Семинар "Получение металлов". 9 класс

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение

«Гимназия № 5»

г. Оренбург

Разработка урока по теме «Получение металлов»
9 класс

подготовила учитель химии

Сидоренко Светлана Викторовна

г. Оренбург

2017 г.

Тема. Получение металлов.

Тип урока: семинар.

Цель урока. Содействовать усвоению знаний о металлах, их нахождении в природе; дать понятие о металлургии и ее разновидностях

Образовательные задачи:

1. Познакомить учащихся с природными соединениями металлов и с самородными металлами, проследить зависимость формы нахождения металла в природе от его химической активности.

2. Дать понятие о минералах, рудах, металлургии, рассмотреть такие её разновидности, как пиро-, гидро-, электрометаллургия.

3. Способствовать развитию познавательного интереса через реализацию межпредметных связей.

4. Продолжить формирование навыков самостоятельной работы.

5. Способствовать развитию эрудиции и познавательного интереса.

Воспитательные задачи:

1. Воспитывать культуру общения на уроке.

Развивающие задачи:

1. Развивать умения выделять главное, сравнивать и обобщать; развивать представления о причинно-следственных связях явлений, познаваемости мира.

2. Прививать навыки самостоятельной работы, учить четко и грамотно выражать свои мысли.

3. Развивать умение использовать химическую терминологию.

4. Поддерживать познавательный интерес к изучаемому материалу и к предмету.

Оборудование. Видео «Алюминотермия», «Электролиз», «Восстановление водородом оксида меди». Коллекция минералов и руд.

Планируемые результаты обучения. Знать способы получения металлов.

Предварительная подготовка к уроку:

Класс делится на 3 группы. Каждая группа получает задание: подготовить выступления по вопросам, а также изготовить презентации, схемы, рисунки, таблицы к выступлению.

Вопросы для 1 группы.

1. Распространение металлов в природе.

2. Нахождение металлов в природе.

3. Минералы. Руды.

4. Обогащение руд.

Вопросы для 2 группы.

1. Металлургия, ее значение в народном хозяйстве.

2. Виды металлургических производств.

3. Металлургический комбинат.

4. Вопросы экологии.

Вопросы для 3 группы.

1. Пирометаллургия.

2. Пирометаллургические процессы.

3. Примеры пирометаллургических процессов.

Вопросы для 4 группы.

1. Гидрометаллургия.

2. Гидрометаллургические процессы.

3. Примеры гидрометаллургических процессов.

Вопросы для 5 группы.

1. Электрометаллургия.

2. Микробиологические методы получения металлов.

Выступление групп по предварительно подготовленным вопросам – 5 минут. Наивысшая оценка выступления – 5 баллов (выделено самое главное, время не превышено, участвовало наибольшее количество учеников).

Подготовить вопросы по своему выступлению для других групп.

Структура урока

1. Оргмомент.

2. Проверка д\з - № 7-11 РТ письменно.

3. Проверка ЗУН.

Самостоятельная работа по теме «Химические свойства металлов»

Вариант № 1

1. Составьте уравнения реакций взаимодействия:

а) калия с серой,

б) железа с растворов соляной кислоты,

в) алюминия с бромом.

1. Между какими растворами произойдёт химическая реакция:

а) медь и раствор сульфата железа (II);

б) цинк и раствор нитрата ртути (II).

Напишите соответствующие уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.

Вариант № 2

1. Составьте уравнения реакций взаимодействия:

а) меди с кислородом,

б) железа с хлором,

в) бария с водой.

1. Между какими растворами произойдёт химическая реакция:

а) медь и раствор нитрата серебра;

б) железо и раствор нитрата ртути (II).

Напишите соответствующие уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.

Вариант № 3

1. Составьте уравнения реакций взаимодействия:

а) алюминия с йодом,

б) меди с серой,

в) калия с водой.

1. Между какими растворами произойдёт химическая реакция:

а) железо и раствор хлорида меди (II);

б) серебро и раствор бромида калия.

Напишите соответствующие уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.

Вариант № 4

1. Составьте уравнения реакций взаимодействия:

а) магния с соляной кислотой,

б) цинка с кислородом,

в) кальция с хлором.

1. Между какими растворами произойдёт химическая реакция:

а) магний и раствор нитрата ртути (II);

б) медь и раствор хлорида хрома (III).

Напишите соответствующие уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.

IV. Подготовка к восприятию н\м.

Ребята, а каково происхождение слова «металл»? Откуда оно пришло к нам?

В одной из пьес А.И. Островского изображена купчиха, которая больше всего боится страшных слов, таких, как металл. Она очень удивилась бы, откройся ей происхождение этих роковых речений. Греческое слово «металлон» имело значение «земляные работы, раскопки», а позднее стало означать «шахта, рудник, руда». В латинском языке слово «металлум» получило значение «руда и выплавляемый из нее металл» и уже в виде французского металл перекочевало в Россию.

