Розробка уроку хімії

УРОК ХІМІІ

Для учнів 11 класу

Тема. Можливості ощадного використання сировини в промисловості. Використання відходів як вторинної сировини.

Мета: ознайомити учнів із сировинною проблемою та способами її розв’язання, ознайомити учнів з проблемою утилізації сміття; продовжити вдосконалення вмінь учнів аналізувати, логічно мислити; розвивати комунікаційні здібності, допитливість; навчити бережливому ставленню до природи, почуттю відповідальності за стан навколишнього середовища;  виховувати любов до природи.

Обладнання: таблиці:  «Терміни вичерпання запасів деяких найважливіших видів мінеральної сировини», «Основні відходи виробництв та способи їх використання», презентації «Металева сировина», «Неметалева сировина», «Використання другорядної сировини», «Сполуки Карбону», відео сюжет «До чого може призвести збільшення кількості сміттєзвалищ».

Технічні засоби: відео апаратура

Тип уроку: комплексне використання знань, вмінь та навичок.

Вислови на дошці: «Проблеми хімічної екології створені самою людиною і виникли як результат тривалої і бурхливої продуктивної діяльності людини» В.О. Легасов,

Хід уроку

1.Організаційний етап

Вступне слово вчителя. Оголошення теми, мети уроку.

2.Актуалізація опорних знань, мотивація нових знань

Вчитель Природа, що нас оточує, здається є невичерпною коморою, з якої промисловість бере сировину. У міру розвитку науки і техніки дедалі більше нових корисних копалин використовується для добування продуктів виробництва, зявляються нові види сировини, розширюється  сировинна база промисловості.          Кожні 11 років потреби в сировині на нашій планеті подвоюються.

-  А що таке сировина?  (Сировина – невід`ємний елемент будь-якого виробничого процесу, зокрема хіміко-технологічного).

- У чому полягає сировинна проблема? (гостра нестача окремих видів сировинних ресурсів)

- Які основні причини виникнення сировинної проблеми? (невідповідність між запасами і споживанням деяких видів сировини)

Вчитель  За останні 50 років багатьох корисних копалин було видобуто більше, ніж за всю історію людства. Тепер в світі щорічно вилучаються й переробляється 170 млрд т корисних копалин, з яких тільки 10 % реалізується як необхідний продукт.

•    Брак яких видів горючої мінеральної сировини на сьогоднішньому етапі відчуває Україна? (нафти, природного  газу).
•    Які завдання ставлять перед собою хіміки для вирішення проблеми бережливого й раціонального використання сировини?( застосування дешевої сировини, нових видів альтернативної її переробки; розробка нових ефективних методів рециркуляції, тобто багаторазового використання різних видів сировини  та переробки; комплексне ощадливе використання сировини; використання відходів виробництва.

    Вчитель Для нашої країни використання  місцевої сировини актуальне, оскільки не вимагає витрат на далекі перевезення.

ІІІ. Основна частина

Можливість ощадного використання сировини в промисловості Використання відходів як вторинної сировини.

Вчитель  Комлексне використання сировини й відходів -  характерна риса  сучасного хімічного виробництва. Реалізація цього принципу викликана необхідністю підвищення рентабельності виробництва в умовах виснаження запасів деяких видів природної сировини й інтенсивного наростаючого забруднення навколишнього середовища.  Комплексне використання сировини й відходів – основа комбінування виробництв.

         Розглянемо конкретні проблеми використання різного виду сировини та способи їх розв’язання. Творчі лабораторії деякий час працювали над проектами: «Металева сировина», «Неметалева сировина», «Використання вторинної сировини», «Сполуки карбону». Ознайомимось з результатами їх роботи.

Захист проектів

Група 1 «Металева сировина» (демонстрація відео презентації)

       Найнеобхіднішим і найважливішим металом є залізо. Це четвертий за поширенням у земній корі елемент – загалом близько 12 більйонів тонн. Надійно розвідані й використовувані запаси залізних руд складають 100 млрд. тонн. З країн, багатших на залізорудні родовища, найбільші запаси мають Росія, Австралія, Канада, США та Бразилія.

