Скачать 126.47 Kb.
|
Муниципальное общеобразовательное учреждение «Лицей» Тема урока: «Производство алюминия» (интегрированный урок – химия, география, физика.) Выполнил: учитель химии Иванова Л.М. г. Черногорск, 2012 год. «Я слышу, и я забываю, Я вижу, и я запоминая, Я делаю, и я понимаю» Цель: Ознакомить уч-ся с промышленным способом получения алюминия, месторождениями сырья для алюминиевой промышленности. Образовательная цель: 1. Формировать понятие школьников об особенностях получения металлов и их географии, научных принципах производства металлов, о природных соединениях алюминия, как основе цветной металлургии. 2. Развивать знания уч-ся, полученных из курсов химии и географии о магматических и осадочных горных породах, о комплексном использовании сырья, о защите окружающей среды от отходов алюминиевой промышленности. 3. Формировать навыки самостоятельной работы уч-ся с учебником, научно-популярной литературой. Развивающие цели: 1. Развитие научного мышления уч-ся (анализ, сравнение, обобщение, систематизация, решение проблем) 2. Развитие речи. 3. Развиватие познавательной активности, способствующей выработке навыков наблюдения, умения делать выводы. Воспитательные цели: 1. Воспитывать чувство долга, ответственности, трудолюбия, максимальную работоспособность на уроке. 2. Формирование гуманных отношений на уроке Оборудование: Коллекция полезных ископаемых, горных пород, коллекция металлов, электролизер – прибор, карты, атласы, экономическая карта России, образцы соединений алюминия. Историческая литература, научно-популярная литература, таблицы, мультимедиакадры. Ход урока: I Организационный момент: (1 мин). II Начало урока, проблемно-поисковый метод. III Школьникам предлагается таблица. Задание к ней: Найдите клетки, соответствующие обусловленности применения алюминия его свойствам. Из букв правильных ответов составите название природного соединения алюминия. Свойства области применения
Учитель географии (вводное слово): Цель нашего урока: обобщить и систематизировать знания об особенностях получения металлов и их географии, научных принципах производства металлов и их значения для народного хозяйства страны. Вся история человечества связана с использованием металлов. Неслучайно важнейшие этапы в развитии человеческого общества получили название по применению металлов: медный, бронзовый, железный. Металлы нужны всюду. Металлы – это машины, каркасы промышленных корпусов, мостов, плотин, электростанций. Металл – это трубы газонефтепроводов. Для развития металлургии. Наша страна практически обеспечена сырьём.(3мин). Учитель химии: Ребята, вспомните – в каком виде встречаются металлы в природе? (самородные Au, Ag, Au, в виде руд, оксидов – и т.д.). (2мин). Лабораторная работа (в тетради), коллекция горных пород, кадр – мультимедиа.(кадр№3 ,№5) (5мин.) Цель работы: Рассмотреть важные руды, используемые для получения Al. Записать формулы, отметить внешние признаки (таблица). (коллекция на каждом столе) Ученик: Сообщение о цветной металлургии (именно об Al) (3 мин). Учитель географии: 1. В каком виде алюминий встречается в природе? а) (Только в виде соединений) алюмосиликаты (соли, образованные оксидами алюминия и кремния щелочные и щелочноземельные металлы. Входят в состав полевого шпата, минералов и глины.) б) Бокситы – Al2O3 – оксид алюминия. в) Корунд - Al2O3 – (3мин.) Ученик (сообщение): Оксид алюминия – наиболее устойчивое соединение. Он многолик – красный, синий, зелёный, оранжевый, жёлтый, более 40 оттенков. Наиболее драгоценные – рубины и сапфиры – окраска обусловлена различными примесями: Cr3+ - красный цвет камня (рубин), Ti+4 и Fe2+, Fe3+ - синий цвет (сапфир). Это разновидности благородного корунда (наряду с алмазом и изумрудами, занимает высшее место в классификации драгоценных камней). (кадры мультимедиа№5,экономическая карта России). (2мин). г) Глинозём ( Al2O3) д) Алюминаты благородная шпинель (украшает исторические реликвии – корону Российской империи хризоберилл (драгоценный камень) (4мин). 