Получение металлов и сплавов план урока

Обновлено: 04.07.2024

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён веществам, которые относят к группе металлов, и их взаимодействиям. В ходе урока школьники познакомятся с общими способами получения металлов.

Алюмотермией называют реакции, протекающие между оксидами металлов и алюминием, с образованием соответствующего свободного металла и оксида алюминия.

Гидрометаллургия - вытеснение металлов из руд с помощью растворов различных реагентов без применения высоких температур.

Катион – положительно заряженный ион, который притягивается к катоду в процессе электролиза.

Кристаллическая решётка вещества – это структура с геометрически упорядоченным расположением частиц (атомы, молекулы либо ионы) в определённых точках пространства.

Ко́вкость – способность металлов и сплавов подвергаться изменению при обработке давлением.

Магниетерми́я – метод металлотермии, процесс восстановления элементов из их оксидов, хлоридов, фторидов магнием.

Металлическая связь – химическая связь между атомами в металлическом кристалле, возникающая за счёт обобществления их валентных электронов.

Пирометаллургия - восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов – алюминия, магния.

Пласти́чность - свойство твердых тел необратимо деформироваться при действии механических нагрузок.

Теплопрово́дность – способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела, осуществляемому хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.).

Электро́лиз – физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ.

Эле́ктроотрица́тельность – количественная характеристика способности атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары.

Электропроводность – способность тела или среды проводить электрический ток, определяющее возникновение в них электрического тока под воздействием электрического поля.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

На сегодняшний день известно 118 элементов, 96 из которых являются металлами. Открыты и исследованы они были в разное время.

Тип урока: комбинированный (на основе интеграции курсов химии, экологии, географии)

Цели урока:

Познакомить учащихся с природными соединениями металлов и с самородными металлами;
Дать понятие о рудах и металлургии.
Дать понятие о научных принципах производства металлов и сплавов. Рассмотреть такие разновидности металлургии, как пиро–, гидро–, электрометаллургия, термическое разложение соединений металлов.
Углубить знания учащихся, полученные из курсов химии, географии и экологии о защите окружающей среды от отходов предприятий металлургической промышленности.
Закрепить умение подбирать коэффициенты для ОВР методом электронного баланса.

Развивать любознательность учащихся и познавательный интереса к предмету.
Способствовать развитию умения анализировать и оценивать факты, делать выводы на основе сравнения

Воспитание бережного отношения к природе, стремления к рациональному природопользованию.

Вся история человечества неразрывно связана с использованием металлов. Не случайно важнейшие этапы в развитии человеческого общества получили название по применению металлов: медный, бронзовый, железный. Металл нужен всюду. Металл – это машины, каркасы промышленных корпусов, мостов, плотин, электростанций, трубы газонефтепроводов. Для добычи нужного количества металлов наша страна практически обеспечена сырьем.

Слайд 2. Многие металлы широко распространены в природе. В основном они сосредоточены в земной коре. Так, содержание некоторых металлов в земной коре следующее:

алюминия – 8,2%
железа – 4,1%
кальция – 4,1%
натрия – 2,3%
магния – 2,3%
калия – 2,1 %
титана – 0,56%

Слайд 3. Большое количество натрия и магния содержится в морской воде: Na + – 1,05%, Mg 2+ – 0,12%.

Слайд 4. Металлы в природе встречаются в трех формах:

1) В самородном виде встречаются золото и платина.

Слайд 5. Золото известно человечеству с древних времен. В земной коре его содержится примерно 100-150 млрд. тонн, в 1 куб. м морской воды его 5,5 кг.

Золото бывает в распыленном состоянии, а иногда собирается в большие массы – самородки. Так в Австралии в 1869 году нашли глыбу золота массой 100 кг. Наши русские самородки много меньше, и самый знаменитый, найденный в 1837 году на Южном Урале, весил всего около 36 кг.

За всю историю человечества было добыто около 90 тысяч т золота. Древние племена майя, ацтеков, древние египтяне и многие другие народы изготавливали из золота украшения, предметы быта.

В 20 и 21 веке золото – это не только ювелирные украшения или валюта, но и очень нужный металл для космической аппаратуры и радиотехники, для медицинских приборов и атомных электростанций.

По запасам золота Россия занимает третье место в мире (по добыче Россия занимает шестое место в мире).

