Методична розробка Заняття на тему: "Металічні руди. Загальні методи добування металів. Метали і сплави в сучасній техніці".

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРАМАТОРСЬКИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ТЕХНІКУМ

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

відкритого заняття

Металічні руди. Загальні методи добування металів. Метали і сплави в сучасній техніці

з предмету: «Хімія»

спеціальність: 5.05160203 «Моделювання та конструювання промислових виробів»

 

Методична розробка відкритого заняття з дисципліни «Хімія». Підготувала Осадча Л. В. – викладач кваліфікаційної категорії «спеціаліст вищої категорії» Краматорського технологічного технікуму – 2016.

 

 

 

 

Викладено методику проведення лекції, спрямованої на активне сприйняття інформації з теми «Металічні руди. Загальні методи добування металів. Метали і сплави в сучасній техніці».

 

 

 

 

Для викладачів хімії вищих навчальних закладів 1-2 рівнів акредитації.

 

 

 

 

 

Рецензент:

Гуляєва Л. П.  викладач вищої кваліфікаційної категорії Краматорського технологічного технікуму, завідувач денного відділення;

 

 

 

 

Розглянуто та схвалено на засіданні циклової комісії природничо-математичних дисциплін (протокол № ___ від __________2016р.).

Тема заняття: Металічні руди. Загальні методи добування металів. Метали і сплави в сучасній техніці

Мета заняття:

методична: продемонструвати методику проведення лекційного заняття з використанням інноваційних методів навчання та мультимедійного супроводу;

дидактична:

• узагальнити та систематизувати знання, вміння та навички студентів про фізичні та хімічні властивості металів;
• ознайомити студентів з поширенням металів у природі;
• охарактеризувати основні способи одержання металів, реакції, покладені в основу одержання металів;
• визначити значення металів та сплавів в сучасній техніці;

• вдосконалювати навички написання рівнянь реакцій різних типів,
• розвивати увагу, пам’ять, хімічне мовлення, логічне мислення, уміння сприймати інформацію, аналізувати, порівнювати, встановлювати причинно-наслідкові зв`язки, робити висновки;
• вдосконалювати вміння студентів працювати з підручником, довідковою літературою;

виховна:

• виховувати вміння самостійно здобувати знання, користуватися науковою та довідковою літературою; розвивати пам'ять, уміння працювати з текстом, таблицями.

Вид заняття: лекція

Тип заняття: лекція-візуалізація

Методи та форми проведення заняття: індивідуальне опитування, бесіда, створення проблемної ситуації, лабораторний дослід, коментування візуальних матеріалів, виконання вправ.

Міждисциплінарні зв’язки:

• забезпечуючі: історія, географія, біологія
• забезпечувальні:, фізика, екологія, обладнання

Методичне забезпечення: періодична система хімічних елементів, таблиця розчинності, ряд активності металів, географічна карта України, індивідуальні картки, опорний конспект, доповіді студентів, тестові завдання.

Обладнання та реактиви: зразки металічних руд (пірит, халькопірит, магнетит, гематит, лимоніт тощо), пластинки латуні, сталі, дюралюмінію, силуміну, чавуну.

Технічні засоби навчання: комп’ютер, мультимедійна установка, телевізор

Література:

основна:

1 Ярошенко О. Г. Хімія, 10 клас: – К.: Грамота, 2010. – 224 с.

2 Попель П. П., Крикля Л. С. Хімія, 10 клас: – К.: Академія, 2010 – 208 с.

додаткова:

Хід заняття

1 Організаційна частина.

Відмітка в журналі відсутніх; перевірка готовності до заняття студентів, аудиторії, обладнання.

2 Повідомлення теми та мети заняття. Актуалізація опорних знань студентів.

Темою нашого заняття є «Металічні руди. Загальні методи добування металів. Метали і сплави в сучасній техніці».

Сьогодні вам необхідно узагальнити та систематизувати знання про фізичні та хімічні властивості металів; охарактеризувати основні способи одержання металів, реакції, покладені в основу одержання металів; визначити місце металів та сплавів в сучасній техніці.

Завдання за картками біля дошки виконують два студента.

1 У чому полягають особливості будови атома Феруму та його положення в періодичній системі порівняно з іншими вивченими металічними елементами?

2 Обчислити масову частку Феруму в мінералі пірит (залізний колчедан) FeS₂?

Бесіда за питаннями.

1 Назвіть метали, які зустрічаються в природі у вільному стані.

(Золото, метеоритне залізо, мідь, срібло, платина).

Чи є у вільному стані у природі натрій, калій, алюміній?

(Ні, тому що це активні метали, вони легко вступають у реакції з киснем повітря, водою, вуглекислим газом та іншими простими й складними речовинами).

3 Повідомлення плану заняття, мотивація навчальної діяльності.

