Тема урока: "Производство алюминия" (интегрированный урок - химия, география, физика.) - Выполнил: учитель химии Иванова Л.М.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Лицей»

          Тема урока:
   «Производство алюминия»
    (интегрированный урок –
   химия, география, физика.)
                                         Выполнил: учитель химии
                                                    Иванова Л.М.

                     г. Черногорск, 2012 год.

Урок: Тема «Производство алюминия ».
                     (интегрированный урок)
                          Двухчасовой.
                                            «Я слышу, и я забываю,
                                            Я вижу, и я запоминая,
                                            Я делаю, и я понимаю»

Цель: Ознакомить уч-ся с промышленным способом получения алюминия,
      месторождениями сырья для алюминиевой промышленности.
Образовательная
цель: 1. Формировать понятие школьников об особенностях получения
      металлов и их географии, научных принципах производства металлов,
      о природных соединениях алюминия, как основе цветной металлургии.
      2. Развивать знания уч-ся, полученных из курсов химии и географии о
      магматических и осадочных горных породах, о комплексном
      использовании сырья, о защите окружающей среды от отходов
      алюминиевой промышленности.
      3. Формировать навыки самостоятельной работы уч-ся с учебником,
      научно-популярной литературой.
Развивающие
цели: 1. Развитие научного мышления уч-ся (анализ, сравнение, обобщение,
      систематизация, решение проблем)
      2. Развитие речи.
      3. Развиватие познавательной активности, способствующей выработке
      навыков наблюдения, умения делать выводы.
Воспитательные
цели: 1. Воспитывать чувство долга, ответственности, трудолюбия,
      максимальную работоспособность на уроке.
      2. Формирование гуманных отношений на уроке
Оборудование: Коллекция полезных ископаемых, горных пород, коллекция
металлов, электролизер – прибор, карты, атласы, экономическая карта
России, образцы соединений алюминия. Историческая литература, научно-
популярная литература, таблицы, мультимедиакадры.
                                 Ход урока:
I Организационный момент: (1 мин).
II Начало урока, проблемно-поисковый метод.
III Школьникам предлагается таблица.
Задание к ней: Найдите клетки, соответствующие обусловленности
применения алюминия его свойствам. Из букв правильных ответов составите
название природного соединения алюминия.

Свойства области применения
                                                             Области применения

                                                                                        Самолётостроение
                                       бенгальских огней

                                                                                                           Сварка стальных
                                                           Алюмотермия
                                         Производство

                                                                                                                             Производство
                      Изготовление

                                                                         Изготовление
                        проводов

                                                                                                               изделий

                                                                                                                               посуды
                                                                            фольги
Свойства алюминия

Пластичен                 *                  Р              П                Г              *                   В                *

Устойчив к коррозии       *                 А                Т               Л              *                  Ф                  И

Взаимодействие с
                          У                 К                Н               С             Б                    О                А
оксидами металлов

Лёгкий                    *                 В               П                Г               З                 Ф                 *

Проводит
                          Ё                 И                С               А            Н                     Б                К
электрический ток
Порошок сгорает
ослепительными            П                 М              Ю                 В             К                    Т                А
вспышками

     Учитель географии (вводное слово): Цель нашего урока: обобщить и
     систематизировать знания об особенностях получения металлов и их
     географии, научных принципах производства металлов и их значения для
     народного хозяйства страны.
           Вся история человечества связана с использованием металлов.
     Неслучайно важнейшие этапы в развитии человеческого общества получили
     название по применению металлов: медный, бронзовый, железный. Металлы
     нужны всюду. Металлы – это машины, каркасы промышленных корпусов,
     мостов, плотин, электростанций. Металл – это трубы газонефтепроводов. Для
     развития металлургии. Наша страна практически обеспечена сырьём.(3мин).
     Учитель химии: Ребята, вспомните – в каком виде встречаются металлы в
     природе? (самородные Au, Ag, Au, в виде руд, оксидов – и т.д.). (2мин).
     Лабораторная работа (в тетради), коллекция горных пород, кадр –
     мультимедиа.(кадр№3 ,№5)                                          (5мин.)
     Цель работы: Рассмотреть важные руды, используемые для получения Al.
     Записать формулы, отметить внешние признаки (таблица).
     (коллекция на каждом столе)
     Ученик: Сообщение о цветной металлургии (именно об Al)            (3 мин).
     Учитель географии:
           1. В каком виде алюминий встречается в природе?