Послушайте стихотворение Е. Ефимовского:

Металл – это точность,

Металл – это прочность,

Скорость, высота,

Блеск и красота.

Не сразу в дом пришёл металл,

Не сразу ложкой, вилкой стал.

Не сразу стал он кружкой

И заводской игрушкой.

Был путь металла долог:

Сперва пришёл геолог.

Нашёл он гору - в ней руда.

И горняки пришли туда.

И машинист даёт гудок-

К печам руду доставят в срок.

И металлический ручей

Течёт из огненных печей.

Ещё работе не конец:

Придут и токарь, и кузнец,

Слесарь и штамповщик,

Сварщик, фрезеровщик.

И каждый вложит труд в металл,

Чтобы металл трудиться стал.

Он в проводах несёт нам свет,

Металл - коньки, велосипед,

Метро, трамвай, будильник,

Утюг и холодильник.

V. Изучение н\м. Поэтапная проверка усвоения.

Проведение семинара.

В ходе выступлений остальные учащиеся слушают, отвечают на вопросы, выполняют предложенные учителем и выступающими задания.

Выступление 1 группы.

1. Распространение металлов в природе (работа с диаграммой «Распространение металлов в природе»).

На первом месте - алюминий, затем железо и кальций (на 1тонну несколько кг). Других металлов гораздо меньше (на 1 тонну земной коры 70 мг серебра, 11 мг золота, 0,1 мг осмия). И всё же это не так мало. Например, золота по 5 кг на каждого жителя планеты.

1. Нахождение металлов в природе.

Примерное содержание.

Можно ли, опираясь на положение металла в ряду активности, спрогнозировать, в каком состоянии он будет находиться в природе – в самородном виде или в виде соединений: оксидов, сульфидов, галогенидов, карбонатов, сульфатов и пр. (Да, можно. Чем активнее металл, тем больше вероятность того, что в природе он находится в виде соединений с различными элементами) Совершенно верно. Активные металлы будут находиться в природе только в окисленной форме, а неактивный металл золото, например, может встречаться в природе и в свободном состоянии.

Металлы могут встречаться в природе или в виде простого вещества или в составе сложного вещества.

Металлы в природе встречаются в трёх формах:

1) в свободном виде встречаются золото и платина; золото бывает в распыленном состоянии, а иногда собирается в большие массы - самородки. Так в Австралии в 1869 году нашли глыбу золота в сто килограммов весом. Через три года обнаружили там же еще большую глыбу весом около двухсот пятидесяти килограммов. Наши русские самородки много меньше, и самый знаменитый, найденный в 1837 году на Южном Урале, весил всего около тридцати шести килограммов. В середине XVII века в Колумбии испанцы, промывая золото, находили вместе с ним тяжелый серебристый металл. Этот металл казался таким же тяжелым, как и золото, и его нельзя было отделить от золота промывкою. Хотя он и напоминал серебро (по-испански «plata»), но был почти нерастворим и упорно не поддавался выплавке; его считали случайной вредной примесью или преднамеренной подделкой драгоценного золота. Поэтому испанское правительство приказывало в начале XVIII столетия выбрасывать этот вредный металл при свидетелях обратно в реку. Месторождения платины находятся и на Урале. Оно представляет собой массив дунита (изверженная горная порода, состоящая из силикатов железа и магния с примесью железняка). В нем содержатся включения самородной платины в виде зерен.

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

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

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

хлоридов - сильвинит КСl· NaCl, каменная соль NaCl;

нитратов – чилийская селитра NaNO₃;

сульфатов – глауберова соль Na₂SO₄ · 10 H₂O, гипс CaSO₄ · 2Н₂О;

карбонатов – мел, мрамор, известняк СаСО₃, магнезит MgCO₃, доломит CaCO₃ · MgCO₃;

сульфидов - серный колчедан FeS₂, киноварь HgS, цинковая обманка ZnS;

фосфатов – фосфориты, апатиты Ca₃(PO₄)₂;

Также встречаются в виде оксидов – магнитный железняк Fe₃O₄, красный железняк Fe₂O₃, бурый железняк 2Fe₂O₃ · 3Н₂О.

1. Минералы. Руды.

Работа с образцами минералов.

1. Обогащение руд.

2. Формулировка выводов: активные металлы - в виде солей; малоактивные и неактивные металлы (до ртути включительно) - в виде оксидов и сульфидов; благородные металлы - в свободном виде (также в свободном виде встречаются олово, ртуть).

3. Выполнение № 1 с.35 РТ.

Выступление 2 группы.

1. Металлургия, ее значение в народном хозяйстве.

Потребность человека в металлах огромна. Железо, алюминий, медь др. потребляются в размерах сотен миллионов тонн в год. Индий, цезий, церий, осмий - несколько тонн в год. Но обойтись без них современная техника не может.

Металлургия – наука о промышленных способах получения металлов из природного сырья. Отрасль промышленности, которая занимается получением металлов из руд, называется металлургией. Так же называется и наука о промышленных способах получения металлов из руд.

1. Виды металлургических производств.