В середине XVII века в Колумбии испанцы, промывая золото, находили вместе с ним тяжелый серебристый металл. Хотя он и напоминал серебро (по-испански plata), но был почти нерастворим и упорно не поддавался выплавке; его считали случайной вредной примесью. Поэтому испанское правительство приказывало в начале XVIII столетия выбрасывать этот вредный металл при свидетелях обратно в реку.

Сегодня основная часть месторождений платины (более 90 %) заключена в пяти странах: ЮАР, США, Россия, Зимбабве, Китае. Она применяется в качестве легирующей добавки для производства высокопрочных сталей, как катализатор, в ювелирном и зубоврачебном деле, в медицине, для покрытия элементов СВЧ-техники.

Слайд 4.

2) в самородном виде и в форме соединений могут находиться в природе серебро, медь, ртуть и олово.

Слайд 6. Медь человек начал использовать тоже очень давно, еще с доисторических времен. 7000 лет назад в Древнем Египте были известны медные рудники. Сначала человек научился изготавливать орудия труда и оружие из медных самородков, а за несколько тысяч лет до нашей эры люди научились получать медь из медной руды.

В мире встречаются очень крупные самородки меди, но не часто. Так, в США был найден один из крупнейших самородков, массой 420 тонн, а в России, обнаруженный в районе Печеры, самородок, весил 6 тонн.

Поскольку потребность человечества в железе постоянно возрастала, а метеоритного железа было недостаточно, огромное значение имело открытие способа получения железа из железных руд. Сейчас мы не можем представить себе нашей жизни без железа и его сплавов, насколько прочно они вошли в нашу жизнь.

Слайд 4.

3) все металлы, которые в ряду напряжений находятся до олова, встречаются только в виде соединений.

Слайд 9, 10 Это, например, щелочные и щелочноземельные металлы.

Слайд 11.

Чаще всего металлы в природе встречаются в виде солей неорганических кислот:

Слайд 12. Сульфидов.

Слайд 13. Хлоридов.

Слайд 14. Сульфатов, фосфатов, карбонатов, нитратов.

Слайд 11. И оксидов.

Слайд 15. Оксиды – магнитный железняк Fe₃O₄, красный железняк Fe₂O₃, бурый железняк 2Fe₂O₃•3H₂O.

Слайд 16. Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения и пригодные для промышленного получения металлов, называются рудами, а отрасль промышленности, занимающаяся получением металлов из руд – металлургией.

Слайд 17. Металлургия включает два основных направления:

Черная – это получение железа и его сплавов (сталь и чугун). Черная металлургия включает весь процесс производства металлов: добычу и подготовку руд, топлива, выпуск металла, производство вспомогательных материалов (огнеупоров, кислорода и т.п.). По выплавке черных металлов в докризисные времена наша страна занимала ведущие места в мире. Российская Федерация обладает значительными запасами железных руд: Центрально-черноземный, Северный, Восточно-Сибирский районы. Незначительное количество руды добывается в Западной Сибири. Общие запасы оцениваются в 55 млрд. тонн. Самый крупный производитель черных металлов Уральский экономический район, он дает 40% стали и проката страны. Важнейшие задачи дальнейшего развития черной металлургии в РФ – обновление производственных мощностей, освоение новых технологических процессов и оборудования для выплавки стали.
Цветная металлургия – это производство всех остальных металлов и их сплавов.

Большинство металлов встречаются в природе в составе соединений, в которых металлы находятся в положительной степени окисления, значит для того, чтобы их получить, в виде простого вещества, необходимо провести процесс восстановления. Но прежде чем восстановить природное соединение металла, необходимо перевести его в форму, доступную для переработки, например, оксидную форму с последующим восстановлением металла. На этом основан пирометаллургический способ.

Слайд 18. Пирометаллургия – это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей: кокса, оксида углерода (II), водорода, или активных металлов.

Если металл в природе встречается в виде солей кислородсодержащих кислот, то соль сначала подвергают термическому разложению:

А если в виде солей бескислородных кислот, то обжигу:

Слайд 19. Затем металлы восстанавливают из оксидов одним из способов:

Восстановление углем или угарным газом:
CuO + C → Cu + CO
CuO + CO → Cu + CO₂

Для каждого из этих уравнений подберите коэффициенты методом электронного баланса.

Слайд 20. Гидрометаллургический способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла с последующим вытеснением данного металла более активным. Например:

Этим способом получают в основном цветные металлы: медь, молибден, вольфрам.

