Разработка открытого урока по химии в 9 классе по теме "Сплавы"

Тема: Сплавы.

Цель: углубление понимания   понятия «сплав», ознакомление с их свойствами и областями применения.

Задачи:

Образовательные: углубить понятие о сплавах, познакомить с их классификацией и  свойствами;  познакомить с важнейшими сплавами их значением в  жизни общества и преимуществом сплавов перед чистыми металлами;

Развивающие: развивать умение делать выводы; развивать логическое мышление и кругозор учащихся; обучать  и  развивать  умение  самостоятельного  поиска  необходимой  информации

Воспитательные: воспитание чувства патриотизма и эстетического вкуса.

Тип урока: усвоение новых знаний.

Методы: рассказ учителя, лабораторная работа учащихся, индивидуальные выступления учащихся.

Оборудование и реактивы: коллекции  «Сплавы черных и цветных металлов»,  учебная презентация «Сплавы», раздаточный материал к уроку.

Ход урока.

1.     Организационный момент.

Проверка готовности к уроку учащихся, наличие журнала. Выявление отсутствующих на уроке, причина.

       Различные интеллектуальные и спортивные конкурсы, соревнования и марафоны награждают своих победителей медалями. И всем известно, что за первое место вручается медаль золотая, за второе - серебряная и за третье место - бронзовая.  Из чего состоят медали победителей? – металлов. Какие это металлы, какими свойствами они обладают, каково их содержание в медали… На эти и многие другие вопросы мы постараемся ответить в течение нашего урока.

2.       Проверка знаний.

Прежде чем перейти к новой теме, повторим некоторые вопросы прошлой урока: 2 человека у доски, остальные работают устно.

1.  Где элементы -  металлы расположены в периодической системе?

2.  К каким электронным семействам относятся элементы – металлы?

3.  Расскажите об особенностях строения атомов металлов.

4.  Чем образована кристаллическая решетка металлов?

5. Какими физическими свойствами характеризуются металлы, и чем они обусловлены?

6.  Почему в химических реакциях металлы выступают в роли  восстановителей?

7.  Как определить активность металла? 

8.  Допишите уравнения возможных реакций:

       Zn + CuSO₄ →

       Mg + H₂SO₄ →

9. Осуществите превращения по схеме:

                CaО

                 ↑

CaCl₂ ← Ca  →  Ca (OH)₂

        Итак, все металлы имеют общие черты в строении атомов, в свойствах, но при этом есть и некоторые отличия. Человек давно обнаружил  эти свойства металлов и научился их использовать. Но редко встречаются изделия, состоящие из чистых металлов. А из чего состоят окружающие нас металлические предметы? (сплавов)

3.       Объяснение нового материала.

1.   Целеполагание.

Итак, тема нашего урока «Сплавы».

      Цель урока:    познакомиться с понятием «сплав», изучить их состав, классификацию,  значение   и  применение   в  жизни  общества. 

И  в  конце урока  вы  должны  будете  ответить  на  один  вопрос:  «Почему  с  течением времени  человечество  перешло  от  использования  чистых  металлов  к использованию сплавов?»

2.   Понятие «сплав».

Давайте  подумаем,  с  чем  ассоциируется  у  вас  слово  сплав.  (Сплавление чего–либо  между  собой). 

Сплавы - это материалы с характерными металлическими свойствами, состоящие из двух и более компонентов, из которых, по крайней мере, один - металл.

Как получают металлы?

–сплавлением при высоких температурах.

Оказывается, что при сплавлении различных металлов строение их изменяется: расстояние между атомами в узлах кристаллической решетки либо уменьшается, либо, наоборот, увеличивается

Считается, что при этом появляются дополнительные силы, скрепляющие атомы в кристалле. Вот почему сплавы обычно более прочные, чем чистые металлы.

3.   Классификация сплавов.

Существует несколько классификаций сплавов, в зависимости от структуры, свойств и состава сплава.

1.     По свойствам:

- легкоплавкие (сплавы олова, свинца, ртути и цинка)

- тугоплавкие (вольфрамовые, титановые сплавы)  

- коррозийно-устойчивые (стали, медные и магниевые сплавы).

2. По основному компоненту:

    - черные (основной металл – Fe) – стали, чугуны.

    - цветные (в качестве основного компонента другие металлы) – сплавы меди, никеля, цинка, драгоценных металлов и др.

3. По строению:

    - Механическая смесь.

