Урок химии 11 класс Тема: «Химико-технологические принципы промышленного получения металлов. Производство чугуна и стали»
план-конспект урока по химии (11 класс) на тему

Урок химии  

11 класс

Тема: «Химико-технологические принципы промышленного получения металлов. Производство чугуна и стали»

Тип урока: 

 Урок усвоения новых знаний.

Цель урока:

Образовательная – ознакомить учащихся с производством чугуна и стали, изучить химические процессы при получении стали и чугуна,  свойства чугуна и стали и  их применение.

Развивающая – развить у обучающихся способность анализировать, сравнивать, вести конспект, развивать внимание, делать выводы;  развивать познавательный интерес к предмету, ценностное отношение  к химии как науке и учебному предмету.

Воспитательная – воспитывать ответственность, самостоятельность,  формировать коммуникативные и деловые качества обучающихся при организации работы в парах. воспитывать уважение к труду и к людям труда, ознакомить учащихся с профессиями на металлургическом производстве чугуна и стали.

Методы: объяснительно-иллюстративный (рассказ с элементами беседы, демонстрация презентации по теме урока); частично-поисковый (самостоятельная работа учащихся с текстом учебника, справочника, учебного пособия),  исследовательский при заполнении таблицы и чтении схем.

Форма проведения урока - ролевая игра.

Основные понятия: чугун, сталь, доменная печь, кислородный конвертер.

Оборудование и реактивы:

компьютер, мультимедийный проектор, презентация по теме урока; таблицы «Плавка чугуна в доменной печи», «Выплавка стали в кислородном конвертере»; настольные таблички с указанием названий  отделов;

коллекции «Металлы», «Основные виды промышленного сырья»; видеофильм «Производство чугуна и стали»;  предметный столик, гвоздь, сверло, замок; тестовые материалы «Производство чугуна и стали».

Используемые учебники и учебные пособия: 

Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия  11 класс. Учебник для общеобразовательных учебных заведений. Москва, «Просвещение», 2014г.

Новый политехнический словарь, Москва, научное издательство «» Большая Российская энциклопедия, 2000г.

Структура урока

1. Организационный момент.
2. Мотивация учебной деятельности обучающихся.
3. Определение темы, цели, задач урока. Совместное планирование учебной деятельности.
4. Актуализация опорных знаний учащихся.  Проверка домашнего задания.
5. Изучение нового материала.
6. Первичное закрепление усвоенного материала.
7. Контроль, проверка понимания усвоенного материала.
8. Дифференцированное домашнее задание, инструктаж  по его выполнению.
9. Подведение итогов урока.
10. Проведение рефлексии.

Ход урока

1. Организационный момент.

Приветствие. Определение готовности обучающихся к уроку. Позитивный настрой на урок.

Перед вами открытая тетрадь, ручка и готовность работать на уроке.

2. Мотивация учебной деятельности обучающихся.

Как писал французский философ А.Дюрер «благодаря истинному знанию ты будешь гораздо смелее и совершеннее в каждой работе, нежели без него», а по поговорке «знающий спасется от любой беды, невежда попадет в тысячу несчастий». А вы как считаете?

Как давно вы читали сказки? Как говорится, сказка ложь, да в ней намек. Внимательно слушаем, т.к. в ней ключик ко многим вопросам урока.

«Чугун и Сталь»

сказка Евгения Андреевича Пермяка.
         Пролилась огневой струей из жаркой печи горячая Сталь. Засверкала золотыми звездами, остыла дорогими слитками и зазналась. Перед серым Чугуном так стала себя выхвалять, что тот чуть не изоржавел со стыда.

— Я, — говорит Сталь, — нержавеющая, нетемнеющая, хитро сваренная! Как алмаз крепка, как змея гибка. Закалюсь — не отколюсь! Пилить, сверлить, резать — все могу, на все пригодна. Хочешь — булатом стану, хочешь — иглой! Мостом лягу. Рельсами побегу. Машиной заработаю. Пружиной совьюсь. А ты что, Чугун? На сковородки, на утюги только и годен. Ну да разве еще на станины второсортные да на шестерни молотильные! Не ковок, не ловок, хрупок, как лед. Не модный металл.