Слайд 21. Еще один способ получения металлов – электрометаллургия. Это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза). Этим способом получают в основном легкие металлы: Al, Na и др. щелочные металлы, Ca и т.д. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

В последнее время большого внимания заслуживают микробиологические методы получения металлов, в которых используется жизнедеятельность некоторых видов бактерий. Например, тионовые бактерии способны переводить нерастворимые сульфиды в растворимые сульфаты. А затем раствор, обогащенный этим сульфатом подают на гидрометаллургическую переработку.

Металлургия – крупный загрязнитель окружающей среды. На ее долю приходится 20% всех промышленных выбросов в атмосферу и сточных вод. Ежегодно металлургические предприятия выбрасывают в атмосферу более 10 млн. тонн вредных веществ, среди которых гигантское количество разнообразных металлов, только один медеплавильный завод, производящий в год 125 тыс. тонн меди, выбрасывает в атмосферу 2 млрд. м 3 газов и 43 тыс. тонн пыли. При этом теряются 6 тыс. тонн меди и сера, которой хватило бы для приготовления 650 тыс. тонн серной кислоты. При открытой добыче руд из хозяйственного оборота изымаются десятки тысяч гектаров земли. Суммарный ущерб, наносимый металлургическим комплексом природе, оценивается 500 млрд. рублей в год. Огромные средства расходуются на строительство очистных сооружений и рекультивацию нарушенных земель. Металлургические центры составляют 30% всех российских городов с загрязненной атмосферой. Можно добывать руду, не нарушая ландшафт, с помощью био- или геотехнологий. С помощью биометодов в США добывают в год 300 тыс. тонн меди, в России около 2,5 тыс. тонн.

Рассмотреть такие ее разновидности, как пиро-, гидро- и электрометаллургия, металлотермия.

Развивающая: Закрепить умение находить степени окисления;

Воспитательная: формировать понимание роли химии в историческом развитии мира;

Здоровьесберегающие технологии: следить за осанкой учащихся; проводить упражнения для снятия напряжения глаз; проветривание помещения.

Оборудование: Периодическая система, ЦОРы, видеосюжеты

Организационный момент.

Проверка д/з:

1. Химические свойства ме с простыми веществами.

2. Химические свойства ме со сложными веществами.

3. упр.4 т.к. щелочные ме активные; окисляются мгновенно.

0 +1 +5 -2 +2 +5 -2 0 +1 -2

5Ca + 12HNO₃ = 5Ca(NO₃)₂ + N₂ + 6H₂O

Ca - 2 ē → Ca 10 5 восстановитель; окисление

2N + 10 ē → N₂ 2 1 окислитель; восстановление

0 +1 +6 -2 +2 +6 -2 +1 -2 +1 -2

4Zn + 5H₂SO₄ = 4ZnSO₄ + H₂S + 4H₂O

Zn - 2 ē → Zn 8 4 восстановитель; окисление

S + 8 ē → S 2 1 окислитель; восстановление

Основная часть.

Ме в природе

Самородные ме – Cu, Ag, Au

Минералы, горные породы, руды

Руда- это минерал, в котором ме находится в количествах, пригодных для получения чистого ме в промышленности.

PbS – свинцовый блеск

ZnS – цинковая обманка и др.

Получение металлов

Металлургия – наука о производстве ме и сплавов и их обработке.

1)Пирометаллургия (определение в учебнике) в тетрадь

(высокая t-ра; восстановители С, СО, Н₂, Mg, Al)

+4 -2 0 0 +2 -2

а) углеродом SnO₂ + C = Sn + CO

4 ē

б) оксидом углерода (IV)

+2 -2 +2 -2 0 +4 -2

FeO + CO = Fe + CO₂

в) водородотермия (определение в учебнике) в тетрадь

+6 -2 0 0 +1 -2

WO + 3H₂ = W + 3H₂O

г) магнийтермия (определение в учебнике) в тетрадь

+4 -1 0 0 +2 -1

TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂

е) алюмотермия (определение в учебнике) в тетрадь

+4 -2 0 0 +3 -2

MnO₂ + 4Al = Mn + 2Al₂O₃

2) Гидрометаллургия (определение в учебнике) в тетрадь

I стадия – получение раствора соли данного металла:

II стадия – вытеснение более активным металлом (или электролизом):

3) Электрометаллургия – восстановление ме в процессе электролиза растворов или расплавов их соединений.