Расплавленные  металлы  смешиваются между  собой  в  любых  соотношениях, но  при  охлаждении  образуется  не твердый  раствор,  а  сплав,  состоящий  из  мельчайших  отдельных кристалликов  каждого  из  металлов.  Например,  свинца  и  олова,  свинца  и серебра, висмута и кадмия. (металлы в расплавленном состоянии смешиваются между собой, при этом сохраняя свою кристаллическую решетку)

    - Твердый раствор.

Такие сплавы получаются,  если  расплавленные  металлы  неограниченно   растворяются  друг  в  друге,  то  есть  смешиваются  в  любых соотношениях.  Компонентами  могут  быть  металлы,  кристаллические решетки  которых  одного  типа,  а  атомы  мало  различаются  по  размеру. Например, золото и  серебро,  серебро и медь, медь и никель. Такие  сплавы  содержат  в  узлах  кристаллической  решетки  атомы  обоих металлов, а потому они однородны и называются твердыми растворами внедрения. При существенном различии значений атомных радиусов, образующих сплав, атомы металла с меньшим радиусом размещаются в пустотах кристаллической решетки другого компонента. Примером такого сплава может служить сталь. Такие сплавы называются  твердым раствором внедрения.

    - Интерметаллическая смесь.

Такие сплавы получаются, если расплавленные металлы вступают  во  взаимодействие  и  образуют  между  собой  химические соединения. Например, медь и цинк, Кальций и сурьма, свинец и натрий.

Физкультминутка.

А теперь,  чтобы активизировать работу головного мозга выполним несколько упражнений для наших пальчиков. Оказывается, тренировка тонких, дифференцированных движений пальцев является стимулом для развития речи, и мощным тонизирующим фактором для коры головного мозга в целом.

1. Растирание рук, массаж всех пальцев. Надавливаем на суставы пальцев с боков, а также сверху – снизу.

2. «Колечко» - поочередно и как можно быстрее ребенок перебирает пальцы рук, соединяя в кольцо с большим пальцем последовательно указательный, средний и т. д. в прямом и обратном порядке.

4.   Примеры сплавов.

Рассмотрим состав и области применения различных сплавов. (Выступление учащихся со своими презентациями). В процессе выступления учеников остальные учащиеся записывают названия сплавов и их основные характеристики.

Сталь.

Состав: Сталь сплав железа и углерода (0.04 – 2%), и добавок марганца(0.1 – 1%), кремния(0.4%), серы(0.08%), фосфора(0.09%), если сталь легированная, то в нее  добавлены  хром  и  никель. 

Свойства: Она прочная, легкая, коррозионностойкая. 

История получения: В старину она считалась драгоценным металлом. Из нее в первую очередь делали оружие. Самым знаменитым был булат.  Его  родина  –  Индия.  До  19  века  сталь  считалась  исключительно оружейным сплавом, но в 1830  году в Англии из нее стали делать бытовые предметы:  шкатулки,  подносы,  портсигары. 

Применение: В  20  веке  из  стали  начали изготавливать светильники, и даже барельефы. Сталь с различными видами обработки может иметь золотой, красный, синий, зеленый, оранжевый цвет.  Сталь    -  основа  современной  техники.

Чугун.

Состав: Чугун  сплав  железа  и  углерода  (2  -4.5%), с  добавками  марганца  до  3%, кремния  до  4.5%,  серы  до  0.08%,  фосфора  до  2.5%.    

Свойства: Чугун значительно тверже железа, обычно он очень хрупкий, не куется, а при ударе разбивается.

История получения: Чугун  сыграл  важную роль  в  развитии  изобразительного  искусства  и  архитектуры.  В  России  его применение в архитектуре  началось с литых столбов, которые производили заводы  Демидова  на  Урале.  Изобретение  данного  сплава  стало  причиной революции  в  мостостроении.  Вообще,  литье  из  чугуна  –  самостоятельный вид  искусства.

Применение. Этот сплав применяется для изготовления различных массивных деталей методом литья, так называемый литейный чугун и для переработки в сталь - передельный чугун. Но  данный  сплав,  в  силу коррозионной  стойкости  и  прочности  применяется  также применяется и  для  изготовления кухонной утвари.

Бронза.

Состав: Сплав на основе меди с добавкой ( до 20% ) олова.

Свойства: Бронза твёрже меди, устойчива на воздухе, хорошо перерабатывается в различные изделия, но более легкоплавка.