        Мідь – чудовий провідник  електричного струму, Щорічна потреба в міді становить 50 млн. тонн. У цьому сторіччі запаси міді будуть виснажені. Але, на щастя, мідь можна замінити алюмінієм, щорічно приріст виробництва алюмінію близько 9%. Його вміст в доступних для розробки ділянках земної кори досягає того значення, що добутим з них металом можна вкрити земну кулю й товщина цього покриву буде складати 80 метрів. Але тільки 0, 008% цієї маси алюмінію існує у формі цінної сировини – бокситів (запаси оцінюють в 6 млрд. тонн). Оскільки залізо також буде частково замінене алюмінієм, то його потреба може зрости до 100 млн. тонн. Бокситів при цьому не вистачить. Рано чи пізно доведеться повертатись до глин, алюмосилікатів вулканічних порід, що містить близько 10% алюмінію. Завдяки їх поширенню та величезним запасам вони можуть забезпечити будь-яку потребу в металі.

          Що ж до іншого найважливішого металу – Мg, то через величезні запаси ще дуже довго не буде ні яких проблем із його видобутком.

Рідкісні метали, що видобувають в маленьких кількостях у цьому сторіччі, є матеріалами для нової техніки: Ті, U і Ті (торій) – матеріали енергетичної промисловості; Тl (тантал) – родоначальник особливо міцних, жароміцних сплавів; без Рt,Ra (радію), Pd( паладію) не було б в хімії каталізаторів. Виділений з радіо відходів Tе – 99, цінний напівпровідник, відмінний нейтралізатор корозії.

            На нашу думку, збільшення видобутку металевої сировини під водою, один із шляхів вирішення проблеми металевої сировини. На глибині 130 метрів під рівнем моря містяться благородні й важкі метали. У морських водах нашої планети розчинено 4,5 млрд. тонн U; 3 млрд. тонн  Mn,V, Ni; 6 млрд. т. Au (по 1,5 т. на жителя планети).

Запитання учнів до групи:

Чи забезпечена наша країна природними покладами залізних руд? (Найбільшим родовищем в Україні є Криворізький  залізорудний басейн: бурий, шпатовий, червоний залізняки),

Група 2 «Неметалева сировина» (демонстрація відеопрезентації)

     Швидко зростаючий попит на різну хімічну сировину призводить до підвищення витрат неметалічної сировини, але незважаючи на це хімікам ще довгий час можна мне хвилюватись з приводу запасів таких елементів як N,P,O,S,Cl. Серед речей, що нас оточують, мало таких, для виготовлення яких не потрібні були б  S та його сполуки. Папір, гума, ебоніт, сірники, тканини й ліки, косметика, пластмаси, вибухівка, фарби, добрива, отрутохімікати – ось далеко не повний перелік речей і речовин, для яких необхідний елемент Сульфур. Щоб виготовити автомобіль, потрібно 14 кг сірки. У перспективі баланс сірки може бути збережений завдяки розширенню мережі підприємств, що переробляють гази сірчистих виробництв, оскільки кількість сірки, що вилітає з димарів у вигляді газу, у 100 разів перевищує потребу в елементі.

Значення Нітрогену – ключового елементу у виробництві добрив та інших важливих промислових продуктів –важко переоцінити. Хоча витрати його великі, не будемо хвилюватись: проблема нестачі N не виникає. Повітря – це насправді окис нітрогену.

Одним з важливіших видів сировини є Кисень, хоча багато хто про це й не підозрює. Найважливіші хімічні реакції – процеси окиснення – протікають за участі цього елемента. Запаси Кисню постійно оновлюються завдяки процесам життєдіяльності рослин – фотосинтезу.

Потреба в Cl постійно зростає за рахунок збільшення випуску хлоридної кислоти й вінілхлориду (для виготовлення штучної шкіри, ізоляційних матеріалів). Проте навіть у віддаленому майбутньому не виникне його дефіцит. Хлор міститься в достатньої кількості в корисних копалинах, але й у морській воді (1 м3 якої міститься 30 кг NaCl).

Не можна забути про ще одну дуже цінну сировину для одержання водню, кисню, яка є розчинником, теплоносієм – це вода. Тому боязке питання «Чи вичерпаються іі запаси?» - є актуальнішим. Океани, моря, крига, річки вкривають 75% поверхні Землі, частка прісної води в них – 2,5%. Віддавна ми витрачаємо лише невелику частку прісної води, що здійснює безупинний кругообіг у природі. Останнім часом гострішою проблемою стає проблема води, тому що: наявна на планеті вода нерівномірно розподілена, частина іі перебуває в непридатному для вживання стані. Тому необхідно вживати термінових заходів: очищати стічні води, розробляти технологічні методи із замкненою циркуляцією води, берегти чистоту природних вод. Запитання учнів до групи: Яке значення має неметал Силіцій?