План вивчення нового матеріалу.

1 Поширення металів у природі. Металічні руди.

2 Загальні способи одержання металів.

3 Метали і сплави в сучасній техніці.

Великий вчений М.В. Ломоносов сказав: «Метали надають міцності й краси найважливішим речам, потрібним у суспільстві…І якщо сказати потрібно, то жодне ремесло, жодне мистецтво не може обминути просте використання металів… »

Як можна пов’язати слова М.В.Ломоносова із темою уроку?

Археологічні дослідження свідчать, що люди почали видобувати і використовувати метали ще в сиву давнину. Без них важко уявити сучасне суспільство. Ось чому однією з найбільш стародавніх технологій є металургія, а одними з найрозповсюдженіших матеріалів — метали та їх сплави.

4 Викладання нового матеріалу

Розповідь викладача.

1 Поширення металів у природі.

Відновна здатність металів є причиною того, що в природі вони зустрічаються переважно у вигляді сполук. У вільному стані в природі є лише малоактивні метали: золото, платина і платинові метали (рутеній, родій, паладій, осмій, іридій). Іноді срібло,ртуть і мідь.

Сполуки металічних елементів (їх ще називають мінералами) є основною складовою частиною металічних руд.

Металічна руда – це суміш металу або його сполуки (рудного мінералу) з гірською породою.

Лабораторний дослід. Ознайомлення зі зразками металічних руд.

Розглядаємо колекцію природних мінералів, записуємо формули й назви руд деяких металів. (Пірит, халькопірит, магнетит, гематит, лимоніт, молібденіт тощо).

Демонстрація. Показ залізорудних родовищ та родовищ кольорових металів на географічній карті України.

Поклади бурого залізняку на керченському півострові, червоного залізняку в Кривому Розі, залізорудні басейни в Полтавській і Запорізькій областях. На території України знаходяться не тільки залізні руди, а й поклади титану (в Іршанську Житомирської області), ртуті (в Микитівці донецької області), золота – в Кіровоградській області та в Закарпатті, свинцю і цинку – в Закарпатській і Донецькій областях.

Термін «металічна руда», «неметалічна руда» умовні. Рудою називають лише ту природна сировину, з якої економічно вигідно добувати метал. Залежно від того, які сполуки металів містяться в руді, розрізняють:

а) оксидні: Fe₃O₄, Al₂O₃;

б) сульфідні: FeS₂, МоS₂;

в) хлоридні: NaCl, MgCl₂;

г) карбонатні: CaCO₃, FeCO₃.

Здебільшого вміст металів у рудах (крім залізних) невисокий. Це потребує їх попередньої обробки для видалення пустої породи.

Створення проблемної ситуації. Як з металічних руд можна отримати чисті метали? (Очевидно, здійснити хімічні реакції, за допомогою яких можна «відняти» оксисен (або інший неметал) із природного мінералу).

2 Загальні способи одержання металів.

Оскільки більшість металів у природі міститься у вигляді сполук, то будь-який спосіб одержання металів полягає у відновленні цих металів.

1) Електрометалургія (електроліз) − відновлення активних металів електричним струмом із розплавів оксидів, хлоридів і гідроксидів.

Найактивніші (K, Ca, Mg, Na) відновлюють електролізом.

Електроліз розплаву можна описати такою схемою:

2) Пірометалургія − відновлення металів із руд при високій температурі за участю сильних відновників.

Менш активні метали відновлюють з оксидів або сульфідів (після попереднього випалу) одним зі способів:

а) коксом за високих температур:

б) карбон(ІІ) оксидом:

в) воднем:

3) Металотермія − це різновид пірометалургії, заснований на процесах відновлення металів з їх сполук активнішими металами або кремнієм.

• алюмотермія:

• силікотермія:

4) Гідрометалургія − відновлення металу більш активним металом чи електричним струмом у водному розчині його сполуки.

2Al + 3ZnSO₄ → 3Zn + Al₂(SO₄)₃

3 Метали і сплави в сучасній техніці.

У техніці використовують переважно не чисті метали, а сплави, бо чисті метали здебільшого не мають усіх властивостей, необхідних для практичного застосування. Алюміній – легкий, але неміцний метал, який не має достатньої твердості. Щоб підвищити твердість і міцність алюмінію, добувають його сплав з такими металами, як мідь, магній, марганець. Золото гарне, але дуже пластичне. Вироби з чистого золота легко деформуються, стираються, тому для виготовлення ювелірних виробів застосовують сплав золота з міддю.

Метали в розплавленому стані розчиняються один в одному і при охолодженні утворюється твердий розчин – або сплав.

Сплави – це системи із двох або більше металів, а також металів і неметалів.

