Конспект урока по химии для 11 класса на тему "Получение чугуна и стали"

МКОУ «Богучарская средняя общеобразовательная школа №2»

Получение чугуна и стали

(2 часа)

11 класс.

Химико – биологический профиль.

Автор Хаустова О.А.

г. Богучар 2013 г.

Тема урока: Получение чугуна и стали.

Форма урока: Урок – исследование. Поиск оптимальных способов получения основных  сплавов на основе железа с опорой на научные принципы химических производств.

Цели урока:

1. Образовательная: Рассмотреть химизм, технологию получения основных сплавов на основе железа: чугуна и стали (доменное производство, мартеновское, кислородно – конверторное, электродуговое производство).; актуализовать знания об основных научных принципах химических производств, рассмотреть оптимизацию условий осуществления данных производств, основных направлений научно – технического прогресса в развитии отрасли, проблемы защиты окружающей среды.
2. Воспитательная: Формирование научно – материалистического мировоззрения учащихся, расширение материальной картины мира, профориентация.
3. Развивающая: Способствовать дальнейшему развитию логического мышления учащихся, совершенствовать умения сравнивать (на примере основных производств стали), обобщать, делать самостоятельные выводы (находить достоинства и недостатки процессов); продолжить развитие навыков самообразования: умения работать с тетрадью, учебником, его рисунками и таблицами.

План урока:

1. Металлургия. Способы получения металлов.
2. Основные научные принципы химических производств.
3. Производство чугуна.
4. Производство стали.

Оборудование:  Таблицы: «Доменное производство»

                                              «Мартеновское производство»

                                              «Кислородно – конверторное производство»

                                              «Электро – дуговая печь»

I.       Вводная часть.

1. Организационная минутка.
2. Актуализация знаний.

 Беседа.

А) Металлургия – наука о промышленных способах получения металлов и сплавов из природного сырья, а также отрасль промышленности, занимающаяся добычей и производством металлов и сплавов.

Б) Отрасли металлургической промышленности:

 - черная металлургия (производство железа  его сплавов)

 - цветная металлургия (производство всех остальных металлов, кроме железа).

В) Способы получения металлов:

 - пирометаллургия – восстановление металлов из руд при высоких температурах.

 - гидрометаллургия – получение металлов из растворов их солей,

 - электрометаллургия – получение металлов с помощью электрического тока (электролиз).

Г) Сырье для металлургии – железные руды.

II.          Основная часть.

1.      Изучение нового.

Основные научные принципы химических производств

- Принцип противотока, т.е. движение реагирующих веществ в реакторе навстречу друг другу, что ускоряет процесс производства.

    - Принцип непрерывности производства – исключает простаивание реакторов.

    - Принцип  оптимальной температуры.

    - Повышение концентрации реагирующих веществ,,что увеличивает скорость химических реакций.

    - Увеличение площади поверхностного соприкосновения реагирующих веществ, что увеличивает скорость химических реакций.

    - Применение катализаторов. Катализатор должен быть активным, устойчивым, дешевым, иметь долгое время жизни.

    - Принцип циркуляции реагирующих веществ – не прореагировавшие вещества снова возвращаются в реактор (сберегается сырье).

    - Теплообмен – использование теплоты, выделяющейся  при реакции (потоки продуктов и реагентов).

    - Автоматизация химического производства.

   - Комплексная переработка сырья – использование его полностью или с небольшим количеством  отходов (безотходное или малоотходное производство).

 Учитель: Рассмотрим, какие из вышеперечисленных принципов используются при производстве чугуна и стали.

   Производство чугуна – вынужденная промежуточная стадия производства стали.

А) Чугун – сплав железа, содержащий более 1,7% углерода, а также кремний, марганец, серу, фосфор

Б) Производство чугуна осуществляется в доменных печах.

В) Диск: Способы получения железа,

                            Криничный способ

                            Доменная печь (высота 60 м, диаметр 10 м, огнеупорный кирпич, стальная оболочка)

Г) Таблица «Доменное производство»

   Технологическая цепь:

- Подготовка руды: Агломерация – спекание пылевидных частиц руды с углем.

                                   Дробление – измельчение больших кусков.

                Руда – состоит из полезного вещества и пустой породы.