р-в FeCl₃ ↔ Fe +3 + 3Cl -

Fe +3 → K(-) A(+) ← 3Cl -

Fe +3 +3ē → Fe 0 3Cl - - 3ē → 3Cl 0

т.е. 2FeCl₃ электролиз 2Fe 0 + 3Cl₂ 0

Закрепление упр.6 стр. 40

m_прак (Cu) - ? 2СuO + C = 2Сu + CO₂

m(Cu₂S) - 20 % m (Cu₂S) = = 24т n(Cu₂S) = = 15кмоль

n(CuО) = 15кмоль ∙ 2 = 30 кмоль

n(Cu) = n(CuО) = 30 кмоль (теор)

n(прак) - 90 % n(прак) = = 27кмоль (Cu)

m(прак) = 27кмоль ∙ 64 кг/кмоль = 1728 кг (Cu)

Ответ: m(прак) = 1728 кг (Cu)

Д/з §12, Радец. стр 93-Вар 1,2 из Работы 1

Список использованной литературы

Знакомство с основными металлургическими методами: пирометаллургией, гидрометаллургией, электрометаллургией - и основными химическими процессами, лежащими в основе металлургических производств.

-Установить взаимосвязь между активностью металла и формой нахождения его в природе;

-Выяснить химическую сущность процесса получения металлов;

- Дать понятие о классификации методов металлургии по условиям протекания процесса;

- Совершенствовать умение составлять уравнения реакций и показывать окислительно-восстановительные процессы.

Метапредметные.:

-анализировать информацию из разных источников, структурировать ее через перевод текстовой информации в символы и схемы;

-проводить оценку и самооценку достижения результата согласно поставленной цели.

-строить содержательную коммуникацию со сверстниками и учителем

Критерии достижения цели:

-знают понятия: руды, металлургия, пиро-, гидро-, электрометаллургия, алюминотермия;

-умеют классифицировать способы получения металлов по условиям протекания;

-описывают металлургические методы с использованием знаково-символических средств (через уравнения, электронные балансы), устанавливая причинно-следственные связи;

-грамотно и безопасно проводят химический эксперимент

Тип урока: Урок изучения и первичного закрепления новых знаний

Учебники и учебные пособия: Габриелян О.С. Химия, 9 класс

Материально-техническое обеспечение:

- Компьютер, проектор, мультимедийное приложение к учебнику О.С.Габриеляна, презентация к уроку

-Химические реактивы и лабораторное оборудование, коллекции минералов,

- инструкции для обучающихся, листы самооценки.

Технологическая карта урока

Приветствует учащихся, определяет готовность к уроку.

Создаёт условия для формирования самооценки.

-По ходу урока вы будете самостоятельно оценивать свою активность и качество работы, отмечая на листочке на определённых этапах результаты своей деятельности. (Приложение №1)

Приветствуют учителя, проверяют свои рабочие места.

Изучают листы самооценки и условия их заполнения

Коммуникативные: планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками.

Актуализация знаний. Целеполагание

Читает отрывок стихотворения и в ходе беседы подводит учащихся к формулированию темы и цели урока.

«Пришёл к мартену. Встал.

Шла плавка непрерывная,

Во всю огонь хлестал.

Зрелее стал и зорче я.

Завидно было мне –

Я видел, как рабочие

Рождали сталь в огне.

Гудели печи жаркие.

Хлестал металл в ковши.

Он был, как солнце яркое,

Как жар людской души.

Он лица жёг скуластые

И солью проступал.

Над всеми властвуя,

-О чём идёт речь в стихотворении?

-Что вы знаете о получении металлов?

-Ваши знания отрывочны и неполны. Попробуйте сформулировать тему и цель урока.

Узнать, как и из чего получают металлы?

Коммуникативные: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли.

Познавательные: самостоятельное выделение и формулирование познавательной цели.

Изучение нового материала

1.Нахождение металлов в природе

Создаёт условия для создания проблемной ситуации.

-Уже с древних времён человек знал и применял многие металлы. Развитию химии металлов способствовал тот факт, что металлы в земной коре распространены довольно широко. Назовите наиболее распространённые металлы.

-Если металлы так распространены, то почему возник вопрос о получении металлов?

