Муниципальное
бюджетное общеобразовательное учреждение «Лицей»
Тема урока:
«Производство алюминия» (интегрированный урок –
химия, география, физика.)
Выполнил: учитель
химии Иванова Л.М.
г. Черногорск
2014
год.
Урок: Тема «Производство алюминия ».
(интегрированный урок)
«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
Свойства
алюминия
|
Области
применения
|
Изготовление проводов
|
Производство бенгальских огней
|
Алюмотермия
|
Изготовление фольги
|
Самолётостроение
|
Сварка стальных изделий
|
Производство посуды
|
Пластичен
|
*
|
Р
|
П
|
|
*
|
В
|
*
|
Устойчив к коррозии
|
*
|
А
|
Т
|
|
*
|
Ф
|
|
Взаимодействие с оксидами металлов
|
У
|
К
|
|
С
|
Б
|
|
А
|
Лёгкий
|
*
|
В
|
П
|
Г
|
|
Ф
|
*
|
Проводит электрический ток
|
|
И
|
С
|
А
|
Н
|
Б
|
К
|
Порошок сгорает ослепительными вспышками
|
П
|
|
Ю
|
В
|
К
|
Т
|
А
|
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.
Приложение:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.