Говорит так Сталь, на весь цех себя славит. И самолетом-то она полетит, и кораблем-то поплывет, и чем только, чем она не станет… Даже перо писчее не забыла. Часовую стрелку и ту не пропустила. Все перебрала. Столько наговорила про себя, что в семи коробах не свезти. Но ничего лишнего не прибавила. Была в ее стальном звоне правда.

Конечно, Чугуну далеко до Стали. Только об одном ей забывать не надо бы: о том, что Чугуну она родной дочерью доводится, что она ему своей жизнью обязана…

3. Определение темы, цели, задач урока. Совместное планирование учебной деятельности.

СЛАЙД №1.    Как вы поняли из сказки тема урока «Производство чугуна и стали» (запись в тетрадь). Определяем цели и задачи урока. Исходя из этого, составляем совместный план урока.

Для систематизации информации на уроке будет использован метод «кластер». Понятие «кластер» переводится как «гроздь, пучок».

             Форма проведения урока - ролевая игра.

4. Актуализация опорных знаний учащихся.  Проверка домашнего задания.

Каждый из вас подготовил определенную роль. Насколько дружно и слажено будем работать на уроке, настолько будет нам с вами интересно и познавательно. Многие из вас подготовили презентации, которые мы объединили в одну большую.

    Постановка проблемных вопросов. Посмотрите, пожалуйста, на предметный столик. Здесь: гвоздь, сверло, замок.  Предлагаю вам ответить на ряд вопросов. Из чего они изготовлены? Кем? Как? Что у них общего? Почему эти предметы сегодня на уроке химии?

 Место действия - металлургический комбинат,  на расширенном производственном совещании которого присутствуют студенты.

У учителя две роли - руководителя производственной практики студентов и директора металлургического комбината. У учащихся – роль студентов и одновременно сотрудников различных служб металлургического комбината.  Студенты ведут дневники производственной практики (краткий конспект урока), в конце сдают письменный зачет руководителю практики (тестовая работа).

5. Изучение нового материала.

Директор металлургического комбината: Уважаемые коллеги! Сегодня  у нас необычное заседание. На нашем заседании присутствуют студенты. Проведем для студентов небольшой исторический и учебный экскурс, ведь  многие из них после окончания вуза приедут к нам работать.

Задание отделу статистики: найдите, пожалуйста, определение «металлургия» и «железная руда», используя материал учебника (§ ) и политехнического словаря.

Пресс-секретарь. Первые печи для выплавки железа имели 2 отверстия: вверху и внизу. На дно такой печи насыпали древесный уголь, а затем слой руды и снова уголь. Уголь поджигали и продували через печь воздух, раздувая пламя мехами. Углерод восстанавливал железо из руды.

СЛАЙД № 2. В древности железо получали также в «сыродутных» печах, которые на самом деле представляли собой просто прорытые в толще глины норы. Такие «норы» выходили одним концом на склон оврага, и горение угла в печи поддерживалось ветром.

СЛАЙД № 3. Пользовались еще «волчьими ямами» - домницами (от славянского слова «дмути» - дуть), которые вырывали в земле.

СЛАЙД № 4. Сыродутным способом получали «крицу» - лепешку «мягкого» железа, в котором почти не было примеси углерода. Тепло от горения древесного угля не хватало для того, чтобы металл расплавлялся полностью. Поэтому крица захватывала примеси шлака – расплавленной пустой породы. От него избавлялись в кузнице, выбивая молотом.

Директор. Может быть возникли вопросы? Нет, тогда передаем слово отделу статистики.

Отдел статистики. Металлургия - это раздел науки, техники, который охватывает процесс получения различных металлов из руды или иных материалов, а также все процессы, имеющие связь с трансформацией химического состава, свойств и структуры сплавов. http://fb.ru/article/220705/metallurgiya---eto-otrasli-metallurgii-predpriyatiya-i-ih-razmeschenie

 Железная руда – это минеральное образование, основным компонентом которого является железо.

СЛАЙД № 5. Добыча железной руды – одна из ведущих отраслей производственного комплекса в России. Несмотря на этот факт, наша страна добывает только 5,6% от общей добычи руды в мире.

СЛАЙД № 6. Самый большой в мире карьер, добывающий руду открытым способом, находится в Белгородской области.

СЛАЙД № 7. Посмотрите на карту запасов железной руды в России:

Карта запасов железной руды России

Всего же мировые запасы составляют более 160 миллиардов тонн. По предварительным подсчётам, содержание чистого железа может доходить до 80 миллиардов тонн.

СЛАЙД № 8. Распределение запасов железной руды по странам:

• Российская Федерация – 18%;
• Китайская Народная Республика – 9%;
• Австралия – 14%;
• Бразилия – 18%;
• Украина – 11%
• Канада – 8 %
• США – 7 %
• Остальные страны – 15%.

СЛАЙДЫ № 9, 10. По данным статистических исследований единственным в Российской Федерации предприятием с полным металлургическим циклом (от добычи железной руды, выплавки чугуна и стали до производства изделий из металла) является «Белорецкий металлургический комбинат». Количество работающих на этом комбинате в 1994г.- 16 тыс. человек, 2004г. – 6тысяч человек. Состав комбината 42 цеха.

В нашем акционерном обществе «Металлург» работает меньшее количество людей –5 тысяч человек. Цехов - 28. Это объясняется отсутствием у нас на комбинате стадии добычи руды. Мы работаем на привозном сырье. О нем лучше расскажут наши снабженцы. А у меня все. Спасибо.

Директор. Ну, что ж, отдел материально-технического снабжения, просим Вас.

Отдел материально-технического снабжения.

СЛАЙДЫ № 11 - 15. Сырьем для производства чугуна и стали являются железные руды:

1. магнитный железняк (магнетит) Fe3O4 (содержит до 72% Fe), Курская магнитная аномалия – самое большое в мире месторождение, содержащее почти 50 % всех мировых запасов, Южный Урал (Магнитогорск);
2. красный железняк (гематит) Fe2O3 (содержит до 65% Fe), Урал;
3. бурый железняк (лимонит) Fe2O3 · nH2O (содержит до 60% Fe), Крым (Керченское месторождение);
4. пирит FeS2 (≈ 47% Fe), Урал;
5. шпатовый железняк, основная составная часть которого – карбонат железа (II) FeCO3, Восточный Урал.

Директор. Так, с сырьем ситуация ясна, перейдем непосредственно к технологической линии.

Какие аппараты имеются у нас на комбинате для выплавки чугуна?

 Слово главному механику. Подготовиться химику-технологу, который на доске записывает уравнения химических реакций.

Главный механик. (Рассказ с использованием таблицы).

СЛАЙД № 16. Доменная печь имеет форму двух усеченных конусов, соединенных основаниями. Высота доменной печи более 60 м, диаметр – около 10 м. Стены доменной печи выкладывают из огнеупорного кирпича и снаружи скрепляют стальной оболочкой.

Верхняя часть доменной печи называется колошником, средняя – шахтой, а наиболее широкая – распаром. В самом низу находится горн, имеющий цилиндрическую форму. Внизу горна накапливаются жидкий чугун и шлак, в верхней части горна есть отверстие для вдувания воздуха. Наверху домны имеется автоматическое загрузочное устройство. Внутренний объем печи 5000 м3.

Директор. О процессах, происходящих в домне, мы послушаем химика-технолога комбината, п Рассказ с использованием таблицы рошу Вас.

СЛАЙД № 17. Химик-технолог. (Химические реакции записаны на доске.  Рассказ с использованием таблицы).

 Печь работает в режиме противотока. Сверху в печь непрерывно подается раздробленная до определенных размеров руда и кокс. Снизу вверх движется нагретый газ – восстановитель – монооксид углерода СО: он получается в нижней части домны при сгорании кокса в потоке воздуха, обогащенного кислородом. При сгорании углерода вначале образуется углекислый газ СО2, который проходит через расположенный кокс и превращается в СО. Он восстанавливает железо из оксида железа (III) через промежуточные продукты.