2. Какое место по распространённости в земной коре занимает алюминий? (третье после кислорода и кремния – 9% по массе). 3. Какие минералы, имеющие вулканическое происхождение, образует алюминий? (2мин). Ученик: Типичный продукт затвердения расплавленной магмы – гранит – слагается из 3-х минералов: полевого шпата, слюды, кварца. Преобладает в граните полевой шпат (KAlSi3O8), который как и слюда принадлежит к числу наиболее распространённых в вулканических породах минералов, объединяемых под общим названием – алюмосиликаты. (коллекция полезных ископаемых, у каждого на столе). (3мин). 4. Как называется естественный процесс химического разрушения алюмосиликатов, поднявшихся при извержении из недр земли? Учитель географии: Выступая на поверхность земли и приходя в соприкосновение с атмосферой, изверженные породы подвергаются действию тепла, холода, а также химическому влиянию атмосферных реагентов – кислорода, углекислого газа и воды. В результате начинается медленный процесс химического разрушения алюмосиликатов – выветривание. Из алюмосиликатов выветриваются щелочные и щелочноземельные металлы и они превращаются в каолин (Al2O3·2SiO2·2H2O). Каолин и глина, как и песок, осадочная порода – бурая окраска примеси окислов железа и марганца. (3мин). 5. Каков конечный продукт выветривания алюмосиликатов в умеренном климате? (2мин). Ученик: Глина – конечный продукт выветривания алюмосиликатов в умеренном климате. 6. Каков конечный продукт выветривания алюмосиликатов в тропическом и субтропическом климате.? (2мин). Учитель географии: В тропическом и субтропическом климате разрушение алюмосиликатов идёт с отделением алюминия в виде гидроксидов. Их состав – Al2O3·2H2O – это материал – минерал для металлургии – боксит – они осадочного происхождения, внешне похож на глину, не пластичен, цвет – обожжённый кирпич - из-за примеси Fe2O3. (коллекция полезных ископаемых). 7. Какие минералы алюминия вам известны, имеющие промышленное значение? Покажите их местонахождение на карте.(экономическая карта России). (2мин). Ученик: В результате выветривания образовались залежи бокситов на западном и южном склонах Урала, тянутся до степей Северного Кавказа. Месторождение нефелина на Кольском полуострове, в Красноярском крае, Кемеровской области. (экономическая карта). (2мин). Учитель химии: Вместо бокситов в промышленности часто используют нефелин (NaAlSiO4) – он легко расщепляется кислотами с отделением кремния в виде кремнезёма. Важный минерал криолит3NaFAl F3 – используют для производства алюминия. (кадры мультимедиа№4,№5) (20 мин). Ученик: История открытия алюминия (творческая работа в группах, работа с дополнительной литературой). В 1754 г. была найдена основа квасцов – глинозём. А.Л.Лавуазье обнаружил в ней Al2O3 (оксид алюминия), но выделить в чистом виде не сумел. 1825 г. Х.К.Эрстед (Дания) получил алюминий в чистом виде, используя калий – в виде амальгамы. Но какой получили продукт – точно не выяснили. 1827 г. Ф.Велер (Германия) взял чистый калий, как восстановитель, получил алюминий в порошкообразном виде, а вот превратить его в слиток не смог. 18 лет упорного труда позволили учёному приготовить алюминий в виде гранул размером со спичечную головку. Новый металл был красивым и походил на серебро, но был лёгким. Эти свойства позволили алюминий высоко оценить и определить его стоимость. В XIX – XX вв. алюминий ценили выше золота. Ученик: (6мин). Н.Г. Чернышевский – назвал алюминий - «металл социализма». Четверть века он оставался музейной редкостью. Впервые из него изготовили (латы) декоративные кирасы – для личной охраны (кирасир) Наполеона III и игрушек для его наследника. Современный способ получения алюминия (после чего наладили массовое производство) изобретён американцем И.