Металлы в природе. Общие способы их получения.

Автор: Чуйкова Татьяна Анатольевна
Полное название образовательного учреждения: ГБОУ лицей № 273 имени Л. Ю.
Гладышевой Колпинского района Санкт-Петербурга.
Предмет: химия
Класс: 9
Тема урока: Металлы в природе. Общие способы их получения.
Тип урока: комбинированный (на основе интеграции курсов химии, экологии,
географии)
Цель урока: дать понятие об общих способах получения металлов.
Задачи урока:
Обучающие:
 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 составления электронного баланса.
Развивающие:
 Развивать любознательность учащихся и познавательный интереса к предмету.
 Способствовать развитию умения анализировать и оценивать факты, делать
выводы на основе сравнения
Воспитывающая:
 Воспитание бережного отношения к природе, стремления к рациональному
природопользованию.
Учебно-методическое обеспечение: «Химия 9 класс» О. С. Габриелян. Москва.
«Дрофа». 2005
Время реализации урока: 45 минут.
Авторский медиапродукт:
1. редактор Microsoft Power Point, текстовый редактор Microsoft Word.
2. вид мадиапродукта: презентация учебного материала.
Необходимое оборудование и материалы для урока-занятия: презентация,
интерактивная доска, физическая карта мира.
План проведения урока:
Этапы урока
Временная
реализация
приветствие, 1,5 мин.
Организационный
момент:
проверка посещаемости.
Вступительное слово учителя
0,5 мин.
Изучение новой темы, выполнение упражнений 31 мин.
1
на
закрепление
умений
составления
электронного баланса.
Решение упражнений на закрепление нового 10 мин.
материала.
Подведение итогов урока.
1 мин.
Домашнее задание.
1 мин.
Ход урока:
Учитель: 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, предметы быта. 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 в
растворенном виде: — 1,05%, — 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 в 100 кг весом.
Через три года обнаружили там же еще большую глыбу весом около 250 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 тонн 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
2
с ним тяжелый серебристый металл. Этот металл казался таким же тяжелым, как и
золото, и его нельзя было отделить от золота промывкой. Хотя он и напоминал
серебро (по-испански plata), но был почти нерастворим и 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. Месторождения платины находятся и на Урале, где
находят включения самородной платины в виде зерен.
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 Печоры, самородок, весил 6 тонн. Медные рудники на
территории России были сосредоточены на Урале, в Приднестровье, на Дону.
Активная разработка уральского месторождения началась в начале 18 века,
когда Никита Демидов начал чеканить медные деньги в 1704 г. по указу Петра I.
В человеческом организме наибольшее количество меди содержится в мозге и
печени, что указывает на ее важность в жизнедеятельности. Обнаружено, что при
болях повышается концентрация меди в крови и спинномозговой жидкости.
Слайд 7, 8 железо. В жизни человека оно появилось гораздо позднее, чем золото и
медь. Его называют «фундаментом цивилизации». С использованием железа начался
железный век в истории человечества.
На шумерском языке слово «железо» обозначает «капнувший с неба,
небесный», и первое железо, добытое человеком, было метеоритного
происхождения. Самый крупный железный метеорит весом 60 тонн был найден в
Африке, а во льдах Гренландии нашли метеорит, весивший 33 тонны.
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.
3
Слайд 15. оксидов – магнитный железняк Fe3O4, красный железняк Fe2O3, бурый
железняк, содержащий различные гидроксиды железа (III) Fe2O3 • Н2О.
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). Она включает
весь процесс производства металлов: добычу и подготовку руд, топлива,
выпуск металла. Поэтому в металлургическом производстве широко развито
комбинирование, т.е. объединение на одном предприятии несколько
технологически и экономически связанных между собой производств.
Российская Федерация обладает значительными запасами железных руд:
Центрально-черноземный, Северный, Восточно-Сибирский районы.
Незначительное количество руды добывается в Западной Сибири. Самый
крупный производитель черных металлов - Уральский экономический район,
он дает 40% стали и проката страны. 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.
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. Размещение предприятий цветной металлургии происходит под
влиянием многих природных и экономических факторов, среди которых
особую роль играет сырьевой фактор. Особый интерес представляет
комбинирование предприятий металлургии 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.
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.
4
Слайд 18. 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 подвергают термическому разложению:
CuCO3→ CuO + CO2
А если в виде солей бескислородных кислот, то обжигу:
2ZnS + 3О2 = 2ZnО + 2SО2
Слайд 19. Затем металлы восстанавливают из оксидов одним из способов:
1. Восстановление углем или угарным газом:
CuO + C → Cu + CO
CuO + CO → Cu + CO2
2. Водородотермия
Cr2O3 + H2 → Cr + H2O
3. Металлотермия
Fe2O3 + Al → Fe + Al2O3
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 и вытеснением данного
металла более активным. Например, руда содержит оксид меди и ее растворяют в
серной кислоте:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O, затем проводят реакцию замещения
CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.
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 и
щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов,
гидроксидов или хлоридов:
5
2NaCl → 2Na + Cl2
MgBr2 → Mg + Br2
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.
Слайд 22. 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 огромное 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. В то время как 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.
Слайд 23. Выполнение упражнения: Получите хром тремя способами из Cr2O3, для
всех реакций подберите коэффициенты методом электронного баланса.
Итак, сегодня мы познакомились с формами распространения металлов в природе и
основными методами их получения, а также закрепили умения составления
электронного баланса.
Слайд 24. Домашнее задание: § 9, упражнение № 4, 5 письменно.
Список использованной литературы и Интернет-ресурсов:
1.
Химия 9 класс. Металлы. Получение металлов, Железо Мультимедийное
приложение к учебнику О.С.Габриеляна. Электронное учебное издание. ООО
«Дрофа» 2011.
2.
Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов.
3.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%E5%F2%E0%EB%EB%FB
4.
http://двойкам-нет.рф/%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0-4%D0%BE%D0%B1%D1%89%D0%B8%D0%B5%D1%81%D0%B2%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F6
%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B0%D1%85/%D0%
BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D1%8B-%D0%B2%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B5
5.
http://do.gendocs.ru/docs/index-183987.html?page=3
6.
http://school.xvatit.com/index.php?title=%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%83%
D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0
%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D0%B2
7