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

Міністерство освіти і науки України

Департамент освіти і науки

Полтавська обласна державна адміністрація

Державний навчальний заклад

«Полтавський центр професійно-технічної освіти»

Методична розробка

 відкритого уроку хімії на тему:

Лабораторна робота №15

«Ознайомлення зі зразками сплавів металів».

Підготувала і провела

Викладач хімії та біології

Аверкеєва О.В.

Полтава 2016

Тема уроку: Металічні руди. Загальні методи добування металів.

Метали і сплави в сучасній техніці.

Лабораторна робота №15

«Ознайомлення зі зразками сплавів металів».

Мета: 

Освітня: з′ясувати, які природні сполуки називають рудами; скласти уявлення про металургію та  її галузі; ознайомити з хімічними основами добування металів у промисловості; з′ясувати, чим різняться чавун і сталь; скласти уявлення про виробництво чавуну і сталі; зробити висновки про метали і сплави у сучасній техніці, повязаній з обраною професією та про розвиток металургійних виробництв в Україні.

Розвиваюча: поглибити та систематизувати знання учнів  про тісний зв’язок між  будовою , властивостями , добуванням та застосуванням речовин. Сформувати компетентність щодо охорони довкілля від забруднень під час добування металів  та використання продуктів    переробки. Формувати комунікативну компетентність. Розвивати пізнавальну діяльність учнів.

Виховна: виховувати в учнів інтерес до навчання, екосистемний підхід   до розв’язання екологічних проблем , стратегій, технологій, їх вирішення в інтересах еколого – збалансованого розвитку суспільства.

Обладнання: періодична система хімічних елементів Д.І.Менделєєва, колекція «Основні види промислової сировини», відеоматеріали, презентація.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Міжпредметні зв’язки:  фізика, історія, географія, матеріалознавство, екологія, спецтехнологія, будова автомобілів, технології.

План-конспект уроку.

1. Організаційний момент.

Якось давно старий моряк вирішив піднятися на вершину маяка. Йому треба було підніматися довго і крутими сходами. І щоб не заблукати в темряві, він вирішив запалити свічку.

- Куди ми йдемо? - запитала свічка.

- Ми йдемо до вершини!

- Але я не зможу ходити так довго, я згасну і ти заблукаєш у темряві.

- Не хвилюйся, вір у себе і все буде добре.

Так, розмовляючи, вони дісталися до вершини. Потрапивши наверх полум’я свічки відбилося в десятках дзеркал, які знаходилися на вершині маяка і осяяли своїм світлом все довкола. Тож і я вам бажаю, щоб свічка запалена вами, яскраво горіла все життя і вела вас на вершину успіху. Зокрема, бажаю вам успіху на сьогоднішньому уроці, оскільки сьогодні ми з вами будемо вивчати тему «Металічні руди. Загальні методи добування металів. Метали і сплави в сучасній техніці.»

2. Актуалізація опорних знань.

Мозкова атака

Учні дають    відповідь і аргументують її.

–         Чому більшість металів знаходяться в природі у вигляді сполук.

–         У яких мінералах міститься Ферум

–         Які метали містяться в земній корі у вільному стані

–         Які  ви знаєте великі залізорудні басейни  України

1.Назвіть особливості будови атомів металів.

2.Назвіть загальні фізичні властивості металів.

3. Які способи добування металів ви знаєте?

 (Електроліз – окисно-відновні реакції, що відбуваються на електродах під час пропускання електричного струму через розчин або розплав електроліту.)

Які метали добувають таким способом?

4. Значення металів в житті людини.

3. Мотивація навчальної діяльності.

Вчитель. У 1556 році Георг Агрикола, відомий німецький учений, автор багатьох робіт про металургійну промисловість, писав: «людина не може обійтися без металів… якби не було металів, люди тягнули найбільш огидне й жалюгідне життя серед диких звірів. Вони б повернулися до жолудів,  лісових яблук і груш, харчувалися б травами й коріннями,  нігтями вигрібали б собі лігвища, щоб лежати в них уночі, а вдень бродили б там і сям по лісах, подібно звірам». Отже,  метали просто необхідні дня життя людини, метали міцно увійшли в наше життя. І тому дуже важливо знати способи промислового добування металів. Тож наша з вами задача  вивчити сплави металів, металічні руди та способи добування металів.

