Химия и производство - ХИМИЯ В ЖИЗНИ ОБЩЕСТВА - ПОУРОЧНЫЕ РАЗРАБОТКИ ПО ХИМИИ 11 класс - поурочные разработки - разработки уроков - авторские уроки - план-конспект урока - химия

Химия играет важную роль в жизни человека. Она имеет отношение ко всему — к пище, средствам гигиены, пластмассам, фотоматериалам, удобрениям, лекарствам, процессам жизнеобеспечения и др., так как предметом ее изучения являются существующие вещества и все, что с ними происходит.

Изучение темы идет в конце учебного года. Она не предполагает овладевать сложными теоретическими основами предмета, но позволяет учащимся расширить свой кругозор, участвуя в подготовке рефератов-сообщений для уроков-семинаров, пресс-конференций, «круглых столов» и т. д. По возможности необходимо организовать экскурсии на производства с целью изучения технологической цепочки, научных принципов производства, охраны окружающей среды, профессий, необходимых на данном предприятии.

В случае отсутствия таких экскурсий необходимо организовать на уроках просмотр видеофильмов производств чугуна и стали, аммиака, пластмасс, серной кислоты.

Уроки 65—66. Химия и производство

Цели урока: дать представление о производстве аммиака и серной кислоты, значимости охраны окружающей среды и путях решения проблем ее охраны, научить объяснять научные принципы производства, решать задачи с экологическим содержанием.

Основные понятия: химическая промышленность, химическая технология, научные принципы производства, сырье, ПДК (предельно допустимая концентрация), токсичность.

Оборудование: таблицы: «Производство аммиака» и «Производство серной кислоты», видеофильмы: «Производство аммиака», «Производство серной кислоты», FeCl₃, фенол, пробирки; сообщения учащихся.

Ход урока

I. Организационный момент

Постановка целей и задач урока. Анализ итогов контрольной работы № 4, работа над ошибками. Учитель предлагает учащимся дополнительные задания с целью повышения балла контрольной работы.

II. Изучение нового материала

План изложения

1. Химическая промышленность и химическая технология.

2. Общие научные принципы производства. Важнейшие составляющие химического производства: аппаратура, сырье, вода, энергия.

3. Защита окружающей среды и охрана труда: оценка качества окружающей среды, токсичность веществ (сообщения учащихся).

4. Пути решения проблем охраны окружающей среды (сообщения учащихся).

5. Производство аммиака. Просмотр видеофильма «Производство аммиака» и обсуждение следующих вопросов:

а) аппаратура для производства аммиака.

б) сырье, подготовка сырья, источники сырья.

в) реакция синтеза аммиака, выбор оптимальных условий.

г) научные принципы производства.

д) охрана окружающей среды.

6. Наличие промышленных предприятий в регионе проживания. Их значимость.

В качестве домашнего задания учащиеся должны ответить письменно в рабочей тетради на такие же вопросы, что и по производству аммиака, по производству серной кислоты. § 24, записи.

III. Закрепление

В зависимости от места проживания возможны экскурсии на химические производства, подготовка сообщений, связанных с продуктами данных производств.

Химическая промышленность — это отрасль народного хозяйства, производящая продукцию на основе химической переработки сырья. Основой ее является химическая технология — это наука о наиболее экономичных методах и средствах массовой химической переработки сырья (природных материалов) в продукты потребления и промежуточные продукты, применяемые в различных отраслях народного хозяйства. Главная задача химии и химической технологии — производство разнообразных веществ и материалов с определенным комплексом механических, физических, химических и биологических свойств.

Наибольшим масштабом отличаются производства H₂SO₄, NH₃, N₂, СаО, O₂, С₂Н₄, NaOH, Cl₂, HCl, Н₃РO₄, HNO₃. Эти вещества используют в больших количествах, в том числе для получения пластмасс, синтетических волокон, лекарств, удобрений, моющих средств, парфюмерии, косметики, пищевых продуктов.

Любое химическое производство создается на основе научных принципов. При наименьших затратах получить наибольший выход продукта. Итак, общие принципы всех производств:

— создание оптимальных условий проведения химических реакций: выбор температурного режима, давления, катализаторов, которые значительно увеличивают скорость химической реакции. На некоторых конкретных производствах возможны частные принципы: принцип противотока, прямотока веществ; увеличение поверхности соприкосновения реагирующих веществ;

— полное и комплексное использование сырья: циркуляция, получение офлюсованных агломератов (производство чугуна и стали), безотходное производство и т. п.;

— использование теплоты химических реакций: принцип теплообмена, утилизация теплоты реакций в нуждах производства и местности;

— принцип непрерывности: обеспечение полной автоматизации механизаций, компьютеризации;

— защита окружающей среды и человека: автоматизация вредных производств, герметизация аппаратуры, утилизация отходов производства, нейтрализация выбросов в атмосферу.