История получения: Историками  установлено,  что  в  период  Древнего  царства  в  Египте ремесленники  применяли  только  медные  инструменты.  Но  некоторые свойства меди не удовлетворяли потребности мастеров, поэтому  с конца 4-го тысячелетия  до  нашей  эры  стали  появляться  бронзовые  изделия.  Ее  секрет раскрыли китайцы, впервые  ее  получившие. С   этого момента  начинается в истории бронзовый век. Наряду  с  изготовлением  орудий  труда  и  изделий  культового назначения уже в глубокой древности из бронзы начали отливать скульптуру. 

Первая из них появилась в 3 тысячелетии  до нашей эры в Месопотамии. Это была статуя местного божества. В России из бронзы лились даже колокола. Из нее отлиты знаменитые Царь – колокол и Царь – пушка. Знаменитое чудо света - Колосс Радосский также был отлит из бронзы. В Казахстане также найдены предметы древней казахской культуры, которые хранятся в музеях Алматы.

Применение: Бронза хорошо отливается, поэтому используется в машиностроении, где из нее изготавливают подшипники, поршневые кольца, клапаны, арматуру и т. д. Используется также для художественного литья.

Мельхиор.

Состав: Мельхиор представляет собой соединение меди и никеля, причем процент никеля составляет 29 – 33%, иногда с добавлением серебра.     

Свойства: обладает высокой коррозийной устойчивостью и твердостью. Также внешне очень схож с чистым серебром.

История получения: Был  получен с целью создания боле дешевой альтернативы серебру, и в отличие от первого не  стирается,  так  как  более  прочный. 

Применение: Мельхиор  служит  материалом для изготовления  посуды,  столовых  приборов,  из  него  чеканили  монеты.  Это прочный материал, легкий в обработке. Благодаря хорошим декоративным качеством часто используется для изготовления украшений и предметов искусства.

Дюралюминий.

Состав: состоит   из  алюминия  и  меди  6  –  8%.  С  добавками  магния, марганца,  кремния. 

Свойства: Медь  добавлена  в  сплав  для  придания  ему  большей мягкости, что упрощает его обработку, а так же для прочности. Более коррозийно-устойчив и прочен  по - сравнению с алюминием. Имеет хорошие механические свойства.

История получения: был создан как хорошая альтернатива алюминию благодаря высокой прочности и твердости.

Применение: Используется как  строительный  материал,  для  изготовления  легких  и  прочных конструкций, а так же в современном  машино- и авиастроении.

5.   Лабораторный опыт: «Изучение свойств чистых металлов и их сплавов».

У вас на столах лежат небольшие коллекции с различными металлами и сплавами. Рассмотрите выданные образцы, найдите среди них чистые металлы и сплавы и сравните их свойства (по твердости, окисляемости, внешнему виду).         Сделайте вывод о свойствах сплавов и чистых металлов.

        Вывод: сплавы металлов отличаются по свойствам от чистых металлов, из которых они изготовлены. Сплавы более твердые, прочные и устойчивы к окислителям.

?  А с какими сплавами и где в жизни встречаетесь вы?

?  На каких свойствах основано их использование?

Выводы:

А теперь вернемся к началу нашего урока и ответим на вопрос: «Почему же люди стали использовать сплавы?»

Ученики отвечают на вопрос, предлагают свои варианты.

1.  Сплавы  обладают  различными  свойствами,  поэтому  есть  возможность создать сплав с нужными свойствами.

2.  Не  смотря  на  то,  что  в  состав  сплавов  входят  металлы,  обладающие определенным  набором,  но  свойства  сплава  сильно отличаются от свойств  компонентов, входящих в него, что особенно ценно.

4.       Закрепление.

Сплавы  

1.     Сплав на основе железа.

2.     Процесс разрушения металлов под действием окружающей среды.

3.     Металл, сплавы которого используются в самолетостроении.

4.     Самый тугоплавкий металл, придающий сплавам жаропрочность.

5.     Родина знаменитого сорта стали – булата.

6.     Медный сплав, применяемый в моторостроении.

1.   Золотая медаль предстоящих Азиатских игр весит 340 граммов. Известно, что она на  99,88%  сделана из серебра с небольшим напылением   золота. Рассчитайте какова масса золота в медали? Можно ли золотую медаль действительно считать золотой? (0,4 г) (Серебряная медаль также имеет вес 340 граммов, а бронзовая изготовлена из литейной латуни, и весом она 520 граммов).