1. Металургія – галузь промисловості, основою якої є добування металів.

             Вчитель. Першими металами, які почали використовувати люди, були золото, срібло, мідь. Чому саме їх? Зверніть увагу на те, де стоять ці метали в ряду активності металів. Завдяки хімічній пасивності ці метали знаходяться у природі у вільному стані, тому їх назвали самородними. Чи можуть в такому ж стані перебувати натрій, кальцій, алюміній, залізо? Це дуже активні метали, тому вони зустрічаються лише у вигляді сполук.

Руди – мінерали (природні сполуки), придатні для промислового добування металів.

Які найважливіші руди використовує людина? Як з руди можна одержати метал? На ці питання ми повинні дати відповідь на сьогоднішньому уроці.

Зачитуємо повiдомлення.
 1.Розвиток чорної металургiї в Українi
Металургія в Україні почала розвиватись досить давно. На сучасному Запорожжі археологи відшукали металургійні горни і прилади, залізні та мідні вироби, які датують І тисячоліттям до нашої ери. В часи Київської Русі використовували сиродутний спосіб добування заліза. Перші доменні печі з’явилися на Поліссі в кінці 18 століття.На сучасному рівні металургія в Україні почала розвиватися лише з кінця XIX століття. З того часу Україна стала вугільною і металургійною базою всієї російської промисловості, а Донбас і Кривий Ріг – центром зосередження важкої промисловості України. Перший металургійний завод на коксі став до ладу 1872 р. в Юзівці (зараз ― Донецьк), а вже в 1913 р. в Україні діяв 121 металургійний завод. Розрізняють чорну і кольорову металургію.

Чорна металургiя почала iнтенсивно розвиватися на Пiвднi царської Росiї (територiя сучасної України) завдяки вiдкриттю в цьому регiонi великих покладiв залiзної руди i кам'яного вугiлля. Перший чавун було вироблено у 1873 р. на Юзiвському (нинi — Донецькому) металургiйному заводi. У 1913 р. у межах нинiшньої України виплавлено понад 2/3 усього росiйського чавуну i 60 % сталi.     Основнi пiдприємства чорної металургiї України зосередженi в Донбасi (Макiївка, Донецьк, Єнакiєве, Алчевськ), Приднiпров'ї (Днiпропетровськ, Кривий Рiг, Нiкополь, Запорiжжя, Днiпродзержинськ), Криму (Керч) i Приазов'ї (Марiуполь). Найбiльша у свiтi доменна пiч дiє на Криворiзькому металургiйному заводi.
                У 2007 р. на вiтчизняних заводах виплавлено понад 35 млн чавуну i 42 млн т сталi, що становить майже десяту частину свiтової продукцiї. Україна постачає в iншi країни чавун i сталь, листовий метал i металевi труби, iншi вироби iз залiза та його сплавiв. Металургiя забезпечує третину нацiонального внутрiшнього валового продукту та понад 40% валютних надходжень.
Крiм отруйних газiв, якi забруднюють атмосферу, при металургiйному виробництвi можна отримати цiлий ряд потрiбних промисловостi супутних товарiв.
        Усi родовища твердих корисних копалин комплекснi. Полiметалiчнi руди, крiм основних металiв (мiдi, свинцю, нiкелю), мiстять золото, срiбло, платину, олово, вольфрам, молiбден, кобальт, залiзо, барiй, кадмiй.
Бiльшiсть залiзних руд - багатокомпонентнi. Залiзнi руди Криворiжжя, крiм залiза, мiстять ванадiй, мiдь, кобальт, нiкель, бор, тантал, нiобiй, цирконiй, якi не всi вилучаються при переробцi цих руд.
Вчитель.

Регіональний компонент.  Демонстрація відеофільму «Кременчуцький гірничозбагачувальний комбінат».