а) (Только в виде соединений)
алюмосиликаты (соли, образованные оксидами алюминия и кремния
щелочные и щелочноземельные металлы. Входят в состав полевого шпата,
минералов и глины.)
     б) Бокситы – Al2O3 – оксид алюминия.
     в) Корунд - Al2O3 –                                           (3мин.)
     Ученик (сообщение):
     Оксид алюминия – наиболее устойчивое соединение. Он многолик –
красный, синий, зелёный, оранжевый, жёлтый, более 40 оттенков. Наиболее
драгоценные – рубины и сапфиры – окраска обусловлена различными
примесями: Cr3+ - красный цвет камня (рубин), Ti+4 и Fe2+, Fe3+ - синий цвет
(сапфир). Это разновидности благородного корунда (наряду с алмазом и
изумрудами, занимает высшее место в классификации драгоценных камней).
(кадры мультимедиа№5,экономическая карта России).                  (2мин).
     г) Глинозём ( Al2O3)

     д) Алюминаты           благородная шпинель (украшает исторические
                            реликвии – корону Российской империи
                            хризоберилл (драгоценный камень) (4мин).
      2. Какое место по распространённости в земной коре занимает
алюминий?       (третье после кислорода и кремния – 9% по массе).
      3. Какие минералы, имеющие вулканическое происхождение, образует
алюминий?                                                       (2мин).
      Ученик: Типичный продукт затвердения расплавленной магмы –
гранит – слагается из 3-х минералов: полевого шпата, слюды, кварца.
Преобладает в граните полевой шпат (KAlSi3O8), который как и слюда
принадлежит к числу наиболее распространённых в вулканических породах
минералов, объединяемых под общим названием – алюмосиликаты.
(коллекция полезных ископаемых, у каждого на столе).               (3мин).
      4. Как называется естественный процесс химического разрушения
алюмосиликатов, поднявшихся при извержении из недр земли?
      Учитель географии: Выступая на поверхность земли и приходя в
соприкосновение с атмосферой, изверженные породы подвергаются
действию тепла, холода, а также химическому влиянию атмосферных
реагентов – кислорода, углекислого газа и воды. В результате начинается
медленный процесс химического разрушения алюмосиликатов –
выветривание.
      Из алюмосиликатов выветриваются щелочные и щелочноземельные
металлы и они превращаются в каолин (Al2O3·2SiO2·2H2O). Каолин и глина,
как и песок, осадочная порода – бурая окраска примеси окислов железа и
марганца.                                                     (3мин).
      5. Каков конечный продукт выветривания алюмосиликатов в
умеренном климате?                                             (2мин).
      Ученик: Глина – конечный продукт выветривания алюмосиликатов в
умеренном климате.

6. Каков конечный продукт выветривания алюмосиликатов в
тропическом и субтропическом климате.?                        (2мин).
       Учитель географии: В тропическом и субтропическом климате
разрушение алюмосиликатов идёт с отделением алюминия в виде
гидроксидов. Их состав – Al2O3·2H2O – это материал – минерал для
металлургии – боксит – они осадочного происхождения, внешне похож на
глину, не пластичен, цвет – обожжённый кирпич - из-за примеси Fe2O3.
(коллекция полезных ископаемых).
       7. Какие минералы алюминия вам известны, имеющие промышленное
значение? Покажите их местонахождение на карте.(экономическая карта
России).                                                       (2мин).
       Ученик: В результате выветривания образовались залежи бокситов на
западном и южном склонах Урала, тянутся до степей Северного Кавказа.
Месторождение нефелина на Кольском полуострове, в Красноярском крае,
Кемеровской области. (экономическая карта).                      (2мин).
       Учитель химии: Вместо бокситов в промышленности часто
используют нефелин (NaAlSiO4) – он легко расщепляется кислотами с
отделением кремния в виде кремнезёма. Важный минерал криолит3NaFAl
F3 – используют для производства алюминия. (кадры мультимедиа№4,№5)
                                                                 (20 мин).
Ученик: История открытия алюминия (творческая работа в группах, работа с
дополнительной литературой).
В 1754 г. была найдена основа квасцов – глинозём. А.Л.Лавуазье обнаружил
в ней Al2O3 (оксид алюминия), но выделить в чистом виде не сумел. 1825 г.
Х.К.Эрстед (Дания) получил алюминий в чистом виде, используя калий – в
виде амальгамы. Но какой получили продукт – точно не выяснили.
1827 г. Ф.Велер (Германия) взял чистый калий, как восстановитель, получил
алюминий в порошкообразном виде, а вот превратить его в слиток не смог.
18 лет упорного труда позволили учёному приготовить алюминий в виде
гранул размером со спичечную головку. Новый металл был красивым и
походил на серебро, но был лёгким. Эти свойства позволили алюминий
высоко оценить и определить его стоимость. В XIX – XX вв. алюминий
ценили выше золота.
Ученик:                                                        (6мин).
       Н.Г. Чернышевский – назвал алюминий - «металл социализма».
Четверть века он оставался музейной редкостью. Впервые из него изготовили
(латы) декоративные кирасы – для личной охраны (кирасир) Наполеона III и
игрушек для его наследника.
       Современный способ получения алюминия (после чего наладили
массовое производство) изобретён американцем И.Холлом и французом
П.Эру в 1886 г. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в
растворе криолита. Криолит расплавляет оксид алюминия – как вода
растворяет сахар. При этом оксид алюминия – как электролит, а криолит –
как растворитель. Катод – чистый алюминий, анод – кислород.

После этого открытия алюминий подешевел и приобрёл всеобщую
популярность.
      Первенцем алюминиевой промышленности в нашей стране стал
Волжский алюминиевый завод (комбинат), он дал первые слитки 14 мая
1932г. Важнейшим сырьём для производства оксида алюминия – служат
бокситы.                                                      (6мин.)
                    II Технология электролиза:
      Учитель химии: В разработке промышленного способа получения
алюминия электролизом внёс большой вклад русский химик технолог
П.П.Федотьев.
      При электролизе расплава, содержащего раствор оксида алюминия в
Na3AlF6 (криолита) на катоде образуется жидкий алюминий Al3++3e       Alo
      Анодом служат угольные стержни на их поверхности образуется
угарный газ (СО) и углекислый газ (СО2), поэтому материал анода постоянно
расходуется, и анод нужно постоянно обновлять.
      Для электролиза необходим оксид алюминия чистый без примесей
FeO4 и SiO2 (оксид железа и оксид кремния) (эти примеси понижают свойства
алюминия – его пластичность и стойкость к коррозии).
      Очищение от этих оксидов сложный процесс:
      а) щелочное сплавление исходного материала
      б) растворение продуктов сплавления в воде
      в) отделение из раствора кремниевой кислоты и гидроксида железа (III)
и осаждение с прокаливанием Al(ОН)3 – гидроскида алюминия        (6 мин).
                           Работа электролизёра:
                         (таблица, кадры фильма)
      Стальная ванна прямоугольной формы внутри выложена огнеупорным
кирпичом и блоками из угольной массы. В нижние блоки закругляются
расплавленный алюминий – это катод. Над слоем жидкого алюминия
находится расплавленный электролит, в который сверху опущен угольный
анод, он постепенно сгорает, его наращивают, загружая в алюминиевый
кожух анода углеродистую массу .                               (6мин).
      Ученик: Производство обожжённых анодов является естественным в
России на РУСАЛе и включает три технологические линии
производительностью 110 тыс.тонн обожжённых анодов в год (кадр
презентации 3, 4).                                              (3мин).
      Учитель химии: Сверху и со стороны боковых стенок электролит
вследствие охлаждения воздухом – застывает, образуя сплошную корку.
      Электролизёр работает непрерывно, но Al2O3 загружают в ванну
порциями через 2 суток. Накопившийся алюминий сливают в ковш, из
которого предварительно откачивают воздух. Жидкий алюминий по трубе
засасывают в ковш, а затем из него разливают по формам.           (8мин.)
      Ученик: На РУСАЛе 47% электролизеров работают в режиме
автоматизированной подачи глинозёма в электролит, это обеспечивает выход
качественного алюминия – продукция пользуется большим спросом в
России, СНГ, Великобритании, Франции, Японии и др.странах.       (7 мин).