1) С+О2  → СО2

2) СО2 + С→2СО

3) 3Fe2О3+СО → 2Fе3О4+СО2

4) Fе3О4+СО → 3FeО+СО2

 5) FeО+СО → Fе + СО2

В результате получаем чугун – сплав железа, содержащий 3,0 – 4,5 % углерода (показывает образец из коллекции, отправляет его по ряду для ознакомления).

Директор. В сообщении ничего не говорилось об энергетических характеристиках процесса. Может главный энергетик внесет ясность? Прошу.

Главный энергетик. Распределение температуры в доменной печи следующее: 1850°С в горне; ≈ 1100°С в распаре; 250-200°С в шахте.

Столь высокая температура в горне обеспечивается экзотермической реакцией горения угля.

Директор. Ну что ж, все это хорошо. Но нельзя ли как-то интенсифицировать все эти процессы? Специалисты НИЛ, каковы ваши предложения?

Специалисты научно-исследовательской лаборатории. Производительность доменной печи зависит не только от ее размера, но и от скорости протекания в ней химических процессов.

1. Скорость химических реакций увеличивается при повышении концентрации реагирующих веществ. Поэтому железную руду мы рекомендуем обогащать, т.е. отделять ее от пустой породы, а к вдуваемому в печь воздуху добавлять кислород.
2. Скорость химических реакций зависит от поверхности соприкосновения реагирующих веществ. С учетом этого загружаемые в доменную печь руда и кокс должны состоять из кусков определенных размеров. Крупные куски необходимо измельчать,  а слишком мелкие укрупнять спеканием, иначе мелкие куски закроют проход газам.
3. Скорость реакции зависит от температуры. Для повышения температуры воздух, вдуваемый в печь, предварительно необходимо нагревать в регенераторах.

Директор. Это интересные предложения! Оформите их надлежащим образом и передайте Главному инженеру комбината для дальнейшего внедрения.

Теперь настало самое время, как говорится, показать товар лицом. Слово отделу маркетинга.

СЛАЙД № 18, 19. Отдел маркетинга. Чугун хрупок, при ударе ломается. Изделия из него массивны и тяжелы: станины и маховики машин, решетки, крышки люков, трубы, мясорубки, сковородки (демонстрирует изделия из чугуна). Основная часть чугуна используется для передела его в сталь.

Химик-технолог  может подготовиться к выступлению и записать уравнения химических реакций.

Директор. Итак, львиная доля полученного чугуна переплавляется в сталь. В каких аппаратах это делается на нашем комбинате: вновь обратимся к Главному механику.

СЛАЙД № 20. Главный механик. Конвертер – большой металлический сосуд грушевидной формы. Изнутри конвертер выложен огнеупорной кладкой.

Загружают конвертор в горизонтальном положении.

Воздух или чистый кислород подается в конвертор под давлением через фурму.

Химик-технолог. Суть передела чугуна в сталь в конвертере сводится к удалению из чугуна избыточного углерода, кремния, фосфора и серы путем их оплавления, связывания и удаления в виде шлака:

                t

2С+О2 → 2CО                                        

                 t

Si+О2 → SiО2

                 t

4Р+5О2 → 2Р2О5

                 t

S+О2 → SО2

Получается сталь – сплав железа, содержащий менее 2% углерода (демонстрирует образец из коллекции, отправляет его по ряду для ознакомления).

СЛАЙДЫ № 21, 22. Отдел маркетинга. Сталь упруга, поддается ковке и прокатке, прочна. Ее можно ковать и штамповать из нее различные мелкие детали машин, прокатывать в листы. Чем больше в стали углерода, тем она тверже. Наш комбинат производит как твердые, так и мягкие стали. Мягкие стали применяют для изготовления кузовов автомобилей, корпусов холодильников, консервных банок, листов кровельного железа, твердые стали – для изготовления быстрорежущих инструментов. (Демонстрирует изделия из стали)

Отдел кадров. Основными работниками доменного производства являются мастер-плавильщик и горновой. Труд мастера-плавильщика весьма ответственный. Чтобы получить чугун высокого качества, надо не только понимать, что происходит внутри доменной печи, но и уметь управлять этим процессом. С помощью десятков приборов и по внешним признакам (наблюдение через «глазки»), а также по результатам анализов проб чугуна и шлака мастер-плавильщик контролирует ход технологического процесса в доменной печи, определяет состав и качество получаемого чугуна. Он устанавливает состав шихты, движение воздуха, контролирует температуру внутри печи. Главное в его работе – уметь быстро найти отклонения от нормального течения процесса и принять нужное решение.

