Урок по темі  «Масова частка елемента в речовині»

Тип уроку: урок-узагальнення.

Вид уроку: урок з використанням кейс-технології.

Мета уроку: на основі знань про хімічні формули речовин вивчити, що таке масова частка елемента в речовині; навчитись обчислювати масову частку елемента в речовині за її формулою; розвивати вміння робити розрахунки за хімічними формулами; виховувати уважність, працелюбність.

Обладнання та матеріали:  кейс, правила роботи з кейсом

План уроку

1. Підготовчий етап.

Конкретизація викладачем мети уроку.

- повторення основних питань  пройдених тем.

1. Записати хімічну формулу речовини, що складається з двох атомів Натрію, одного атома Карбону та трьох атомів Оксигену.
2. Записати хімічну формулу речовини, що складається із двох атомів Калію, одного атома Сульфуру та трьох атомів Оксигену.
3. Обчислити відносну молекулярну масу речовин які ви отримала

2. Ознайомлювальний етап.

Ви вже знаєте, що за хімічною формулою можна визначити, з яких елементів складається речовина, скільки атомів кожного елемента міститься в молекулі. Хімічна формула дає змогу обчислити відносну молекулярну масу. А ще за хімічною формулою можна обчислити масову частку, яка припадає на кожний елемент у складі молекули речовини.

Тому сьогодні на уроці ми вивчимо, що таке масова частка елемента в речовині, і навчимось її обчислювати за формулою.

Вивчення нового матеріалу

За формулою речовини можна обчислювати масові частки елементів.

Масова частка елемента показує, яку частину від маси всієї молекули становить маса атомів певного елемента.

Масова частка позначається W(дубль-ве) і виражається в частках одиниці або у відсотках.

Масова частка елемента в речовині — це фізична величина, що визначається відношенням маси, яка припадає на елемент, до маси всієї речовини.

Записуємо формулу на дошці й згадуємо, що означає Ar і Mr.

2.1. Введення в ситуацію.

Залучення учнів у живе обговорення конкретної ситуації 

Прийшов лист до проектного інституту: «Директор нашого заводу доручив нам організувати виробництво алюмінію, ми ніколи його не випускали і не знаємо, як нам це зробити. Допоможіть отримати алюміній промисловим способом!». 

Завдання до кейсу

  «Завдання логістам»: Яка сировина необхідна для виробництва алюмінію? Як використовувати кінцевий продукт? (Можна скористатися Інтернет-ресурсами).

  «Завдання економістам»: проаналізувати витрати на виробництво алюмінію. 

  «Завдання технологам»: Проаналізувавши спроби отримання алюмінію, запропонувати технологічні схеми його виробництва з різних речовин.

  «Завдання екологам»: Проаналізувати можливі загрози навколишньому середовищу при виробництві алюмінію, запропонувати методи запобігання цьому. Як найбільш ефективно використовувати природні ресурси та енергію в цьому виробництві? (Можна скористатися Інтернет-ресурсами). 

Закріплення матеріалу

Обчисліть масові частки елементів у складні речовині карбід алюмінію Al₄C₃ 

Яка маса алюмінію в алюміній оксиді (Al₂O₃) масою 200 г, якщо відомо, що масова частка Алюмінію в сполуці становить 53 %.

Ресурси:

http://poradu.pp.ua/nauka/45614-alyumny-virobnictvo-alyumnyu-tehnologya-proces-opis.html

http://lib.chdu.edu.ua/pdf/pidruchnuku/7/70.pdf

https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D1%8E%D0%BC%D1%96%D0%BD%D1%96%D0%B9

https://khm.depo.ua/ukr/khm/vcheni-poperedzhayut-pro-nebezpeku-vid-alyuminievogo-posudu-21122016213500

http://manyava.org/publ/tekhnoekologija/tekhnoekologija/negativnij_vpliv_aljuminievogo_virobnictva_na_dovkillja_ta_zakhodi_po_jogo_zm

Домашнє завдання

Скласти умову задачі з обчислення масової частки елемента в сполуці та оформити її у вигляді картки-завдання для своїх друзів. Розв’язати задачу в зошиті.