В нашому регіоні є родовище металічних руд в Кременчуцькому басейні, яке широко розробляється.  До вашої уваги відеофільм «Кременчуцький ГЗК»

Дамо визначення: « Металургія—це наука, що розробляє теорію металургійних процесів, способи добування металів і виготовлення сплавів»

(запис у конспект)
Звідки ж металургія бере сировину?

Учні. Розповідають про заходження металів та їх сполук в природі. З′ясовуємо поняття «руди» та їх різновидності. Руди – природні сполуки (мінерали), а також їх суміші, придатні для промислового добування металів.

2. З′ясовуємо основні стадії металургійних процесів;
3. Зазначаємо суть усіх методів добування металів.
4. Ознайомлення з поняттям «чавун», «сталь».

Вчитель.  Металургія поділяється на «Чорну металургію» (виробництво заліза та його сплавів) і «Кольорову металургію» (виробництво решти металів і їх сплавів)

Запис в конспект: Визначення «Сплави-тверді суміші, утворені сплавленням кількох металів, а також металів із деякими неметалами. Під час змішування розплавлених металів відбувається розчинення одного металу в іншому, або утворення їх хімічних сполук»

В сучасній техніці найбільше використовують сплави заліза. Наприклад, в машинобудуванні на їх долю припадає 90% від усієї маси застосованих металів. Найважливішими сплавами заліза являються чавун і сталь.

5. Пояснення властивостей  чавуну і сталі.

Чавун – сплав заліза, в якому масова частка Карбону становить від 2 до 4,8 %, а сума масових часток Сульфуру, Фосфору, Силіцію та інших елементів не перевищує 8%. Домішки зумовлюють твердість чавуну, він твердіший за залізо, і надають йому крихкості.

  Сталь - сплав заліза, в якому масова частка Карбону не перевищує 2%, а Фосфору і Сульфуру міститься дуже мало. На відміну від чавуну сталь має більшу ковкість і пластичність. Тому використання сталі значно ширше, аніж чавуну. Каркаси будівель, опори мостів, телевізійні вишки, залізниці, кабіни  кузови машин та різні запчастини до автомобілів.

Учні самостійно роблять висновок чим відрізняються чавун від сталі.

1. Відмінність сплавів від чистих металів:

•  Сплави мають нижчі температури плавлення:
•  Сплави мають більшу  твердість ( бронза – сплав Cu  і Sn твердіша і за   Cu ,  і за Sn; золото м’яке, а сплав з Cu – твердий, з нього виготовляють зубні коронки)

2. Найважливіші сплави:

Відомо  > 8000 сплавів

Лабораторний дослід № 15

Тема. Ознайомлення із зразками сплавів металів.

Мета: розглянути зовнішній вигляд зразків сплавів металів, з’ясувати їх фізичні властивості та як вони використовуються.

Обладнання: зразки сплавів: сталь, чавун, латунь, мельхіор, бронза, ніхром, дюралюмін.

Завдання:

1.Розгляньте видані вам зразки сплавів металів. Зверніть увагу на їх колір, блиск.

2. Свої спостереження внесіть до таблиці.

3. Для заповнення певних граф скористайтеся довідником (цю частину роботи можна виконати вдома)

Загальні способи добування металів

1. Металургія – галузь промисловості, основою якої є добування металів.

     Металургія

чорна металургія    кольорова металургія

виробництво заліза та    виробництво інших металів

його сплавів    та їх сплавів

2. Для того, щоб із сполуки отримати метал, потрібно здійснити відновлення металічного елемента

Меⁿ⁺ + nе^- → Ме^°

1.                        Способи добування металів

пірометалургія  гідрометалургія  електрометалургія

 метали відновлюють   метали добувають   метали добувають

 із руд за високої      із розчинів солей     електролізом розплавів

температури.      солей, оксидів, гідроксидів.

Відновники:    (добувають лужні, 

С (кокс),       лужноземельні метали,

СО (чадний газ)      алюміній.

