
проекта
Оформление
результатов
Презентация
Оценивание
Деятельность
учащихся
Обсуждают
тему, выбирают
подтемы,
объединяются в
микрогруппы,
распределяют
обязанности
между членами
команды
Деятельность
учителя
Предлагает тему,
принимает
участие
в
обсуждении
подтем, проводит
организационную
работу
по
объединению
школьников
в
группы,
разрабатывает
задания
для
поисковой
деятельности,
предлагает формы
отчета, критерии
оценки
Определение
Корректируют и Предлагает
источников
и дополняют
основную
способов сбора и предложения
литературу,
анализа
учителя
способы
сбора
информации
информации
Осуществление
Осуществляют
Консультирует ,
накопления
поисковую
координирует
информации
деятельность,
работу учащихся
Оформление
Оформляют
Консультирует,
результатов
результаты
координирует
согласно
работы
работу учащихся
выбранной
форме отчета
Представление
Докладывают о Обеспечивает
выполненной
результатах
условия
для
работы
одним своей работы
успешной
учащимся
презентации
Оценка
работ Участвуют
в Оценивает работы
согласно
оценке
путем учащихся,
разработанным
коллективного
отмечает
критериям
обсуждения
и неиспользованные
самооценок
возможности
Лабораторная работа по исследованию горных пород
Инструкция
Внимательно рассмотрите образцы, выданных вам горных пород и
запишите в таблицу: название, формулу, цвет и блеск, какой металл
можно получить, какой способ получения металла подошел бы в
большей степени (последний пункт в конце урока, после изучения
новой темы)
название
формула
цвет, блеск
получаемый Какой
металл
способ
получения
металла
подошел бы
в большей
степени