Інформаційний матеріал для роботи в групах

Алюміній належить до найважливіших легких кольорових металів. За масштабами виробництва і споживання він займає друге місце серед всіх металів (після заліза) і перше місце серед кольорових металів. У кольоровій металургії виробництво алюмінію виділено в окрему спеціалізовану підгалузь «Алюмінієва промисловість», що включає видобуток сировини для алюмінієвої промисловості, виробництво алюмінію, глинозему і фтористих солей.

Внаслідок комплексу цінних властивостей (мала щільність, пластичність, високі тепло- і електропровідність, нетоксичність, немагнітність, корозійна стійкість в атмосфері), а також недефіцитних сировини і відносно низькій вартості алюміній в чистому вигляді і в сплавах широко застосовується у різних галузях техніки та народному господарстві.

Вперше металевий алюміній був отриманий в 1825 р Г. Ерстед хімічним відновленням хлориду алюмінію амальгамою калію. У 1856 р цей метод був удосконалений, і алюміній стали отримувати відновленням подвійної солі AIC13 × NaCl металевим натрієм. М.М. Бекетов в 1865 р запропонував метод отримання алюмінію відновленням кріоліту Na3AlF6 магнієм. Виробництво алюмінію хімічним методом проіснувало до 1890 р і за 35 років його використання було отримано близько 200 тонн алюмінію.

У 1886 р, ґрунтуючись на роботах A. Сент-Клера Девиля (1856), Н. Еру у Франції і Ч. Хол в США розробили метод виробництва алюмінію електролізом розплаву глинозему в криоліті, який до теперішнього часу є єдиним методом промислового виробництва алюмінію. Після впровадження цього методу світове виробництво алюмінію швидко зростало і з 5,7 тис. Тонн в 1900 р досягло майже 20 млн. Тонн в 1980 р Промислове виробництво алюмінію (додаток 3) у нашій країні було організовано в 30-х рр. XX століття після будівництва перших великих електростанцій.

Сировина для виробництва

З якої сировини отримують алюміній? Виробництво алюмінію з усіх мінералів, що містять його, дорого і нерентабельно. Добувають його з бокситів, які містять до 50% оксидів алюмінію і залягають безпосередньо на поверхні землі значними масами.

Ці алюмінієві руди мають досить складний хімічний склад. Вони містять глинозем в кількості 30-70% від загальної маси, кремнеземи, яких може бути до 20%,окис заліза у межах від 2 до 50%, титан (до 10%). Глинозем, а це окис алюмінію і є, складаються з гидроокисей, корунду і каолініту. Останнім часом окису алюмінію стали отримувати з нефелинов, які містять ще і окису натрію, калію, кремнію, та алунітів. Для виробництва 1 т чистого алюмінію потрібно близько двох тонн глинозему, який, у свою чергу, одержують з приблизно 45 т бокситів.

Склад руд:  нефеліни, що представляють собою складну потрійну сіль складу (Nа, К) 2O × Al2O3 × 2SiО2, алуніти, що представляють собою подвійну основну сіль сульфату алюмінію і калію складу К2SO4 × Al2 (SО4 ) 3 × 4Al (ОН) 3.

Технологія отримання металевого алюмінію з руд достатньо складна і складається з чотирьох виробництв, пов’язаних між собою технологічним ланцюжком і виробленими продуктами. Вона включає:

виробництво глинозему (оксиду алюмінію);

виробництво фтористих солей і кріоліту;

виробництво вугільних виробів (електродів і блоків футерування);

виробництво електролітичного алюмінію.

Основними виробництвами, складовими технологічний ланцюжок Руда-Глинозем-Алюміній, є виробництва глинозему й алюмінію. Територіально вони зазвичай розділені.

Вихідний матеріал для електролітичного виробництва алюмінію – це чистий оксид алюмінію – глинозем. Для виділення глинозему з алюмінієвих руд його переводять в розчинну сіль (алюмінат натрію), яку відокремлюють від решти компонентів руди. З розчину отримують глинозем.

