Урок "Производство чугуна и его применение"

Алгоритм

Сырьем (шихтой) для производства чугуна является:

железная руда - Fe₂O₃,

кокс – С,

флюс - СаСО₃.

Домну загружают через колошник сырьем чередующимися слоями. Горение и необходимая температура поддерживается вдуванием горячего воздуха, через специальные отверстия в горне.

Для получения чугуна вам нужно написать уравнения реакций:

• В верхней части горна при температуре 1850⁰С происходит сгорание кокса в струе вдуваемого воздуха

• Оксид углерода (4) проходя через раскаленный кокс, превращается в оксид углерода (2)

• Оксид углерода (2) постепенно восстанавливает руду при температуре 450-500⁰ C до оксидов железа (2) и (3)

• При температуре 600⁰С происходит восстановление смеси оксидов (2) и (3) оксидом углерода (2) до оксида железа (2).

• При температуре в 700⁰С происходит восстановление оксида железа (2) оксидом углерода (2) до свободного металла

Восстановление железа из руды заканчивается при 1100⁰С. При этой же температуре частично восстанавливаются кремний, фосфор, марганец.

При температуре 1200⁰С расплавленное железо растворяет в себе углерод, кремний, марганец, фосфор и серу и образует жидкий чугун.

Пустая порода при взаимодействии с флюсом образует, шлаки и располагается на поверхности чугуна. Чугун и шлак стекают в горн и выпускаются через отверстия, расположенные на разных уровнях.

Тема: Производство чугуна и его применение

Класс: 9

Тип урока: изучение нового материала

Цель: ознакомление учащихся с чугуном, как сплавом железа и его применением.

Задачи:

• закрепить знания, об основных месторождениях железа в России, полученные на уроках географии;

• познакомить с доменным процессом выплавки чугуна;

• познакомить с историей чугунного литья и применением чугуна в архитектуре.

• формировать умения выбирать главное, работать по плану;

• развивать кругозор.

• развивать познавательный интерес, через межпредметные связи в обучении;

• профориентационное воспитание.

Ход урока:

I. Организационный момент

1. Вводное слово учителя, актуализация

II. Новая тема

1. Постановка цели урока, изложение плана урока;

2. Изложение материала учащимися по первому этапу урока, работа с картой;

3. Изложение материала учителем и учащимися по второму этапу урока;

4. Изложение материала учителем и учащимися по третьему этапу урока;

5. Изложение материала учащимися по четвёртому этапу урока;

6. Решение расчётной задачи на практический выход продукта реакции.

III. Заключительное слово учителя, итог урока

IV. Рефлексия

V. Домашнее задание.

Средства обучения:

• Мультимедийная установка;

• Диски: «Неорганическая химия», с мультимедийной презентацией;

• Коллекция минералов;

• Алгоритм

• Схема устройства доменной печи

Методы:

• По источнику информации – наглядные

• По способу познавательной деятельности – проблемный

• По движению мысли от незнания к знанию - дедуктивный

Часы истории человечества стали отсчитывать время быстрее, когда в его жизнь вошли металлы и, что важнее всего, их сплавы. Вся история человечества в зависимости от материала и изготовления орудий труда делится на четыре больших эпохи. И в большинстве своем, именно металлы дали названия этим эпохам: каменный век - медный век - бронзовый век - железный век. Здесь мы видим прогресс развития человечества. Слайд 1

Давайте сразу перенесемся в эпоху железного века. Ведь железо сыграло большую роль в развитии человеческого общества и не потеряло своего значения в настоящее время: из всех металлов оно и его сплавы наиболее широко используются в современной промышленности.

Первобытный человек начал использовать железо за несколько тысячелетий до нашей эры. В те времена он еще не добывал железо из руд, а использовал упавшие из космоса на Землю метеориты. Отсюда и древнее название железа ваасперс, что обозначает в переводе с шумерского языка – это металл, “капнувший с неба, небесный”.

Получение железа из железных руд, приходится на середину II тыс. до н.э. Данный процесс был осуществлен египтянами. Начало металлургии железа на территории нашей страны приходится на рубеж II и I тыс. до н.э. Сегодня на уроке мы поговорим о сплаве железа.

И объектом нашего урока сегодня будет чугун.

Тема урока: «Производство чугуна и его применение». Исходя из темы, сформулируйте для себя задачи урока. Слайд 2

Предполагаемый ответ: выяснить химизм получения чугуна и познакомиться с отраслями его применения.

Чтобы реализовать поставленные вами задачи, необходим план урока. Я вам предлагаю план, по которому мы с вами будем сегодня работать. Найдите его на своих столах и положите посередине. Слайд 3

Сообщение учащегося, работа с картой Слайд 4 Железо один из самых распространенных в природе элементов. В земной коре его массовая доля составляет 5,1%, и оно уступает лишь кислороду, кремнию и алюминию. Железо входит в состав большинства горных пород в виде руд: магнетит, красный железняк, бурый железняк. Слайд 5 Демонстрация коллекции минералов. Железорудные месторождения имеются на территории всей России. Это Курская магнитная аномалия, на Урале, в Западной Сибири. Слайд 6

Слово учителя У нас на территории РХ тоже имеются железорудные месторождения, их более 130. А вы можете назвать какие-нибудь? Показать.

Добыча железной руды в Хакасии ведется двумя рудниками: Абаканском и Тейском. Кроме того, месторождение в Западном Саяне: Анзасское является резервным. Слайд 7

Чистое железо из железных руд можно получить химическим способом, однако мягкость чистого металла делает его применение нецелесообразным. В промышленности и технике используют железо в виде сплавов: чугуна и стали.

Первый чугун был произведен в Китае в VI в. до н.э. В Европе чугун начали получать в ХIV в. (когда появились первые доменные печи. В России первые доменные производства открылись в ХVI столетии).

Что же такое чугун? Для этого нам нужно ответить на следующие вопросы. Слайд 8 Что такое? Какой он? Из чего состоит? Чтобы ответить на эти вопросы, мы познакомимся сначала с его производством.

3. Получение чугуна осуществляется в доменных печах, или домнах. Давайте познакомимся с их устройством. Внимание на экран. Диск «Неорганическая химия», раздел «Железо и хром», параграф «Чугун и сталь» - п.3 – устройство доменной печи или слайд 9

Самостоятельная работа учащихся со схемой в тетрадях (3мин). У вас на столах имеются таблицы с изображением доменной печи. Сделайте на них обозначения, характеризующие устройство домны. Чтобы вам было легче справиться обратите внимание на следующие термины (записаны на доске). Проверьте, верно, ли вы сделали обозначения (отвечает один ученик, показывает на слайде). Проверим ещё раз. Диск «Неорганическая химия», раздел «Железо и хром», параграф «Чугун и сталь» - п.3 – устройство доменной печи включить повторно для проверки (отвечают учащиеся). Если есть неточности в ваших работах, исправьте их.

Через колошник происходит загрузка сырья для выплавки чугуна, а снизу подается воздух.

Давайте познакомимся с химизмом выплавки чугуна в доменных печах.

4. Самостоятельная работа учащихся по алгоритму (10мин). Представьте, что вы рабочие-металлурги и вам необходимо выплавить 1т чугуна. Для этого у вас есть 1800кг Fe₂O₃, 800кг кокса, 300кг флюсов в виде СаСО₃. По предложенному вам алгоритму получите, пожалуйста, вашу первую тонну чугуна. Слайд 10

Давайте посмотрим, получили ли вы свою первую тонну чугуна. Кто желает выйти к доске и написать уравнения реакций процессов, которые идут в доменной печи. Запись на доске. Теперь проверим, верно, ли вы написали уравнения процессов и, следовательно, получили ли чугун. Внимание на экран. Диск «Неорганическая химия», раздел «Железо и хром», параграф «Чугун и сталь» - п.4,5.или слайд11,12 Такие процессы должны пройти в доменной печи. Чтобы глубже узнать профессию металлурга, у нас в г.Абакане есть филиал КГТУ, где вы можете приобрести данную профессию.

Мы познакомились с устройством доменной печи и процессами выплавки чугуна. Давайте теперь вернемся к нашим вопросам Что такое? Какой он? Из чего состоит? Слайд 13 и скажем, что же такое чугун. (ответы учащихся).