а) черная металлургия – получение железа и его сплавов.

б) цветная металлургия – получение цветных металлов (легкие – Ti, Al, Mg; тяжелые – Cu, Pb, Zn, St; благородные – Au, Ag, Pt; редкие – W, Md).

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.

1. Металлургический комбинат.

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).

Перед началом строительстве металлургических заводов рассматривается несколько факторов: близость сырьевых источников (г. Магнитогорск возведён благодаря горе Магнитной), транспортная развязка (доставка руды и вывоз готовой продукции), необходимы топливные и водные ресурсы. Как следствие близ завода появляется город.

1. Вопросы экологии.

При доменном производстве образуются шлаки, сернистые газы; при обжиге сульфидов, которые загрязняют окружающую среду. Самые грязные производства – это производства металлов.

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. м³ 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.

1. Выполнение № 2 с.36 РТ.

Учитель. Какой основной химический процесс лежит в основе получения металлов? 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.

Выступление 3 группы.

1. Пирометаллургия.

2. Пирометаллургические процессы.

3. Примеры пирометаллургических процессов.

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.

Это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей (неметаллических - кокс, оксид углерода (II), водород; металлических - алюминий, магний, кальций и другие металлы).

Разновидности:

• Карботермия (восстановление углеродом). Используется редко, т.к. углерод взаимодействует с железом, образуя карбиды различного состава. Также восстановителем может являться оксид углерода (II). Именно этот способ лежит в основе производства чугуна. С экологической точки зрения процесс не является чистым, да и железо получается в виде сплава с углеродом, кремнием. Но этот способ наиболее дешевый.

• Металлотермия - это получение одних металлов с помощью других при высокой температуре. Применяют его в том случае, когда металл невозможно восстановить с помощью угля, угарного газа или водорода. Причины могут быть различными: либо данный металл вступает во взаимодействие с восстановителем, либо с продуктами окислительно-восстановительного процесса, либо это слишком слабые восстановители.

В зависимости от металла-восстановителя различают:

А) алюминотермию

3 Rb₂O + 2Al = 6Rb + Al₂O₃ + Q

Б) магнийтермию

TiO₂ + 2Mg = Ti + 2MgO + Q

В) Водородотермия - это восстановление металлов из их соединений с помощью водорода при высокой температуре.

МоО₃ + 3Н₂ = Мо + 3Н₂О

1. Просмотр видеоопытов «Алюминотермия», «Восстановление оксида меди водородом».

Fe₂O₃ +2Al = 2Fe + Al₂O₃ (алюмотермия)

CuO + H₂ = Cu + H₂O (водородотермия)

1. Выполнение № 5,6 с. 37 РТ.

Выступление 4 группы.

1. Гидрометаллургия.

Гидрометаллургия – получение металлов восстановлением их соединений в водных растворах.

1. Гидрометаллургические процессы.

Руду обрабатывают подходящими реагентами (в качестве растворителей используют воду, кислоты, щёлочи) для перевода соединения металла в раствор, а затем выделяют из раствора электролизом или взаимодействием с более активным металлом.

1. Примеры гидрометаллургических процессов.

Например, руда содержит оксид меди и ее растворяют в серной кислоте:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O (медная руда не извлекается на поверхность),

затем проводят реакцию замещения CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu или электролиз.

Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий и другие металлы.

1. Выполнение № 8 с.37 РТ.

Выступление 5 группы.

1. Электрометаллургия.

Это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза). Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов.

1. Просмотр видеоопыта «Электролиз»

2. Микробиологические методы получения металлов, их преимущества.

VI. Закрепление.

1. Химическая анаграмма

Диктор на футбольном матче

Ведёт азартно передачу.

Когда ж на поле будет гол,

Кричит он слово в микрофон.

Вы это слово на буквы разбейте,

Новое слово составить сумейте.

Значенье его, чтобы вы угадали:

То, из чего выплавляют металлы.

(Удар – руда)

1. Установи соответствие:

А. платина	1. в свободном виде
Б. кальций	2.сульфаты
В. медь	3. оксиды
Г. железо	4. сульфиды
	5. карбонаты

1. № 2 с.47 учебника устно.

VII. Подведение итогов. Рефлексия.

Обсуждение подготовленности групп, рекомендации.

VIII. Д\з - §9, № 3, 4 с.35 РТ письменно.

Список использованной литературы

1. Габриелян О.С., Яшукова А.В. Химия. 9 класс. Учебник - М.: Дрофа, 2013.

2. Габриелян О.С., Яшукова А.В. Химия. 9 класс. Рабочая тетрадь к учебнику О.С.Габриеляна «Химия. 9» - М.: Дрофа, 2013.

3. Габриелян О.С., Яшукова А.В. Химия. 8 - 9 классы. Методическое пособие - М.: Дрофа, 2004.

4. Габриелян О.С. Химия. 9 класс. Контрольные и проверочные работы к учебнику О.С.Габриеляна «Химия. 9.» - М.: Дрофа, 2005.