Организует самостоятельную работу в парах по инструкции (Приложение№2, задание№1), самоконтроль

Помогает установить взаимосвязь между активностью металла и формами существования металлов.

-Проанализируйте информацию на слайде. От чего зависит форма существования металла в природе?

Уточняет понятия: минералы, горные породы, руды, металлургия, металлургическая промышленность. (Слайды №6 , №7, №8)

Анализируют диаграмму (слайд №2), отвечают устно.

Предполагают, что металлы в природе встречаются в виде соединений.

Выявляют закономерность распространения и форм существования металлов в природе от активности металла.

Личностные: приобретение навыков самооценки

Коммуникативные: планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками; инициативное сотрудничество в поиске и выборе информации;

Регулятивные: самостоятельно анализируют условия достижения цели на основе учета выделенных учителем ориентиров действия; приобретают навыки организации учебной деятельности.

Познавательные: смысловое чтение, поиск и выделение необходимой информации, умение структурировать знания; установление причинно-следственных связей; построение логической цепочки рассуждений

Организует самостоятельную работу в парах по инструкции (Приложение №2, задание№2), самоконтроль

Определяют степени окисления, дополняют схему и записывают в тетрадь, осуществляют самоконтроль и самооценку, сравнивая записи в тетради и информацию на слайдах.

Личностные: приобретение навыков самооценки

Познавательные: знаково-символические действия; установление причинно-следственных связей; построение логической цепи рассуждений

3.Способы получения металлов

Организует самостоятельную работу по инструкции (Приложение№2, задание№3), беседу по результатам работы.

Предлагает продолжить заполнение таблицы. По ходу комментирования слайдов выписать металлы, получаемые каждым из способов.

Читают текст, выписывают определения, подчёркивают слова или словосочетания, отражающие отличительные черты

способов получения металлов.

Слушают комментарии учителя, осуществляют самоконтроль, сравнивая записи в тетради и информацию на слайдах. дополняют таблицу.

(слайды №10, №11, №12)

Личностные: приобретение навыков самооценки

Коммуникативные: планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками. инициативное сотрудничество в поиске и выборе информации;

Познавательные: приобретение умений работы с текстом, преобразования информации, выделения главной информации; анализ объектов с целью выделения признаков

Организует деятельность обучающихся по применению новых знаний: самостоятельную работу в парах по инструкции (Приложение№1, задания №4 и №5) и мультимедийному приложению; анализирует выполнение, корректирует, помогает осуществить самоконтроль и самооценку.

Выполняют задания, проводят лабораторную работу, выявляют характерные признаки, определяют способ получения, составляют уравнения в соответствующей колонке таблицы. Осуществляют самоконтроль и самооценку, сравнивая записи в тетради и информацию на слайдах. (Слайды №13, №14) На примере электролиза хлорида натрия рассматривают процесс получения металлов как восстановление. (Интерактивное задание в мультимедийном приложении) Один учащийся выходит для выполнения данного задания к доске, остальные осуществляют самоконтроль.

Личностные: приобретение навыков самооценки

Регулятивные: приобретают навыки организации учебной деятельности

Познавательные: приобретение умений работы с текстом, преобразования информации; знаково-символические действия; анализ объектов с целью выделения признаков

-Что нового узнали на уроке?

-Достигли цели урока? Обоснуйте.

- Какие вопросы вызвали затруднение и над чем надо работать?

Организует подведение итогов в листах самооценки.

Организует обсуждение и запись домашнего задания.

Отвечают на вопросы

Оценивают свою деятельность на уроке.

Записывают домашнее задание. (слайд №15)

умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли.

Инструкция для учащихся.

2. Изучите коллекцию минералов, содержащих: K,Ca, Zn , Fe, Pb, Cu. К какому классу неорганических веществ относятся данные природные соединения?

Задание №2 Цель: Выяснить, на каком процессе – окисления или восстановления – основано получение металлов из их соединений? Расставьте степени окисления в соединениях: Fe2O3, CuO, Al2O3, ZnS, KCl. Дополните схему, запишите её в тетрадь:

( ? ) Ме+n ______?______ Ме0

Задание №3. Цель: Изучить способы получения металлов. Прочитайте текст учебника стр.38 (со слов «Пирометаллургия -…) -39. В тетради начните заполнение таблицы, подчеркните в определении каждого способа ключевые слова.

Читайте также: