Цели:
- Обобщить и систематизировать знания учащихся об особенностях получении металлов и их географии; научных принципах производства металлов и сплавов; о природных соединениях железа и цветных металлов как основе черной и цветной металлургии.
- Углубить знания учащихся, полученные из курсов химии и географии в целом, о магматических и осадочных горных породах, о комплексном использовании сырья, о продукции предприятий металлургического комплекса; о защите окружающей среды от отходов предприятий металлургической промышленности.
- Продолжить формирование навыков самостоятельной работы учащихся с учебником, научно-популярной литературой. Развивать познавательную активность учащихся, способствовать выработке навыков наблюдения, умения делать выводы.
Оборудование: Коллекции “Горные породы”, “Металлы”, электролизер, кислородный конвектор, карты-атласы, набор химических элементов, экономическая карта России. Схемы: “Продукция металлургической промышленности”, “Металлургический комплекс”, “Набор химических элементов”. Выставка книг, газет по теме урока.
Вводное слово учителя географии:
Тема сегодняшнего урока “Металлургия и способы получения металлов”.
Цель урока – Обобщить и систематизировать знания об особенностях получения металлов и их географии, научных принципах производства металлов и сплавов и значения их для народного хозяйства страны.
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. Металл – это трубы газонефтепроводов. Для развития металлургии наша страна практически обеспечена сырьем.
Учитель химии: Ребята, давайте вспомним, в каком виде встречаются металлы в природе (ответ: в самородном виде Au, Ag, Cu, в виде руд, оксидов, сульфидов и др.). А теперь, ребята, вспомним лабораторную работу по теме “Металлы в природе”. В тетрадях записываем число, тему урока и тему лабораторного опыта.
Цель опыта: рассмотреть важнейшие руды, используемые для получения чугуна и стали, цветных металлов, записать формулы и отметить внешние признаки.
Оформляем работу в виде таблицы.
| Название руды | Химическая формула | Окраска и блеск | Магнитные свойства |
| Магнитный железняк Красный железняк Бурый железняк Медный блеск Свинцовый блеск |
Fe3O4 Fe2O3 Fe2O3*H2O CuS PbS |
Темно-серый металлический блеск Красный Бурый Серый, металлический блеск Серый, металлический блеск |
магнитный слабо магнитный немагнитный |
Какой можно сделать вывод по работе?
Вывод: металлы входят в состав руды в виде оксидов, сульфидов, и других соединений.
Продолжаем урок
Ученик 1
Среди металлов самый славный
Важнейший древний элемент.
В тяжелой индустрии главный,
Знаком с ним школьник и студент,
Родится в огненной стихии,
Расплав его течет рекой,
Важнее нет в металлургии -
Он нужен всей стране родной
Ребята, вспомните, какую вы знаете металлургию?
Ученик 2
Сообщение о черной металлургии.
К черным металлам относятся: железо, марганец и хром. Металлургия черная включает весь процесс производства металлов: добычу и подготовку руд, топлива, выпуск металла, производство вспомогательных материалов (огнеупоров, кислорода и т.п.). Поэтому в металлургическом производстве широко развито комбинирование, т.е. объединение на одном предприятии (комбинате) несколько технологически и экономически связанных между собой производств различных отраслей. По выплавке черных металлов в докризисные времена наша страна занимала ведущие места в мире. В последние 10 лет производство стало значительно сокращаться. 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. По запасам марганца и хрома РФ отстает от Украины и Казахстана. Размещение большинства предприятий полного цикла ориентируются на источники сырья и на источники топлива (кокса). Самый крупный производитель черных металлов Уральский экономический район, он дает 40% стали и проката страны. Так как выплавка черных металлов - производство материалоемкое, металлургические заводы полного цикла размещаются в основном в районах добычи железной руды или коксующегося угля, или между ними. Значительное количество стали выплавляется в настоящее время из металлического лома (более дешевый и качественный способ выплавки стали – в 12-15 раз дешевле, чем из железной руды). Это электросталеплавление. Металлургические предприятия, производящие специальные сорта стали и ферросплавы, потребляют большое количество электроэнергии и поэтому размещаются не только вблизи источников сырья, но и в районах производства дешевой электроэнергии.
Особую роль для страны играет череповецкий комбинат (“Северсталь”), это крупнейшее предприятие черной металлургии в Северном экономическом районе и в России.
Важнейшие задачи дальнейшего развития черной металлургии в РФ – обновление производственных мощностей, освоение новых технологических процессов и оборудования для выплавки стали.
Учитель химии: черная металлургия – это получение чугуна, стали, а что же получает цветная металлургия?
Ученик 3
Сообщение о цветной металлургии.
Цветная металлургия Российской Федерации производит разнообразные по физическим и химическим свойствам конструкционные материалы. В состав этой отрасли тяжелой промышленности входят медная, свинцово-цинковая, никель-кобальтовая, алюминиевая, титано-магниевая, вольфрамо-молибденовая, а также благородных и редких металлов. По стадиям технологических процессов цветная металлургия делится на добычу и обогащение сырья, металлургический передел и обработку цветных металлов. Низкое содержание металла в рудах цветных металлов требует обязательного их обогащения (флотационным способом). Так как руды цветных металлов содержат много различных компонентов, последовательно выделяют каждый компонент (многостадийный процесс). Обогащенная руда плавится в специальных печах и превращается в так называемый черновой металл, который подвергается затем очистке от вредных примесей (рафинирование). Полученный рафинированный металл используется в виде проката разного профиля в разных отраслях промышленности. Цветные металлы подразделяются на тяжелые (медь, олово, свинец, цинк и др.), легкие (алюминий, титан, магний), драгоценные (золото, серебро, платина), редкие (вольфрам, молибден, германий).
Области использования цветных металлов: медь машиностроение, электроэнергетика и других отраслях промышленности как в чистом виде, так и в сплавах с оловом (бронза), алюминием (дюралюминий), цинком (латунь), никелем (мельхиор); свинец идет на производство аккумуляторов, кабеля, используется в атомной промышленности; олово используется для изготовления белой жести, подшипников; никель – тугоплавкий металл, получают много сплавов никеля с другими металлами; алюминий применяется в разных отраслях машиностроения: самолетостроение, электротехнике, строительстве, в производстве товаров народного потребления; магний применяется в радиотехнике, авиационной, химической, полиграфической и других отраслях; титан применяется в судостроении, а также при изготовлении реактивных двигателей, ядерных реакторов.
Велико значение благородных металлов – золота, серебра, платины. По запасам золота Россия занимает третье место в мире (по добыче Россия занимает шестое место в мире). Размещение предприятий цветной металлургии происходит под влиянием многих природных и экономических факторов, среди которых особую роль играет сырьевой фактор. Другая особенность руд тяжелых цветных металлов – их комплексность. Большое значение имеет комплексное производство сырья. Особый интерес представляет комбинирование предприятий металлургии тяжелых металлов и основной химии, например, при использовании сернистых газов в процессе производства цинка и меди. Очень важную роль в размещении предприятий по выплавке легких цветных металлов играет топливно-энергетический фактор. Сырьевой и энергетический фактор по-разному влияют на размещение предприятий отдельных отраслей цветной металлургии.
Алюминиевая промышленность – более 75% выпуска продукции приходится на долю четырех крупных алюминиевых заводов: Братского, красноярского, Саянского и Новокузнецкого.
Медная промышленность – основные месторождения медных руд находятся на Урале; здесь преобладают заводы металлургического передела над предприятиями по добыче и обогащению медных руд.
Свинцово-цинковая промышленность – выделяется северо-Кавказский, Уральский, Западно-Сибирский и Дальневосточный районы.
Никелевая промышленность – получила развитие в Северном экономическом районе, Восточной Сибири (Норильск) – на медно-никелевых рудах Талкахского месторождения.
Учитель: подведем итог и запишем.
Продукция металлургической промышленности (схема)
| Черная | Цветная |
| серый чугун, | Al, Mg, сплавы на их основе |
| белый чугун |
Учитель химии: Ребята, вспомните, какие методы получения металлов мы знаем?
Пирометаллургический – это восстановление металлов из их оксидов с помощью восстановителей: Н2, СО, С – при высокой t0С
Ученик записывает у доски уравнение:
- CuO+H2=Cu+H2O
- CuO+CO=Cu+CO2
- 2CuO+C=2Cu+CO2
- Fe2+3O3+3C+2O=2Fe0+3C+4O2
| Fe+3 | +3е | Fe0 | 3 | 2 окислитель |
| C+2 | -2е | C+4 | 2 | 3 восстановитель |
Гидрометаллургический – основан на химических реакциях, происходящих в растворах.
обжиг руды:
- 2СuS+3O2=2CuO+2SO2
- оксид переводят в раствор
- CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
- выделение металла из раствора любым способом.
Опыт: CuSO4+Fe=FeSO4+Cuv
Способ – электрохимический
Ученик 4
Сообщение об электрометаллургии.
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.
На Парижской выставке 1855 года Al демонстрировался как самый редкий металл. Он был тогда чуть ли не в 10 раз дороже золота. Даже после того как французский химик Анри Девиль разработал приемлемый химический способ получения довольно чистого Al, его стоимость оставалась довольно высокой. Достаточно сказать, что из Al была сделана и торжественно преподнесена сыну Николая III погремушка и только очень богатые люди могли позволить себе есть из алюминиевых тарелок. В 1833 году его выработка во всем мире не достигала и 3 тонн.
Между тем химикам уже тогда было известно, что Al – третий по распространенности на Земле элемент. Однако в природных соединениях – глиноземах он прочно связан с другими элементами и его извлечение из минералов потребует очень больших затрат энергии. Трудом многих ученых, среди которых видное место занимает П.П. Федотьев, разрабатана теория электролитического способа получения Al, была создана мощная индустрия. сейчас таким способом из расплавов получают 70% магния, большое количество К, Zi, Ca, Ba, Mn. эти металлы широко используют в авиации, космонавтике, атомной промышленности, химической индустрии, на транспорте, в электротехнике, медицине.
Учитель химии: А получают Al в электролизерах.
Демонстрация электролизера.
Учитель географии:
Важное значение в экономике страны имеет рациональное размещение предприятий черной и цветной металлургии. В металлургическом комплексе существует ряд особенностей влияющих на его географию. Для определения размещения предприятий цветной и черной металлургии выполним практическую работу “Факторы, влияющие на размещение металлургического комплекса России”. Нанести на контурную карту главные центры черной и цветной металлургии. Работу выполняем по вариантам: I вариант – Уральская металлургическая база; II вариант – Сибирская база; III вариант – Центральная металлургическая база. Назвать факторы размещения предприятий.
Учитель географии:
Мы рассмотрели размещение предприятий металлургического комплекса, а что же представляет собой металлургический завод. Выплавка черных металлов в настоящее время ведется на комбинатах – крупных предприятиях, состоящих из ряда взаимосвязанных производств: доменного, сталеплавильного и прокатного. Заводы, имеющие все три производства, называются предприятиями полного цикла. Современные комбинаты включают ряд вспомогательных: коксохимический завод, электростанцию, агломерационную фабрику, на которой обогащают железную руду (концентрат) спекают с известняком и получают агломерат. Все цехи и заводы комбинаты взаимосвязаны. Кокс вместе с агломератом и флюсами загружается в домны, в которых получают чугун. Часть чугуна идет для получения отливок, этот чугун называется литейным. Очень хрупкий, поэтому основная доля чугуна (90%) поступает для передела в сталь. Сталь получают в мартеновских печах, а также в кислородных конвекторах – это более современный и экономически выгодный процесс. Образовавшийся в процессе плавки чугуна доменный газ идет на обогащение коксовых и нагревательных печей. Коксовый газ используется в качестве топлива при выплавке стали, и для газификации близлежащих населенных пунктов. Из доменных шлаков получают цемент, минеральную вату, литые блоки (схема).
Итак, ребята, обратите внимание, при доменном производстве образуются шлаки, сернистые газы; при обжиге сульфидов, которые загрязняют окружающую среду. Самые грязные производства – это производства металлов.
Об этом расскажет ученик 5.
Металлургия – крупный загрязнитель окружающей среды. На ее долю приходится 20% всех промышленных выбросов в атмосферу и сточных вод. Ежегодно металлургические предприятия выбрасывают в атмосферу 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.
Учитель географии:
Вся наша жизнь – это множество взаимосвязей. И сегодня мы наглядно в этом убедились: невозможно полностью изучить какое-либо явление с одной стороны. Тогда мы не получим реальной картины. Без знаний особенностей производства металлов мы с вами не могли бы точно определить факторы размещения предприятий металлургического комплекса.
Домашнее задание
- география § 10 повторить, подготовиться к тесту
- химия § 10-14 повторить
Литература
- География России, В.Я. Ром, В.П. Дронов, Москва “Дрофа”, 1997г.
- Экономическая география России, А.И. Родионова, Москва, 2002г.
- География России, А.И.Алексеев, Москва, “Дрофа”, 2002г.
- География России, А.И. Алексеев, В.В. Николина, Москва, “Просвещение”, 2000г.