Важнейшими составляющими любого производства являются:

аппаратура — технологическое оборудование для осуществления обработки сырья и утилизации отходов, а также осуществления всех этапов получения самого продукта производства. Аппаратура устанавливается стационарно и работает в течение определенного срока допуска:

сырье — это либо природный материал, не прошедший химической обработки, но используемый для получения различных продуктов; либо полученный в химическом производстве продукт; это могут быть отходы производств, а также изделия, отслужившие свой срок. Сырье по составу бывает минеральное и органическое; по агрегатному состоянию жидкое (нефть), твердое (руды, топливо твердое), газообразное (природный газ, попутный нефтяной газ, воздух); вспомогательным сырьем является вода, топливо, окислители, катализаторы, расщепители. В учебнике на с. 273 в схеме 14 дастся довольно подробная классификация сырья. Учитель с учащимися рассматривают эту схему;

вода очень важную роль играет в химическом производстве. Где-то она сырье, где-то реагент, участвующий в химических реакциях. Вода — отличный растворитель; она катализатор многих химических реакций. Вода — теплоноситель, так как обладает большой теплоемкостью. Она доступна и безопасна в применении. Холодной водой охлаждают реагирующие массы, нагретые в результате экзотермических реакций, а горячим водяным паром, горячей водой подогревают взаимодействующие вещества для ускорения реакций, особенно эндотермических.

Расход воды на современных предприятиях огромен. Чтобы получить 1 т аммиака требуется 1500 м³ воды. Все предприятия строятся рядом с водными источниками. Одна из главных задач современного производства — создание оборотного водоснабжения, что сократит потребление воды; замена водяного охлаждения — воздушным; очистка сточных вод и их повторное использование.

Большинство химических процессов требуют затрат энергии. Она расходуется на транспортировку сырья и готовой продукции, сжатие газов, дробление твердых веществ, работу контрольно-измерительных приборов, протекание эндотермических реакций. На производство 1 т NH₃ требуется 3200 кВт/ч; 1 т алюминия — 1900 кВт/ч.

В химической промышленности используют электрическую, тепловую, ядерную. химическую и световую энергию.

На каких производствах используется га млн иная энергия, подробно освещено в учебнике на с. 274—275. Следует зачитать некоторые области применения.

IV. Сообщения учащихся

Первое сообщение

Все отрасли химической промышленности выпускают полезную продукцию, необходимую для непосредственного применения или для других химических производств. Однако любое производство находится под угрозой выброса продуктов производства в окружающую среду, а некачественная утилизация отходов производства может вызвать попадание их в почву, канализацию, реки, атмосферу. Все это неблагоприятно влияет на живую природу, здоровье человека. Поэтому химические предприятия не строят непосредственно в городах. На самих предприятиях существуют жесткие требования ОТ, что делает работу на них безопаснее. Химическое предприятие обязано проводить утилизацию отходов, строить очистные сооружения согласно современным требованиям к качеству окружающей среды. Существуют экологические стандарты качества. Это ПДК — предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ, т. е. максимальное количество вещества-загрязнителя в единице объема воздуха или воды, которое при ежедневном воздействии на организм человека в течение длительного времени не вызывает патологических изменений или заболеваний, не нарушает нормальной жизнедеятельности.

Пример:

ПДК (в мг/м³)

Местоположение	NH3	Рb	Hg	Фенол	Бензол
В рабочей зоне	20	0,01	0,01	5	5
В воздухе населенного	0,04	0,007	0,001	0,1	0,1
пункта, среднесуточная
Максимальная разовая доля в воздухе населенного пункта	0,2	0,007	—	1,0	1,5
В различных водоемах	2 мг/л	0,005	0,0005	0,001	0,5

Токсичность — свойство веществ вызывать отравление организма. По токсичности вещества делятся на группы:

очень высокая токсичность — Hg, Pb, Be, Cd, Tl;

высокая токсичность — Ba, Se, As, Sb;

средняя токсичность — Cr, Ag, Al;

низкая токсичность — Сu, Fe, Мu, Zn, Ni, Ye, Sr, Rb, Cs.

Т. Парацельс — «Лекарство в больших дозах — яд!» Некоторые элементы токсичны и в очень малых лозах (Hg, Cd), а для некоторых— присутствие в малых дозах важно в организме. Se— 0,1—0,2 миллионная доля необходима, чтобы не развивалась у животных мышечная дистрофия, некроз тканей.

Токсичность зависит и от формы соединения элемента: в случае ртути, например, (CH₃)₂Hg более высокотоксичен, чем Hg₂Cl₂; т. к. (CH₃)₂Hg легко растворим в крови, лимфе и быстрее отравляет организм.

Антисептические свойства катиона серебра в составе коллоидных золей или в растворе выше, чем атома серебра.

Часто в природных условиях безвредное вещество может превратиться в токсичное под влиянием бактерий. Акватории многих портов мира отравлены в настоящее время оловоорганическими веществами, которые образуются при действии микроорганизмов на олово, которое применяется в сплавах и припое.

Многие токсичные элементы имеют сходство с биогенными и включаются в круговорот веществ, атакуя жизненно важные центры.