Холлом и французом П.Эру в 1886 г. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в растворе криолита. Криолит расплавляет оксид алюминия – как вода растворяет сахар. При этом оксид алюминия – как электролит, а криолит – как растворитель. Катод – чистый алюминий, анод – кислород. После этого открытия алюминий подешевел и приобрёл всеобщую популярность. Первенцем алюминиевой промышленности в нашей стране стал Волжский алюминиевый завод (комбинат), он дал первые слитки 14 мая 1932г. Важнейшим сырьём для производства оксида алюминия – служат бокситы. (6мин.) II Технология электролиза: Учитель химии: В разработке промышленного способа получения алюминия электролизом внёс большой вклад русский химик технолог П.П.Федотьев. При электролизе расплава, содержащего раствор оксида алюминия в Na3AlF6 (криолита) на катоде образуется жидкий алюминий Al3++3e Alo Анодом служат угольные стержни на их поверхности образуется угарный газ (СО) и углекислый газ (СО2), поэтому материал анода постоянно расходуется, и анод нужно постоянно обновлять. Для электролиза необходим оксид алюминия чистый без примесей FeO4 и SiO2 (оксид железа и оксид кремния) (эти примеси понижают свойства алюминия – его пластичность и стойкость к коррозии). Очищение от этих оксидов сложный процесс: а) щелочное сплавление исходного материала б) растворение продуктов сплавления в воде в) отделение из раствора кремниевой кислоты и гидроксида железа (III) и осаждение с прокаливанием Al(ОН)3 – гидроскида алюминия (6 мин). Работа электролизёра: (таблица, кадры фильма) Стальная ванна прямоугольной формы внутри выложена огнеупорным кирпичом и блоками из угольной массы. В нижние блоки закругляются расплавленный алюминий – это катод. Над слоем жидкого алюминия находится расплавленный электролит, в который сверху опущен угольный анод, он постепенно сгорает, его наращивают, загружая в алюминиевый кожух анода углеродистую массу . (6мин). Ученик: Производство обожжённых анодов является естественным в России на РУСАЛе и включает три технологические линии производительностью 110 тыс.тонн обожжённых анодов в год (кадр презентации 3, 4). (3мин). Учитель химии: Сверху и со стороны боковых стенок электролит вследствие охлаждения воздухом – застывает, образуя сплошную корку. Электролизёр работает непрерывно, но Al2O3 загружают в ванну порциями через 2 суток. Накопившийся алюминий сливают в ковш, из которого предварительно откачивают воздух. Жидкий алюминий по трубе засасывают в ковш, а затем из него разливают по формам. (8мин.) Ученик: На РУСАЛе 47% электролизеров работают в режиме автоматизированной подачи глинозёма в электролит, это обеспечивает выход качественного алюминия – продукция пользуется большим спросом в России, СНГ, Великобритании, Франции, Японии и др.странах. (7 мин). Ученик: Для производства алюминия необходимо много электроэнергии на 1 т алюминия расходуется 15000 квт·ч. Чем мощнее электролизёр, тем меньше расходуется энергии, легче механизировать отдельные стадии производства, выше производительность труда. Волховский алюминиевый завод им. С.М.Кирова – на базе Волховской ГЭС, Днепропетровский алюминиевый завод – на базе Днепропетровской ГЭС, РУСАЛ с с 1985 г. – на базе Саяно-Шушенской ГЭС, Красноярский алюминиевый завод – на базе Красноярской ГЭС, Саянский алюминиевый завод создан на базе электроэнергии Саяно-Шушенской ГЭС, расположен в республике Хакасия на расстоянии 58 км от электростанции. Кадры СШ ГЭС (5 мин). С 2003 г. на РУСАЛе действует программа по повышению силы тока на 13 килоампер, это позволит получить более 12 тыс.тонн дополнительного алюминия. С 2003 г. установлено 15-18 новых электролизёров, что обеспечивает прибыль металла на 5,5 тыс.