Чугун – определение в тетрадь. Слайд 14

Слово учителя Различают два вида чугуна: белый и серый. Белый чугун идет на производство стали, а серый используется для нужд человека.

5. Давайте выясним, где же чугун находит свое применение. Для этого слайд 15 из приведенного перечня выберите те области, в которых используются изделия из чугуна. И приведите примеры изделий из этого сплава. Работа учащихся над выбором отраслей применения чугуна.

• В быту

• Авиастроение

• Мебельная промышленность

• Водоснабжение

• Коммунальное хозяйство

• Искусство

• Архитектура (ответы учащихся с примерами).

Слово учителя Но чугун используется и в искусстве, в архитектуре и скульптуре.

Сообщение учащегося об истории первых чугуноплавильных заводов на территории России.

Сообщения учащегося из Интернет-ресурсов о Каслинском литье, решётках Санкт-Петербурга, мостах и Исаакиевском соборе. Слайды по ходу сообщений 16-19

6. Решение задачи. Мы с вами сегодня выплавили в доменной печи чугун. Теперь давайте решим задачу стр.157, зад.4 и узнаем, сколько можно получить чугуна из 100т железной руды.

III. Итог Давайте вернемся к нашему плану и посмотрим, все ли пункты плана реализованы? (Ответ учащихся: все). Я согласна и тоже считаю что все. IV. Рефлексия Посмотрите на предложенные Вам вопросы и ответьте на них. Слайд 20 ответы и отзывы учащихся.

V. Домашнее задание стр. 157. зад.5, пар.56, вопр.5-10, более сильным учащимся индивидуальные карточки с заданиями в тетрадь

Спасибо за урок! Слайд 21. Я рада, что урок Вам понравился.

Используемая литература

1. Аликберова Л. Ю. Занимательная химия: Книга для учащихся, учителей и родителей – М.: АСТ-ПРЕСС. 2002. – 560 с.

2. Бердоносов С. С., Менделеева Е. А. Химия. Новейший справочник. – М.: Махаон, 2006.

3. Ф.Г.Фельдман, Г.Е. Рудзитис Химия:Учеб. Для 9 кл. сред. Общеобразоват. Учеб. Заведений. – М.: Просвещение, 2008.

4. Химия. – 2-е изд., перераб./ред. Коллегия: М.Аксёнова, И.Леенсон, С.Мартынова и др. – М.: Мир энциклопедий Аванта+, Астрель, 2007.

5. Хомченко Г.П. Химия для поступающих в ВУЗы: учеб.пособие. – 2-е изд. – М.: высш. Шк., 1993.

Электронные издания

1. Диск «Неорганическая химия»

2. Диск Химия 9 класс «Просвещение»

3. Учащимися использовались Интернет-ресурсы

Чугун в искусстве

Самым известным чугуноплавильным заводом является построенный в конце ХVII в. под Тулой купцом Никитой Демидовичем Антуфьевым (1656-1725), более известным в российской истории под фамилией Демидов. Дела на этом заводе шли очень успешно и в 1702 году, по указу Петра 1 Демидову были переданы во владение земли для строительства новых металлургических заводов. К концу 1725 года семья Демидовых владела 25 заводами по производству чугуна, стали и меди. Продукция Демидовых обеспечивала нужды России и продавалась за рубеж.

С конца 18 века чугунные конструкции распространились в архитектуре. Искусствоведы даже называют 19 век «веком чугуна».

Изделия из литого чугуна тяжелее бронзовых, но существенно дешевле их. Поэтому в 19 столетии при строительстве крупных соборов архитекторы отдавали предпочтение сплаву железа. Выполнены из чугуна и купола и Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге (1818-1858). В общей сложности на их изготовление было израсходовано, 490т стали, 990т чугуна, 49т меди и 30т бронзы.