(Силіцій застосовується головним чином для виробництва різних сплавів. Так, залізо з добавкою 4 % силіцію має здатність швидко намагнічуватись і розмагнічуватись. З нього виготовляють електричні трансформатори. Кремній широко застосовують як напівпровідниковий матеріал в електронній та радіотехнічній промисловості. Але для цього він повинен бути найвищої чистоти. треб промисловості. Найбільш поширеними сполуками силіцію є діоксид силіцію SiO₂ (кремнезем) і солі силікатної кислоти — силікати, що є основою всіх гірських порід. У невеликих кількостях сполуки силіцію входять також до складу організмів рослин.

Близько 12 % літосфери складає кварц SiO₂ і його різновиди, а 75 % складають різні силікати і алюмосилікати (польові шпати, слюди, амфіболи).

Група 4 «Сполуки Карбону» (демонстрація відеопрезентації)

Фундамент переважної частини хімічних продуктів, що виготовляється промислово, утворюють сполуки Карбону. Оскільки ці сполуки є також найважливішим джерелом енергії, без перебільшення можна сказати, що Карбон – незамінний.

Частка Карбону 0,087% від маси земної кори, що становить 20000 більйонів тонн. З них 99,5% зв’язані у вигляді карбонатних порід, 0,47% складає вуглекислий газ в повітрі й у воді, лише 0,02% припадає на вугілля, нафту, газ. 0,1 % Карбону – це 2 більйонів тонн. Такої кількості вистачить на 500 років.

Для раціонального використання запасів Карбону необхідні такі умови:

- потрібно одержувати сполуки з будь-яких наявних джерел Карбону;

- для хімічної промисловості потрібно ширше використовувати величезні сполуки карбонатів, а на потреби енергетики витрачати тільки 0,03% загальних запасів Карбону, зв’язаного в органічних або викопних сполуках.

      Що ж прийде на зміну нафти, газу, коли вони зникнуть? Усе частіше звучить одна відповідь – все таки вугілля. Швидше за все в ХХІ столітті місце органічної хімії посяде хімія карбонатів.

       Щорічно наша планета виділяє 270 млрд. тонн CO₂, а у воді транспортується близько 155 млрд. т органічної сухої речовини, що міститься у формі целюлози, крохмалю, білків, жирів.

         Рослинний світ можна розглядати як безупинно працюючу хімічну фабрику, якій постачає енергію Сонце. Її продукцією людство при розумному господарюванні буде забезпечено як у найближчому, так і віддаленому майбутньому.  Запитання до групи. Якім прогнози з точки зору запасів природного газу? (Використання природного газу як сировини для хімічної промисловості швидко зросло протягом останніх років. Якщо споживати 1500 млрд. м3 за рік, запасів газів вистачить всього на 80 років).

Група 4 «Використання вторинної сировини» (демонстрація відеопрезентації)

Включаючи сировину в активний оборот, можна досягти економії природної сировини, а також підвищити якість і знизити собівартість продукції. Якщо використовувати для виплавки сталі металобрухт, то така сталь обходитиметься в 25 разів дешевше, ніж та, яку виплавляють із чавуну, а витрати енергії у шість-сім разів менші.

Під час переплавлення 1 т металобрухту порівняно з повним процесом виплавки сталі на 80% зменшується забруднення атмосфери, на 76% - забруднення води.

Комплексне використання сировини й відходів – характерна риса сучасного хімічного виробництва.

Підприємства України нараховують понад 800 найменувань відходів, з яких цілком або частково використовується лише 30%.

У разі утилізації 50 тис. т макулатури заощаджуються 120 тис. т складової деревини, а отже, 500 га лісу. Але, на жаль, цією вторинною сировиною зневажають.

Зі 105-110 тис. т відходів нафти й нафтопродуктів можна одержати 75 тис. т високо якісніших компонентів змащувальних олій, для чого природної нафти буде потрібно не менше 700 тис. т.

Зола й шлаки, що утворюються під час змішування вугілля, використовуються як наповнювачі для цементу. 1,3т бурого вугілля замінює 1 т цементу. Слід ураховувати, що зола містить 5-30% окису Феруму.

Збір і переробка старих матеріалів і відходів вимагають значних капіталовкладень, однак використання вторинної сировини врешті-решт обходиться дешевше, ніж переробка первинної. Запитання до групи. Що означає безвідхідні технології? (Виробничі процеси, при яких відходи одного виробництва стають сировиною для іншого. Можливі й цілком безвідходні, але й у цьому випадку вони не є абсолютно чистими, тому що виділяють енергію в навколишнє середовище, хоча й не виділяють речовин)

Вчитель   Ресурси матері – Землі хоча й дуже великі, але обмежені, тому людське суспільство на нашій планеті не може далі розвиватися на основі дідівських методів видобутку сировини. З іншого боку, природні елементи не знищуються, а тільки переходять в інший стан. У такий спосіб кількість ресурсів на Землі залишається постійною, і швидшими темпами зменшуються не природні ресурси взагалі, а тільки та їх частина, що вводиться в економічний оборот на сучасному рівні розвитку.