тонн. С 2004 г. введено строительство ещё восьми электролизёров. С 2004 г. – запущен новый мощный в России электролизёр на 300 КА. (рис. 1.2.3 ст.16 презентация) РУСАЛ обеспечивает выпуск 330 тыс.тонн алюминия в год. (рис.2кадры презентации). РУСАЛ проектирован и построен как наиболее чистое в экологическом отношении предприятие. (3мин.) Ученик: Особое внимание отведено решению экологических проблем. Очистка газов электролиза – производится на современных установках «сухим» способом «Флект» производительностью 940 тыс.м3/час с КПД по фтору и пыли 98,5%. В цехе электролиза алюминия работает семь комплексных пылезащитных установок 58 аспирационных систем улавливания пыли. Переделка обожжённых анодов – осуществление установками мокрого типа производительностью 230 тыс.м3/час, работают две газоочистки, 34 аспирационные системы, обеспечивающие улавливание по фтористому водороду на 98%, оксида серы 9%, пыли 8%. Удельный вес загрязняющих веществ от ТЭС в общем объёме выбросов завода составляет 35%. Система водоснабжения канализации, шлакоудаление полностью исключает сброс неочищенных стоков в водоём. РУСАЛ – возвёл санитарно-защитную зону на площади 53 га, это больше 40 тыс. клёнов, вязов и др. деревьев, призванных преграждать дорогу пыли, очищать и обновлять атмосферу. (10мин.) Заключение – итог урока: Учитель физики: (предлагается решение задач на закон Фарадея) Решение задач на тему «Электролиз»: 1. Ток силой 10 А пропускался через раствор сульфата меди (II) 2 часа. Какова масса выделившейся меди? 2. Определите силу тока, зная, что при пропускании его в течении часа через раствор нитрата серебра образовалось 20 г серебра. 3. При пропускании тока силой 1,5 А в течении 2 часов на катоде выделилось 3,556 г металла. Определите, какой это металл? 4. Электролиз раствора сульфата меди (II) проводили с платиновыми электродами в течении 20 мин. При силе тока 5 А. Какая масса меди выделяется на катоде? Учитель химии: (предлагаются задачи, составленные учащимися с использованием НРК.) 1.На СААЗе алюминий получают из глинозема, который поставляет Индия (Гвинея). Договор заключен на 25 лет – это сырье качественнее и дешевле глинозема Николаевского и Ачинского. Рассчитать какую массу алюминия можно получить из такого глинозема, составной частью которого является оксид алюминия, массой 300 тонн, содержащего 20 % примесей, если практический выход алюминия составляет 80 %. 2. Николаевский глинозем используют для получения алюминия электролизом в расплаве. Выделившийся на аноде кислород окисляет графитовый анод, образуя углекислый газ. Какая масса алюминия было получена, если в результате реакции на аноде собран газ объемом 67,2 л (н. у.) 3. Алюминий впервые получил в 1825г. Х Эрстэд( он использовал реакцию восстановления хлорида алюминия металлическим калием). В 1855г. на Всемирной парижской выставке был продемонстрирован первый слиток алюминия ,а уже через год для получения алюминия был приманен электролиз хлорида алюминия .Сейчас промышленный способ получения этого металла –электролиз оксида алюминия, растворенного в расплавленном криолите, комплексной соли состава Na3 (AlF4).Рассчитайте объем(при н.у.)кислорода, который выделяется при получении этим способом 1 т алюминия. (32 мин). Домашнее задание: 1. Приготовить презентацию – рекламу алюминия. 2. Задачи расчётные с использованием материала НРК. 3. Экскурсия на РУСАЛ. (запланировать) 4.Решение задач на тему «Электролиз»Н.М.А.(Новосибирская Медицинская Академия) Литература: 1.Приготовить презентацию-рекламу алюминия. 2. Настольная книга учителя, автор ОС Габриелян. 3.Сборник задач по химии для поступления в ВУЗ, автор Г.П.Хомченко. 4.Учебник химии 9класс,автор Ф.Г.Рудзитис. 5.Учебникхимии9класс,авторЮ.В.Ходаков,П.А.Глориозов. 6. Химия -пособие- репетитор, автор А.С.Егоров. |