В 1779году в Великобритании был сооружен первый чугунный мост. Это первая в мире конструкция подобного рода. Идея сборного моста была высказана мостостроителем Томасом Фернолом Причардом одному фабриканту. Еще одним участником стал Абрахам Дерби - владелец чугунного завода, на котором в последствии и отливались детали моста. В 1777г на заводе были отлиты первые детали моста. Все детали отливались отдельно и монтировались уже на месте. В 1779г мост был возведен. Мост вызвал такой большой интерес, что вскоре вокруг него был возведен городок Айронсбридж. Когда в 1795 году было сильнейшее наводнение и все каменные мосты были снесены, то чугунный мост выдержал. После этого на заводы посыпались заказы на производство новых чугунных мостов. И чугунные мосты стали возводиться во всем мире, в том числе и в России.

Чугунные мосты в России начали возводить с города Санкт-Петербурга. Первый мост был сооружен в 1806 году, архитектором Василием Ивановичем Гесте, через реку Мойку по Невскому проспекту. Его название – Зелёный, или Полицейский, мост. Вскоре на водных артериях города появились другие чугунные мосты: Красный, Синий, Певческий. Некоторые из них были украшены литыми фигурами из чугуна, например, Львиный мост.

Примерно с XV столетия в Германии, а затем в других странах Европы вошли в обиход литые чугунные фонари и парковые ограды, скульптуры, садовая мебель, каминные решетки.

В России художественное литье из чугуна начало распространяться с конца XVII столетия. И в год заложения Петербурга (1703 год), для города были отлиты чугунные решетки. В следующие четыре года на Онежском озере была построена система Олонецких горных заводов по производству чугуна. Здесь отливали пушки, холодное оружие, якоря и декоративные изделия.

Наиболее известным в России центром художественного чугунного литья является Каслинский чугунолитейный завод. Состав чугуна для художественного литья имеет ряд особенностей. Металл должен быть текучим и легкоплавким, не должен образовывать пузырьков. Такими качествами обладает чугун с большим содержанием кремния и фосфора. Кремний обеспечивает тонкость отливки, а фосфор увеличивает легкоплавкость и гладкость отливки. Кроме того, в сплаве должно быть минимум серы, т.к. она делает его тягучим, что препятствует заполнению сложных художественных форм.

Художественным чугунным решеткам принадлежит большая роль в формировании облика многих европейских городов, в том числе Парижа и Санкт-Петербурга, Москвы и Челябинска.

В России славится чугунное «кружево» Санкт_Петербурга. В многообразном и богатом чугунном убранстве «града Петра» почетное место принадлежит Воронихинской решетке у Казанского собора. Отлита она в 1811 году на Александровском заводе в Петрозаводске (один из Олонецких горных заводов). Общая протяженность чугунных решеток Санкт-Петербурга более 10км.

Кроме того из чугуна делали и ювелирные украшения.

Каменный век

Медный век 4-3 тыс до н.э.

Бронзовый век 3-1 тыс до н.э.

Железный век 1 тыс до н.э.

Ваасперс - “капнувший с неба, небесный”

Производство чугуна и его применение

Задачи урока

• Познакомиться с производством чугуна
• Узнать, где применяется чугун

Fe

А l

Название минералов

Химическая формула

Магнетит

Содержание Fe (%)

Fe 3 O 4

Гематит

до 72

Fe 2 O 3

Лимонит

до 65

2Fe 2 O 3 . 3H 2 O

Сидерит

Пирит

до 60

FeCO 3

до 10

FeS 2

до 47

КМА

Магнитогорск

Братск

Тёйское

Абаканское

Анзасское

Что такое - чугун?

• Что такое?
• Какой он?
• Из чего состоит?

1800кг

800кг

300кг

?

Чугун – не поддающийся ковке (его льют) сплав железа с углеродом, включающий примеси кремния, марганца, серы и фосфора.

• Авиастроение
• Мебельная промышленность
• В быту
• Коммунальное хозяйство
• Искусство
• Архитектура

Исакиевский собор

(1818-1858 гг)

490т стали 990т чугуна 49т меди 30т бронзы

Великобритания

Чугунный мост, 1779 г.

Львиный мост, Санкт-П етер бург

Чугунные ворота в Санкт-Петербурге

Решётка Летнего сада в Санкт–Петербурге

• СЕГОДНЯ Я УЗНАЛ…

• Я УДИВИЛСЯ…

• ТЕПЕРЬ Я УМЕЮ…

• Я ХОТЕЛ БЫ…