Сплави за фізичними властивостями відрізняються від вихідних металів: вони тверді, гірше проводять електричний струм і теплоту. Як правило домішки знижують температуру плавлення твердих тіл, тому сплави плавляться при нижчій температурі, як чисті метали. Температура плавлення свинцю 328°C, олова 232°C, а сплав свинцю (1 частина) і олова (2 частини) плавиться при 181°C, тобто значно нижчій температурі, як чисті метали.

Сплав, що складається з Міді (99%) і берилію (1%) твердіший за мідь у сім разів. Відомо, що цинк, мідь і алюміній за звичайних умов не взаємодіють з водою.

Сплав, який містить мідь (50%), алюміній (45%) і цинк (5%), за таких умов вступає в реакцію з водою з виділенням водню.

Домішки металів затрудняють переміщення вільних електронів внаслідок чого знижується електропровідність металів.

Сплави бувають тверді та м’які, тугоплавкі, легкоплавкі, жаростійкі, кислотостійкі, стійкі до дій лугів.

Повідомлення студента

Сучасна техніка використовує більше 5000 сплавів. Особливо виділяються алюмінієві сплави:

1) дюралюміни (від французького слова dur – твердий і aluminium – твердий алюміній). Дюралюміни в своєму складі можуть містити: а) 1,4–13% Cu; б) 0,4–2,8% Mg; в) 0,2–1% Mn; г) 5–7% Zn; д) 0,8–1,8%Fe; е) 0,02–0,35% Ti, іноді 0,5–6% Si. Дюралюміни міцні і легкі, теплопровідні, корозійно стійкі використовують в авіабудуванні для виготовлення деталей турбореактивних двигунів;

2) магналії – сплави алюмінію з великим вмістом магнію (5–13%), Mn (0,2–1,6%), Ni (1,75–2,25%), Be (до 0,15%), Ti (до 0,2%), Zr (0,2%) іноді Zn (3,5–4,5%). Магналій відрізняються високою міцністю і стійкістю до корозії в прісній і навіть в морській воді, стійкі до кислот. Застосовують для виготовлення арматури будівельних споруд, деталей холодильних установок, декоративних побутових предметів, в авіа-, судно- і машинобудуванні;

3) силуміни – сплави на основі алюмінію з високим вмістом Si. До складу силумінів входять: Si (3–26%), Cu (1–4%), Mg (0,2–1,5%), Mn (0,2–0,9%), Ni (0,8–2%) іноді Zn (2–4%), Cr (0,1–0,4%), Ti (0,05–1,5%) та ін. Силуміни використовують в авіабудуванні, вагонобудуванні, автомобілебудуванні, будівництві сільськогосподарських машин, деталі коліс, корпусів і деталей приладів;

4) САП (спечені алюмінієві порошки) – сплав Al і Al₂O₃ (20–22%) володіє підвищеною стійкістю до окиснення, незмінний там, де температура експлуатації перевищує 400°C.

Широко застосовуються сплави на основі міді – латуні і бронзи. Латунь містить до 45% цинку (проста латунь). Спеціальні латуні крім міді і цинку містять залізо, алюміній, олово, кремній. З неї виготовляють труби для конденсаторів і радіаторів, деталі механізмів, в суднобудуванні завдяки високій корозійній стійкості. Латунь з високим вмістом міді через свою подібність до золота використовують для ювелірних і декоративних виробів.

Бронза – це сплави міді з іншими речовинами: Cu–Sn, Cu–Al (5–10%), Cu–Pb (33%), Cu–Si (4%) використовують для виготовлення деталей машин, посуду. Для виготовлення електронагрівальних приладів використовують сплав ніхром (Ni (67%), Cr (15%), Fe (16%), Mn (1,5%)).

Для авіації застосовують легкі сплави за основі магнію, титану, алюмінію. Для металообробної промисловості з використанням вольфраму, кобальту, нікелю. В електротехніці – сплави на основі міді. Потужні магніти – продукти взаємодії Кобальту, Самарію та інших рідкоземельних елементів. Для машинобудування необхідні сплави легкі, нерозчинні в кислотах, стійкі в агресивних газових середовищах, теплопровідні, магнітні або немагнітні. Для медицини, зокрема хірургії і протезування, крім стійкості до мікроорганізмів, окиснення, сплави повинні «зростатися» з людським організмом.

Повідомлення студента

Чавун і сталь

Найбільше значення у сучасній техніці мають сплави заліза з вуглецем, а не чисте залізо. Залежно від кількісного вмісту вуглецю сплавам дали назви чавун або сталь.

Чавун – це сплав заліза, в якому міститься більше 1,7 % Карбону, а також домішки Силіцію, Мангану, Сульфуру, Фосфору. Він твердіший за залізо, крихкий, не піддається куванню і прокатуванню і розбивається внаслідок удару.

Розрізняють два види чавуну: сірий і білий.