Ученик:      Для    производства   алюминия        необходимо      много
электроэнергии на 1 т алюминия расходуется 15000 квт·ч. Чем мощнее
электролизёр, тем меньше расходуется энергии, легче механизировать
отдельные стадии производства, выше производительность труда.
Волховский алюминиевый завод им. С.М.Кирова – на базе Волховской ГЭС,
Днепропетровский алюминиевый завод – на базе Днепропетровской ГЭС,
РУСАЛ с с 1985 г. – на базе Саяно-Шушенской ГЭС, Красноярский
алюминиевый завод – на базе Красноярской ГЭС, Саянский алюминиевый
завод создан на базе электроэнергии Саяно-Шушенской ГЭС, расположен в
республике Хакасия на расстоянии 58 км от электростанции.
         Кадры СШ ГЭС                                                 (5 мин).
      С 2003 г. на РУСАЛе действует программа по повышению силы тока
на 13 килоампер, это позволит получить более 12 тыс.тонн дополнительного
алюминия. С 2003 г. установлено 15-18 новых электролизёров, что
обеспечивает прибыль металла на 5,5 тыс.тонн.
      С 2004 г. введено строительство ещё восьми электролизёров.
      С 2004 г. – запущен новый мощный в России электролизёр на 300 КА.
                                            (рис. 1.2.3 ст.16 презентация)
      РУСАЛ обеспечивает выпуск 330 тыс.тонн алюминия в год.
(рис.2кадры презентации).
      РУСАЛ проектирован и построен как наиболее чистое в экологическом
отношении предприятие.                                               (3мин.)
      Ученик: Особое внимание отведено решению экологических проблем.
Очистка газов электролиза – производится на современных установках
«сухим» способом «Флект» производительностью 940 тыс.м3/час с КПД по
фтору и пыли 98,5%.
      В цехе электролиза алюминия работает семь комплексных
пылезащитных установок 58 аспирационных систем улавливания пыли.
      Переделка обожжённых анодов – осуществление установками мокрого
типа производительностью 230 тыс.м3/час, работают две газоочистки, 34
аспирационные системы, обеспечивающие улавливание по фтористому
водороду на 98%, оксида серы 9%, пыли 8%.
      Удельный вес загрязняющих веществ от ТЭС в общем объёме
выбросов завода составляет 35%. Система водоснабжения канализации,
шлакоудаление полностью исключает сброс неочищенных стоков в водоём.
      РУСАЛ – возвёл санитарно-защитную зону на площади 53 га, это
больше 40 тыс. клёнов, вязов и др. деревьев, призванных преграждать дорогу
пыли, очищать и обновлять атмосферу.                               (10мин.)

                      Заключение – итог урока:
Учитель физики: (предлагается решение задач на закон Фарадея)
                Решение задач на тему «Электролиз»:

1. Ток силой 10 А пропускался через раствор сульфата меди (II) 2 часа.
Какова масса выделившейся меди?

2. Определите силу тока, зная, что при пропускании его в течении часа через
раствор нитрата серебра образовалось 20 г серебра.
3. При пропускании тока силой 1,5 А в течении 2 часов на катоде выделилось
3,556 г металла. Определите, какой это металл?
4. Электролиз раствора сульфата меди (II) проводили с платиновыми
электродами в течении 20 мин. При силе тока 5 А. Какая масса меди
выделяется на катоде?

Учитель химии: (предлагаются задачи, составленные учащимися с
использованием НРК.)
1.На СААЗе алюминий получают из глинозема, который поставляет Индия
(Гвинея). Договор заключен на 25 лет – это сырье качественнее и дешевле
глинозема Николаевского и Ачинского. Рассчитать какую массу алюминия
можно получить из такого глинозема, составной частью которого является
оксид алюминия, массой 300 тонн, содержащего 20 % примесей, если
практический выход алюминия составляет 80 %.
2. Николаевский глинозем используют для получения алюминия
электролизом в расплаве. Выделившийся на аноде кислород
окисляет графитовый анод, образуя углек ислый газ. Какая масса
алюминия было получена, если в результате реакции на аноде
собран газ объемом 67,2 л (н. у.)
3. Алюминий впервые получил в 1825г. Х Эрстэд( он использовал реакцию
восстановления хлорида алюминия металлическим калием). В 1855г. на
Всемирной парижской выставке был продемонстрирован первый слиток
алюминия ,а уже через год для получения алюминия был приманен
электролиз хлорида алюминия .Сейчас промышленный способ получения
этого металла –электролиз оксида алюминия, растворенного в
расплавленном криолите, комплексной соли состава Na3 (AlF4).Рассчитайте
объем(при н.у.)кислорода, который выделяется при получении этим
способом 1 т алюминия.                                      (32 мин).

                  Домашнее задание:
1. Приготовить презентацию – рекламу алюминия.
2. Задачи расчётные с использованием материала НРК.
3. Экскурсия на РУСАЛ. (запланировать)
4.Решение задач на тему «Электролиз»Н.М.А.(Новосибирская Медицинская
Академия)

                      Литература:
     1.Приготовить презентацию-рекламу алюминия.
     2. Настольная книга учителя, автор ОС Габриелян.
     3.Сборник задач по химии для поступления в ВУЗ, автор
Г.П.Хомченко.
     4.Учебник химии 9класс,автор Ф.Г.Рудзитис.

5.Учебникхимии9класс,авторЮ.В.Ходаков,П.А.Глориозов.
6. Химия -пособие- репетитор, автор А.С.Егоров.