Метод виділення глинозему з руди залежить від її складу. Ці методи поділяються на хіміко-термічні (пірометалургічні), кислотні та лужні (гідрометалургійні). До пірометалургічних методів відноситься метод спікання; до гідрометалургійним методам – ​​метод вилуговування Байєра.

Витратні коефіцієнти на 1 тонну глинозему, виробленого за методом Байєра.

Боксит – 2,0-2,5 т.

Гідроксид натрію – 0,07-0,09 т.

Пар – 7-9 т.

Вода – 150 м3.

Електроенергія – 300 кВт / год.

Родовища бокситів

Запаси бокситів у світі обмежені. На всій земній кулі лише сім районів з його багатими покладами. Це Гвінея в Африці, Бразилія, Венесуела і Сурінам в Південній Америці, Ямайка в Карибському регіоні, Австралія, Індія, Китай, Греція і Туреччина в Середземномор'ї і Росія. У країнах, де є багаті родовища бокситів, може бути розвинене і виробництво алюмінію.

Негативний вплив алюмінієвого виробництва на довкілля та заходи по його зменшенню 
   Серед усіх кольорових металів алюміній сьогодні займає перше місце. Поряд з виробництвом алюмінію підприємства алюмінієвої промисловості випускають кристалічний кремній, алмазно-кремнієві сплави (силуміни), содові продукти, мінеральні добрива, цемент, п’ятиокис ванадію, металевий галій. 

Сучасне виробництво алюмінію складається з двох основних продуктів: отримання глинозему Al2O3 з бокситів та отримання металевого алюмінію шляхом електролізу розплавленого глинозему. 

В Україні діють два провідних підприємства алюмінієвої промисловості: Дніпровський алюмінієвий завод (м. Запоріжжя). та Миколаївський глиноземний завод. 

До чинників, що здійснюють значний негативний вплив на стан навколишнього середовища, належать газоподібні, рідкі та тверді відходи виробництва. 

При виробництві глинозему шляхом переробки алюмінієвих руд утворюється сірчаний ангідрид, а при переробці нефелінів містяться майже всі компоненти, необхідні для виробництва цементу. Тому в першому випадку викидається велика кількість пилу.

Викиди алюмінієвої промисловості містять токсичні пилоподібні речовини, миш’як, свинець та інші, тому є особливо небезпечними. При отриманні металевого алюмінію електролізним способом відбувається бурхливе виділення анодних газів, збагачених пилом та шкідливими складовими. Пил містить глинозем і кріоліт. Діапазон розмірів часток пилу від 1 до 50 мкм. Склад газів: фтористий водень, оксиди вуглецю, смоли, сірчаний газ, пил.

Заходи боротьби з шкідливим впливом газів різноманітні. На нових глиноземних заводах застосовують двоступеневу схему очищення газів від печей спікання і кальцінації глинозему: батарейні циклони і електрофільтри. 

Забруднені води при виробництві алюмінію очищають на локальних очисних спорудах з подальшим використанням їх в системах зворотного водопостачання. Свіжа вода необхідна лише для підживлення системи. 

Так як стічні води алюмінієвого виробництва мають високу температуру, то в системах зворотнього водопостачання предоглядаються споруди для очищення води від завислих і токсичних речовин (відстійники, фільтри та інші) для охолодження (градирні, бризкальні басейни), для пом’якшення (катіонітові фільтри), для видалення токсичних речовин (адсорбери). 

При виробництві багатьох кольорових металів є шлам, що накопичується у шламовідстійниках, і який може використовуватись у промисловості будівельних матеріалів. Наприклад, при виготовленні алюмінію з нефелінів з відходів виготовляють нефеліновий цемент, з якого отримують конструкційний ізоляційний газобетон високих марок, зі шламу отримують вогнетривкий бетон і цеглу, а також випалені плити, блоки, легковаговий ізоляційний матеріал. У дорожньому будівництві його використовують для зміцнення ґрунтів підстилаючого шару, а також як в’яжучий асфальтобетон. 

Відходи також інфільтруються у грунт і потрапляють в підземні води, забруднюючи їх.