Сірий чавун (ливарний) містить Карбон у вигляді графіту і на зломі має сірий колір. У техніці він застосовується для відливання важких частин машин, маховиків, плит, труб, ґрати для мостів, хімічної апаратури.

Білий чавун (переробний) містить Карбон у складі цементиту Fe₃C світліший за сірий. Цей чавун переробляють на сталь.

Домішки Сульфуру надають чавуну червоноломкість (виникнення тріщин при гарячій механічній обробці), а Фосфору – холодноломкість (крихкість при обробці за звичайних умов).

Сталь – це сплав заліза, вміст Карбону в якому від 0,3 до 1,7%.

Сталь на відміну від чавуну легко піддається куванню і прокатуванню. При швидкому охолодженні вона виходить дуже твердою, при повільному – м’якою. М’яку сталь легко обробляти. Конструкційні сталі мають високу міцність і пластичність, добре обробляються тиском, різанням, зварюються. Інструментальні сталі мають високу міцність, твердість, стійкі до корозії. З них виготовлять деталі газових турбін, реактивних двигунів, ракетних установок. З магнітних сталей роблять магнітне обладнання.

Для добування легованих сталей, до них додають легуючі елементи, які надають сталі певних властивостей, підвищують твердість і температуростійкість. Так, хромомолібденові і хромованадієві сталі застосовують для виготовлення трубопроводів і деталей компресорів у реактивних двигунах, що працюють при високому тиску і температурі. З хромовольфрамових сталей виготовляють інструменти, які працюють при великих швидкостях і високих температурах. Марганцевисті сталі дуже стійкі до тертя та удару. Хромонікелеві сталі мають високу механічну міцність, жаростійкі та стійкі проти корозії, з них виготовляють деталі машин та предмети домашнього вжитку.

Демонстрація. Колекція «Чугун і сталь»

Демонстрація фільму: «Устройство и работа доменной печи».

Повідомлення студента

Застосування сплавів

1) Літако-, ракето-, авто-, суднобудування.

2) Виготовлення швидкоріжучих інструментів, конструкційні матеріали стійкі до агресивних середовищ, феромагнітні вироби.

3) Виготовлення дробильних установок, залізничних рейок, автомобільних осей.

4) Виготовлення монет, предметів домашнього вжитку, золочення, виробництво дзеркал, ювелірні вироби, зубні протези.

5) Виготовлення трансформаторів, хімічної апаратури, лабораторного посуду, декоративно-прикладні вироби, скульптури.

6) Виготовлення ниток електроламп, деталей електронагрівачів.

Цікаво знати.

• Уже півтора тисячоліття стоїть на одній із площ Делі залізна колона заввишки 7,3 м, діаметром приблизно 40 см в основі і 30 см при вершині та масою 6,5 т Колона була зведена в 415 році н. е., але, незважаючи на спекотний і вологий клімат Індії, на ній немає жодної і ржавої плями. Стійкість до корозії колони пояснюється наявністю пасивної захисної плівки на межі заліза та іржі.
• Екскаватор — від латинського слова, яке означає «видобувати».
• В Україні на Донецькому та Новокраматорському (НКМЗ) машинобудівних заводах виготовляють екскаватори, які забезпечують виконання близько половини всіх землерийних робіт.
• Найбільші в світі родовища мідної руди знаходяться у США в районі Великих озер.

5 Узагальнення та систематизація знань

Письмове фронтальне опитування за тестовими завданнями з наступною взаємоперевіркою.

Тестове завдання

1) Твердий розчин одного металу в іншому називають:

а) сплавом;

б) сумішшю.                                                                                                          1б

2) Чавун – це сплав:

а) заліза з міддю;

б) заліза з вуглецем.                                                                                        1б

3) Вміст Карбону в чавуні:

а) менше 1,7%;

б) більше 1,7%.                                                                                                 1б

4) Вміст Карбону в сталі:

а) більше 1,7%;

б) менше 1,7%.                                                                                                 1б

5) Укажіть сплав на основі алюмінію:

а) сталь;

б) силумін;

в) бронза;

г) латунь.                                                                                                          1б

6) Чи можна розчинити без залишку чавун у хлорид ній кислоті? Відповідь поясніть.                                                                                                          2б

7) Обчислити масову частку Феруму в гематиті (червоному залізняку) Fe₂O₃.

3б.

Відповідь до тесту: 1а, 2б, 3б, 4б, 5б, 6 – ні, 7 – 0,7

6 Підсумки заняття

6.1 Висновки щодо вивчення теми та досягнення мети заняття.

6.2 Оцінка роботи групи та виставлення оцінок студентам.

7 Домашнє завдання

7.1 Закріпити вивчений матеріал, опрацювати його за конспектом та підручником:

Ярошенко О. Г. Хімія, 10 клас: – К.: Грамота, 2010. – опрацювати §24 (впр. 4 – письмово), § 25