Горновые обеспечивают своевременный выпуск чугуна и шлака из печи. Они обязаны также следить за состоянием холодильных устройств.

В производстве стали ведущей является профессия сталевара. О процессах в конвертере сталевар судит по внешним признакам металла: оттенки цвета, яркость, текучесть. Сталевар должен вовремя ввести в печь необходимые дозы добавок-ферросплавов, известняка, углерода.

Эколог. При обжиге железных руд, например, пирита FeS2, образуются газы, содержащие оксид серы (IV) SO2 и оксид серы (VI) SO3. При попадании этих газов в атмосферу образуются «кислотные» дожди. (Показывает на рисунке). Диоксид серы из труб комбината разносится по окрестностям, порой на большое расстояние. Потом собираются тучи, и идет дождь… Но капли воды поглощают из воздуха оксид серы и превращаются в серную кислоту:    Н2О + SO3 = Н2SO4

Она-то и угнетает растительность, отнимает у почвы плодородие. Чтобы предотвратить это явление, на комбинате реализуется принцип безотходного производства. Доменный газ направляется на регенерацию и после разбавления воздухом вновь используется в доменном процессе. Это значительно снижает загрязнение окружающей среды.

Директор. Коллеги! У кого есть вопросы? Прошу вас, спрашивайте! (Задаются вопросы). Если вопросов больше нет, разрешите мне объявить производственное совещание закрытым!

Оценивание с комментариями.  Всем спасибо за работу! Сотрудники, активно участвовавшие  в производственном совещании, будут премированы.

 VI.   Первичное закрепление усвоенного материала.  

Руководитель производственной практики студентов. Всем студентам сдать на проверку заполненные дневники  практики (учитель собирает тетради с кратким конспектом урока). Перед зачетом в качестве закрепления - просмотр фрагмента  видеофильма «Технологический цикл производства чугуна и стали».

VII.  Контроль, проверка понимания усвоенного материала.

        «Студенты» пишут письменный зачет руководителю практики (учащиеся выполняют тестовую работу). Проведение тестирования по теме  «Производство чугуна и стали» по вариантам (приложение 1).

VIII.Дифференцированное домашнее задание, инструктаж по его выполнению.        Изучить § 44, упр. 3-6(устно),  § 45, упр. 1-3(устно), 4(письменно).

*Подготовить сообщение «Проблема безотходных производств в металлургии и охрана окружающей среды».

IХ.Подведение итогов урока. 

Ответьте, пожалуйста, на вопрос, поставленный вначале урока: почему гвоздь, сверло, замок  сегодня на уроке химии? Что у них общего?  Из чего они  изготовлены? Кем? Каким образом? Почему на уроках химии? Чтобы изготовить гвоздь, хватит ли труда одного  человека? Выполнили мы цели нашего урока?

Х.Проведение  рефлексии. СЛАЙДЫ № 23, 24

Что нового вы для себя узнали? Ответьте, пожалуйста, на вопросы:

На уроке я работал..., потому что…

Своей работой на уроке я…

Урок для меня показался…

За урок я …

Мое настроение...

Материал урока был для меня…

Поставьте отметку за урок по 5 –бальной системе себе и классу.

Спасибо за урок! Хорошего всем настроения!

Приложение 1.

Тест                                       1 вариант

1.Сталь – это сплав Fe, содержащий _____%С.

2.Сырьем для производства чугуна является:

а)____________________________

б)____________________________

3. Аппарат для выплавки чугуна называется_____________________________

4. В производстве стали ведущей является профессия_____________________

5. Из чугуна производят______________________________________________

                                     2 вариант

1.Чугун – это сплав Fe, содержащий _____%С.

2.Чугун отличается от стали следующими свойствами:

а)____________________________

б)____________________________

3. Аппарат для выплавки стали называется_________________________________

4. Основные работники доменного производства:___________________________

5.Сталь применяют для изготовления______________________________________