 Обговорення проблеми утилізації сміття

Вчитель У результаті споживання величезної кількості енергії та ресурсів утворюється так багато відходів, що вони стали серйозними загрозами для довкілля планети. Контролювати цей процес дедалі  стає складніше. 80% усіх відходів – це результат сільськогосподарської, промислової діяльності, 20% залишаються після домашнього господарства.

Серед глобальних екологічних проблем сучасності проблема твердих  побутових відходів вирізняється тим, що кожен з нас щодня й щохвилини причетні до неї. В середньому киянин викидає за рік 300 кг твердих відходів. Сюди не входять будівельні, промислові. Якщо розташувати сміття рівним шаром по місту приблизна товщина – 10 см.

1. Як можна вирішити цю проблему, щоб не втопитися в смітті ?

(Утилізувати. Основні шляхи утилізації: організація сміттєзвалищ, вторинне використання, спалювання).

Вчитель Однією із важливих проблем залишається проблема несанкціонованих сміттєзвалищ, що займає близько 1000 га землі. Офіційно на Україні 45 тис. сміттєзвалищ. У деяких термін експлуатації закінчився, майже 90% не відповідають нормам екологічної безпеки. Європейський Союз запропонував суворі закони щодо методів утилізації відходів. Не можна лише скидати всі види сміття на звалища. Зібране сміття має пройти переробку на спеціальних заводах, а на звалище – потрапити лише те, що неможна переробити.

2. Які основні проблеми вторинного використання?

(Обов’язково розсортовувати сміття (папір, скло, метал, пластмас); реклама; на Україні мало заводів для переробки сміття; потрібно багато пального, виділяються токсичні речовини, незапланована кількість сміття щодня, а харчові відходи треба тільки компостувати).

3. Які проблеми виникають під час спалювання сміття?

Вправа «Зачароване коло» ( виступ учнів)

Громадянин Я використовую промислові відходи (картон, фанеру) меблевої фабрики, що знаходиться неподалік. Вони дещо смердять, коли я спалюю їх, але я не сплачую за опалення. Вугілля дорого коштує, тому це вдале рішення.

Бізнесмен В останні кілька років податок на транспортування  відходів збільшився. Спалюючи відходи, я контролюю свої витрати.

Робітник Це правда, що директор спалює пластикове сміття, але він надає роботу.

Сусід Мій сусід спалює у пічці сміття, що містить пластик та клей. Це абсолютно нестерпно! Ми змушені закривати вікна, тому що густий чад виходить з його димової труби. Але що ми можемо зробити? Він у себе вдома. Коли я кажу йому про це, він радить мені не пхати носа до чужого проса.

Селянин Що року я спалюю солому на полі та бур’ян у рівчаках. Це швидкий та дешевий спосіб позбавитися непотрібної соломи та запобігти поширенню бур’яну.

Пожежник Звичайно, спалювання стерни та бур’яну в рівчаках, а також сміття вдома є незаконним. Ми маємо переслідувати людей, які це роблять, направляти до них міліцію. Але я тут живу. Я не скаржитимусь на людей, яких бачу щодня.

Вправа «Яка сировина є кращою?»

Вчитель пропонує учням переглянути відео сюжет «До чого може призвести збільшення кількості сміттєзвалищ».

Учні обирають вид сировини для певних виробів з огляду на його вплив на довкілля (Наприклад: лінійка( скло, метал, пластик, природні полімери); склянка

( скло, пластики); туристичний кухоль( скло, сталь, пластики).

ІV. Висновки

Вчитель Які ваші пропозиції щодо вирішення даної проблеми?

(Придбання предметів багаторазового використання; купувати речі, які згодом піддаються переробці; використовувати паперові пакувальні матеріал; уникати придбання товарів, вироблених з небезпечних матеріалів; проводити пропаганду щодо бережливого ставлення до природи).

Вчитель Завершити урок я хочу оптимістичним висловом  видатного еколога  М. Реймерса:

«У людства повинно бути майбутнє і воно може бути світлим. Не розв’язаних проблем немає. Пройти небезпечну ділянку шляху в майбутнє допоможе світло екологічних знань, активність, праця та високий професіоналізм». 

Додаток

Яка сировина є кращою?