Пример:

Некоторые токсичные элементы накапливаются в пищевых цепях: в рыбе концентрация Hg в 1000 раз выше, чем в воде, из которой эта рыба выловлена. Человек, питающийся такой рыбой, — последний в цепи.

Второе сообщение

Каковы же пути решения проблем охраны окружающей среды?

1. Сверхтонкое обеспыливание газов и воздуха: использование высокоэффективных волокнистых фильтрующих материалов: стекловолокно. металловолокно, полимеры.

2. Беспламенное каталитическое сжигание топлива с применением катализаторов (CuO, MgO, Сr₂O₃, нанесенные на гранулу Аl₂O₃). Топливо сгорает полностью до СO₂ и Н₂O, снижается на 40% количество оксидов азота, на 20% — угарного газа, а оксидов серы уменьшается в 500 раз.

3. Высокотемпературное сжигание токсичных отходов. Все дымовые газы очищаются сначала от золы в циклоне в электрофильтре, а затем орошаются водой и щелочью. В результате образуются кислоты и соли.

4. Обезвреживание газов от органических примесей происходит путем применения катализаторов Pi, Pd или алюмомедных, алюмомарганцевых оксидов для окисления органических веществ.

5. Очистка газов от соединений серы:

а) от SO₂ — непрореагирующий газ вновь возвращают в производство; осуществляется циркуляция (при производстве H₂S0₄);

б) от H₂S — газ образуется при переработке нефти, коксовании каменного угля, сжигании топлива. H₂S — досжигают.

Сжигают так, что несгоревшие H₂S и SO₂ попадают на катализатор Аl₂O₂.

Полученную серу отправляют в производство H₂SO₄;

в) каталитическая очистка газов от оксидов азота. Проводят каталитическое восстановлении оксидов азота аммиаком. Степень очистки до 99,5 %. Катализаторы: V₂O₅/Al₂O₃;V₂O₅/WO₃/TiO₂.

г) использование промышленных и бытовых отходов как потенциальный сырьевой источник для химической промышленности. В течение года отходы от одного человека — 1,5 т. На Земле скопилось от 6 до 8 млрд. т отходов.

Хорошо организована переработка отходов во Франции, Дании, Германии. США.

Ученый-химик из г. Тулы Платонов разработал и запатентовал метод переработки шин на бензин и соляровое масло. Из 1 т шин можно получить 250 кг высокооктанового авиационного бензина и 200 кг солярового масла или мазута;

д) химическое обезвреживание нефтесодержащих отходов и нефтепроливов. Этот метод вдвое дешевле сжигания, исключает вторичный ущерб окружающей среде и позволяет получить полезный продукт. Нефтесодержащие продукты обрабатывают известью и стеариновой кислотой. В итоге получается сухой гидрофобный порошок, который может быть использован при строительстве дорог.

Для извлечения нефтепродуктов с поверхности водоемов и из сточных вод используют жидкости, обладающие магнитными свойствами — коллоидные системы, состоящие из воды, минеральных масел, магнитных материалов — эти жидкости хорошо растворяются в нефтепродуктах. Их распыляют по поверхности водоемов, а затем полученную смесь собирают с помощью магнитного устройства, передвигающегося по воде;

е) комплексная переработка сырья ⇒ безотходное производство: при производстве H₂SO₄ образуется Fe₂O₃, который используют в производстве чугуна при обжиге пирита.

При получении Н₃РO₄ из Са₃(РO₄)₂ образуются нефелиновые отходы; KNa₃[AlSiO₄] используют для получения Al, Na₂CO₃ — соды и цемента.

V. Решение задач с экологическим содержанием

1. Как обнаружить наличие фенола в сточных водах? Привести уравнение реакции.

Эксперимент:

2. В жесткой воде содержится гидрокарбонат кальция. Эту воду обрабатывают сульфатом алюминия. Образующийся гидроксид алюминия обволакивает поверхность коллоидных частиц и вызывает их осаждение. Как образовался Аl(ОН)₃?

Ответ: Са(НСO₃)₂ — гидрокарбонат кальция, кислая соль, слабая щелочная реакция, т. к. соль образована сильным основанием и слабой кислотой.

3. Предложите способ удаления ионов железа из воды, в которой ПДК их превышена. Избыток ионов железа в питьевой воде повышает заболеваемость желудочно-кишечного тракта, усиливает ишемическую болезнь сердца. В воде катион железа (II) находится в виде Fe(HCO₃)₂.

Ответ:

4. Поясните, почему борьба с коррозией металлов — это одновременно и борьба за сохранение окружающей среды.

Ответ: В результате коррозии железа и его сплавов в почве, водах находятся катионы железа, в результате коррозия не обязательно коррозирует железо, может коррозировать и Zn, Сu, Рb, а их катионы являются очень токсичными.

VI. Просмотр фильма и обсуждение

Далее учащиеся смотрят видеофильм «Производство аммиака», а затем отвечают письменно на поставленные учителем вопросы. Схема установки производства аммиака в учебнике на с. 278, рис. 49.

VII. Домашнее задание

Составить характеристику производства метанола, работа е учебником, § 24.