2.   Мельхиор – сплав, содержащий 80% Сu и 20%  Ni. Сколько нужно взять Сu и Ni для производства 25 кг мельхиора?

3.   При  действии  избытка  соляной  кислоты  на  60  г  сплава меди  и  цинка  выделился  газ  объемом  1,12  литра.  Найдите массу металла, растворившегося в кислоте и массовые доли металлов в сплаве.

4.   (работа на местах) При действии соляной кислоты на 500  г сплава серебра и магния  выделился  газ,  объемом  112  литров.  Найдите массу металла, растворившегося в кислоте и массовые доли металлов в сплаве.

5.   (работа на местах) При действии разбавленной серной кислоты на 10 г сплава меди  и  алюминия,  выделился  газ,  объемом  1,24  литра. Найдите массу металла, растворившегося в кислоте и массовые доли металлов в сплаве.

6.       Первоначальная проверка знаний.

Самостоятельная работа (дифференциация).

Уровень «А» - тест.

Уровень «Б» - дописать уравнения возможных реакций.

Уровень «С» - осуществить превращения по схеме.

7.       Итоги урока, домашнее задание.

§ 9.4, № 1,2,5 (устно), 6 (письменно). Мы рассмотрели далеко не все сплавы, поэтому предлагаю подготовить сообщения о тех сплавах,   которые мы сегодня не рассматривали.

8.   Рефлексия.

Ø Что было особенно интересно?

Ø Где вам могут пригодиться знания, полученные сегодня на уроке?

Ø С каким настроением вы заканчиваете урок?

Выбрать смайлики:

      веселое                              грустное                             устали

Подводя итоги, я бы хотела пожелать, чтобы каждый из вас в жизни достиг своей золотой медали.

Приложение.

Уровень «А»

1 вариант.

1. В свободном виде в природе встречаются:

     а) цинк, магний;                           б) натрий, калий;
     в) серебро, медь;                          г) железо, алюминий.

2.  Контакты некоторых радиодеталей покрывают слоем золота для

     а) повышения прочности;          б) для защиты от радиопомех;

     в) предохранения от окисления.

3. Какой металл нельзя получить электролизом раствора его хлорида?

     а) никель;           б) медь;               в) калий;             г) серебро.

4.  Какой из приведенных ниже металлов самый мягкий?

     а) серебро;        б) никель;          в) калий;             г) железо.

5.  Никелирование – это процесс покрытия металлов или сплавов:

     а) оксидом никеля;                    б) никелем;
     в) гидроксидом никеля;             г) хромом.

6. Какой из перечисленных металлов входит в состав бронзы;

    а) никель;           б) медь;               в) калий;             г) серебро.

2 вариант.

1.К металлам не относится последовательность элементов:                                                   

     а) Са, Zn, Cd;        б) Ti, Cr, Мn;                 в) В, As, Те.

2. В электротехнике для производства ламп накаливания используют вольфрамовую нить, поскольку этот металл обладает наибольшей:

     а) электропроводностью;                       б) теплопроводностью;                                       

     в) тугоплавкостью;                                  г) ковкостью.

3. С водой при нагревании не будет взаимодействовать:                                            

     а) кальций;        б) медь;       в) алюминий;        г) натрий.

4. В кристаллическом состоянии атомы металлов связаны:                                           

     а) ионной связью;       б) донорно-акцепторной;     в) металлической.

5.  Какой из перечисленных ниже металлов самый легкий?

     а) алюминий;         б) цинк;           в) медь;              г) серебро.

6. Основным компонентов стали и чугуна является:

    а) алюминий;          б) цинк;           в) медь;              г) железо.

Уровень «В»

В процессе получения сплавов используют металлы, которые выделяют из руды. Составьте уравнения получения металлов:

         а) Cr₂O₃ + Al →                     б) CuO + H₂ →                        

         в) NaCl –^{электролиз} →               г) FeO  _­+ C   →

Уровень «С»

Для производства стали необходимо железо, которое получают из руды. При этом происходят следующие процессы:

                     _{+A                         +Б}                  

          FeS     →      FeO    →    Fe,

Веществам А и Б соответствуют:

   а) H₂O, H;                              б) O₂, C;

   в) CO₂, C;                               г) O₂, H₂O.

Составьте уравнения соответствующих реакций.