Н₂ (водень)

Si (сіліцій)  (силікотермія).   

Активні метали (металотермія)

Одержання металів пірометалургійними  способами:

Для одержання металів, чистих від домішок вуглецю, у пірометалургії використовують водень.

2ZnO + C = 2Zn + CO₂                              Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂

                  WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O                      2MgO + Si = 2Mg + SiO₂

Cr₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Cr

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

Одержання металів гідрометалургійним  способом:

Відновлення металу більш активним металом чи електричним струмом у водному розчині його сполуки. Металічну руду спочатку обробляють розчинами кислот чи лугів, унаслідок чого йони металічного елемента переходять у розчин, а вже потім піддають відновленню більш активним металом або електричним струмом:

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu

Одержання металів електрометалургійним  способом:

Електрометалургія (електроліз)-відновлення активних металів електричним струмом із розплавів оксидів, хлоридів і гідроксидів. У розчинах чи розплавах електролітів під впливом електричного струму катіони відновлюються, а аніони—окиснюються. З фізики вам відомо, що електроди мають протилежні заряди—катод заряджений негативно, анод позитивно. Якщо електроліт перебуває в розчині чи розплаві, то в електричному полі катіони рухаються до негативно зарядженого катода, тоді як аніони—до позитивно зарядженого анода. Наприклад:

      _{електоліз}

2NaCl_{розплав}    2Na + Cl₂

      _{електроліз}

CaCl_{2 розплва}  Са  + Cl₂

Повідомлення про застосування металів і сплавів у сучасній техніці.

Конструкційна сталь – матеріал  для виготовлення транспортних засобів, арматури, труб, рейок, будівельного обладнання.

Інструментальна сталь -  матеріал  для виготовлення різальних інструментів, пружин.

Нержавіюча сталь - матеріал  для виготовлення апаратів та приладів хімічної та харчової промисловості.

IV.Закріплення знань проводимо, відповідаючи на запитання:

А) В чому полягає суть усіх методів добування металів?

Б) Чим відрізняється чавун від сталі?

В) Назвіть приклади застосування металів і сплавів у сучасній техніці.

V. Домашнє завдання. § 25, задача №253.

Хімія 10 клас О.Г. Ярошенко 2011р., § 24, с. 191.

 Розв’язування задач

а ) Скільки цинк оксиду можна добути  з 485 кг цинкової обманки ,  в якій масова частка її становить 80%  ?

б ) Яка маса заліза виділиться , якщо відновлювати карбон ( 11 ) оксидом концентрат магнітного залізняку  масою 558 кг ?

ВІКТОРИНА «МЕТАЛИ»

1. Назва якого металу спiвпадає з назвою планети?
2. Про сполуку якого металу йдеться: «... Застосовують у виробництвi мiнеральних i органiчних барвникiв, у медицинi, сiльському господарствi (для протруювання насiння, оприскування дерев i кущiв), для обробки деревини, при побiлках...». Назвiть цю сполуку.
3. Який метал має iм'я героя давньогрецької мiфологiї?

4. Який метал першим людство застосувало для виготовлення прикрас, культових предметiв i предметiв домашнього вжитку?
5. Який метал древнi єгиптяни цiнували дорожче вiд золота?
6. Як перетворити олово у порошок без будь-якої хiмiчної обробки?
7. Який метал найпридатнiший для виготовлення пального для ракетних двигунiв?
8. Який метал називається «…крилатий»?
9. Який метал самозагоряється в хлорi за звичайної температури, горить яскраво-слiпучим полум'ям iз видiленням великої кiлькостi теплоти?

10. Який метал утворює сiль, що в розчинi має iнтенсивний фiолетовий колiр i застосовують цей розчин як антисептик у медицинi?
Вiдповiдi
1. Уран. 2. Купрум — мiдний купорос. 3. Тантал. 4. Золото. 5. Срiбло. 6. Потримати на морозi. Воно збiльшується в об'ємi i розсипається на сiрий порошок. 7. Берилiй.
8. Алюмiнiй. 9. Магнiй. 10. Марганець.