                Полезное вещество:  Fe₂O₃ – гематит (красный железняк)

                                                    Fe₃O₄ -  магнетит (магнитный железняк)

                                                     Fe₂O₃  пН₂О – лимонит (бурый железняк)

                                                    FeS₂ – пирит (железный или серный колчедан)

- Загрузка в доменную печь: шихта (железная руда, кокс (С), флюсы - снижают температуру плавления пустой породы  - известняк) попадает в доменную печь через засыпной аппарат, который  состоит из 2-х воронок разного размера. Они опускаются и поднимаются по очереди для предупреждения попадания доменных газов в атмосферу. Они направляются в регенераторы.

- Химизм процессов в домне: кокс сгорает  С + О₂ = СО₂  углекислый газ поднимается вверх и соприкасается с раскаленным коксом:     СО₂ + С = 2СО (восстановитель)

Начинается восстановление руды: 3 Fe₂O₃  + СО = 2 Fe₃O₄ + СО₂

                                                              Fe₃O₄  + СО = 3 FeO + СО₂         

                                                              FeO  + СО =    Fe +  СО₂

Действие флюсов:          СаСО₃ = СаО + СО₂

                                          СаО + SiO₂ = CaSiO₃ (шлак t плав= 800⁰)

                                                   Пустая

                                                  порода

                                                   t плав = 2000⁰

Железо при восстановлении получается твердым, постепенно оно опускается в более горячую часть печи (распар) и растворяет в себе углерод. Образуется чугун. Он плавится и спускается в нижнюю часть домны (горн), а шлаки (жидкие) собираются на его поверхности, т.к. они имеют меньшую плотность и предотвращают чугун от окисления. Чугун тяжелее шлаков в 2,5 раза. Чугун выпускают через летку 6 раз в сутки, а шлак – 18 раз. Летка – отверстие диаметром 5 см. Чугун содержит железо, углерод (придает хрупкость), фосфор (придает хладноломкость – ломкость при низких t⁰), серу (придает красноломкость – ломкость при высоких t⁰), марганец, кремний.

Вывод: Какие принципы производства используются в доменном производстве? (противоток, непрерывность, оптимальная температура, площадь соприкосновения реагирующих веществ, теплообмен, автоматизация).

 Производство стали.

Сырье – железный лом, чугун, частично руда.

Суть – уменьшение содержания углерода, серя, фосфора, марганца, кремния

Химизм: (самостоятельно)

  2 Fe + О₂ = 2  FeO

 С +  FeO = Fe + СО

 Si +2FeO =2Fe +  SiО₂

 2Р + 5FeO = 5Fe + Р₂О₅

 S +2FeO = 2Fe + SО₂

 Мп + FeO = Fe + МпО

 Получившиеся оксиды составляют шлак.

Флюсы переводят оксиды в соли: СаО + SiO₂ = CaSiO₃

   Р₂О₅  + СаО = Са₃(РО₄)₂

Способы производства:

А) мартеновский. Во время просмотра заполняется таблица:

Способ производства стали	Достоинства	Недостатки

                                            Достоинства  - получают различные марки стали

                                                                     - перерабатывают лом, руду, любой чугун

                                            Недостатки    - периодичность работы

                                                                     - используется топливо 

                                                                                                           - долго варится сталь (6-8 часов)

Б) кислородно – конверторный (бессемеровский)

                                            Достоинства  - не используется топливо

                                                                     - быстрая варка стали (30-40 мин)

                                                                     - высокое качество стали

                                            Недостатки    - периодичность работы

                                                                     - используется только жидкий чугун

                                                                                                           - получают только углеродистую сталь

В) электропечи (дуговой метод)

                                            Достоинства – варят разные стали

                                            Недостатки – периодичность работы

Д) карбонильный метод   Fe + 5 СО = Fe (СО)₅

                                            Fe (СО)₅ = Fe + 5 СО

Мастер – плавильщик контролирует ход процессов

Горновой – отвечает за выпуск чугуна и шлаков

Сталевар – контролирует процесс варки стали.

2.      Закрепление. Проверка таблицы.

III.             Домашнее задание: выучить конспект, приготовить сообщение 1) классификация сплавов, 2) применение сплавов.

                  IY.         Проверка знаний и умений.

Осуществите превращения:

1 вариант  

Cu ---- Cu SO₄  ----- Cu(OH)₂  ------ CuO  --- - CuCl₂  ---- Cu

2 вариант

CrCl₃ ---- K₂CrO₄ ---- K₂Cr₂O₇ ---- Cr₂(SO₄)₃ ---- Cr(OH)₃ ---- Cr₂O₃ ---- Cr

3 вариант

Fe --- Fe(OH)₂ ---- Fe(OH)₃ ---- Fe(OH)₂Cl ---- Fe₂(SO₄)₃ ---- Fe₂O₃ ---- Fe