Интегрированный урок по теме: "Металлургический комплекс"(9 класс, география)

Разработка интегрированного урока по географии и химии 9 класс Тема. Металлургический комплекс Донбасса. Черная металлургия. Цель: усвоение учащимися комплексной характеристики черной металлургии Донбасса,   принципов   размещения   различных   типов   предприятий   черной металлургии,   проблем   и   перспектив   отрасли;   формирование   у   учащихся умение делать выводы о влиянии предприятий отрасли на окружающую среду, раскрывать   сущность   экологических,   экономических   проблем   отрасли; очерчивать проблемные перспективы развития черной металлургии; выявлять предпосылки развития отрасли и ее комплексообразующе значение.  Способствовать   заинтересованности   в   изучении   химии   и   географии   и осознанию   органической   связи   между   науками,   их   роли   в   познании окружающего   мира;   стимулировать   активную   познавательную   деятельность учащихся. Развивать   логическое   и   пространственное   мышление,  память,   формировать научный подход в изучении материала. Совершенствовать практические навыки работы с учебником, тематическими картами,   контурной   картой,   опорно­информационными   схемами   и   умение составлять планы­характеристики. Воспитывать   экологическую   культуру   учащихся,   экономическую грамотность, творческий подход к обучению, культуру общения , интерес к химии и географии. Тип урока: усвоение новых знаний Форма проведения: интегрированный урок по химии и географии Оборудование: карта «Металлургический комплекс», атласы, образцы сырья и продукции черной металлургии , макет доменной печи Методы и формы работы: методы – словесный, наглядный, практический,   формы   работы   –   групповая, проблемный,   проблемно­поисковый; индивидуальная, в парах; приемы  –  географическая  разминка, «Историческая  справка»,  упражнения   «Микрофон»,   работа   с   демонстрационным «Ассоциативный   куст», материалом, с тематическими картами, диаграммами,  Эпиграф урока  Прогресс человечества на пути истинной культуры зависит от способности подчинять себе силы природы. С. А.Аррениус ХОД УРОКА I . Организационный этап II. Актуализация опорных знаний 1. Географическая разминка. Учащиеся дают определения понятий: отрасль, специализация,   комбинирование,   себестоимость   продукции,   концентрация, территориальная структура. 2. Что влияет на размещение производства? 3. Какие металлы знаете? Где их используют? 4. Есть ли на Донбассе (Украине сырье для выплавки металлов? Где именно? 5. Что нужно, чтобы выплавить металл? (Учащиеся применяют знания, которые позже будут уточнены). III. Мотивация познавательной деятельности. Учитель географии: Сегодня мы ознакомимся с одной из старейших отраслей мировой и украинской промышленности – черной металлургией. Уже в X—XI вв. в Украине кузнечное мастерство достигло высокого уровня. Так, под Киевом был найден меч конца Х века. Долго длились дискуссии о его происхождении. Меч был выполнен настолько мастерски, что исследователи не   верили   в   то,   что   он   создан   в   Украине,   пока   на   лезвии   меча   не   было выявлено надпись «Коваль Людота». Черная металлургия Донбасса входит в состав металлургического комплекса Украины.   Черные   и   цветные   металлы   занимают   ведущее   место   среди конструкционных материалов. Они широко используются в машиностроении, транспорте,   строительстве   и   других   отраслях.   Продукция     комплекса   это чугун, сталь, ферросплавы, цветные металлы и некоторые виды продукции из них.  Но в противовес  недавнему прошлому, сегодня  уровень производства металлов не является показателем мощи государства. В последнее время, в высоко   развитых   государствах   наметилась   тенденция   к   уменьшению количества   продукции,   но   повышению   ее   качества.   К   тому   же металлургический   комплекс   испытывает   конкуренцию   со   стороны химической промышленности. На   сегодняшнем   уроке   я   предлагаю   вам   решить   вопрос   проблемного характера: ­ Есть ли на Донбассе условия для развития черной металлургии? IV. Изучение нового материала Слово учителя географии Черная металлургия – отрасль промышленности, которая охватывает добычу и   обогащение   железной   руды,   спекание   ее   в   агломерат,   выплавку   чугуна, стали,   проката.   Это   сложная   отрасль.   К   ней   относятся   различные   по организации   и   технологии   производства.   Ее   можно   сравнить   с   большим деревом, крепкая корневая система которого находится в земле, а гигантская крона тянется к небу. Добыча и обогащение железной руды, спекание ее в агломерат   (руда,   спекшаяся   в   комки   вместе   с   известняком)   стали, производство проката (металлические листы, рельсы, трубы, полосы) – это корни и ствол дерева. Производство ферросплавов, выплавка электростали, порошковая металлургия – это крона. Коксохимия, производство огнеупоров, электродов, строительных материалов – листья этого дерева. (Демонстрация   рисунка,   где   изображен   комплекс   производств   черной металлургии). Предприятия,   которые   включают   все   названные   циклы,   имеют   название   – комбинаты. Они используют такую форму производства, как комбинирование. В Украине преобладают именно такие предприятия. Те   предприятия,   которые   в   качестве   сырья   используют   металлолом   – перерабатывающие предприятия. Они присущи экологически развитым страна Использование отходов – строительные материалы.  Азотные удобрения ,  пластмассы и др. Демонстрация рисунка «Производственные циклы ЧМ», Добыча железной  и марганцевой  руды, флюсовых  известняков,  коксующегося  угля  Обогащение руд,  производство  агломератов,  кокса Выплавка  чугуна, стали,  прокат Производство  оборудования,  огнеупоров,  цемента и т.д.. Производство  ферросплавов,  выплавка  электростали,  сплавов,,  профильный  прокат,  порошковая  металлургия Построение   ассоциативного   куста­работа   над   опорными   понятиями, встречающимися в теме. чугун сталь обогащение я  агломерат кокс ферросплав и комбинат  флюс прокат  Черная  металлургия  Цветная  металлургия Металлургический  комплекс Учитель   географии.           Украина   –   один   из   крупнейших   производителей металлов в мире.    Это очень материалоемкая отрасль. Для выплавки 1 т чугуна нужно: 3 т железной руды; 1 т кокса; 0,5 т известняка; 10­20 т воды; марганцевая руда, флюсовые материалы. А для выплавки 1 т стали – почти 7 т сырья и топлива. Стоит добавить, отрасль   потребляет   около   30%   топлива   и   20%   электроэнергии   и   воды, которые используются в хозяйстве страны.  Учитель химии. Для   того,   чтобы   с   соединения   получить   металл,   нужно   осуществить восстановление металлического элемента Меп+ + пе   Ме°→ Существуют несколько способов добывания металлов Большее   количество   металлов,   получают пирометаллургическим   методом   –   восстановление   металлов   из   руд   при   прежде   всего   железо, высокой температуре.  Вспомните, что такое процесс восстановления, восстановитель?   Восстановителями выступают С (кокс), СО (угарный газ) , Н2 (водород) Выделение железа из руды происходит по общей схеме:    → Fe3O4→FeO→Fe Fe2O3     При переработке железных руд на заводах черной металлургии добывают не чистое железо, а его сплавы с углеродом. Производство чугуна «Историческая справка» (готовит ученик) Первое упоминание о чугуне встречается в китайской летописи "Цзочжуань" в записи, касающейся 513 г. до р. х. Первый европейский чугун выплавляли на территории Священной Римской империи  в конце XIV  века,  почти  одновременно  в  австрийской  Штирии  и Северной Италии. С 1500 г. до 1700 г. мировая выплавка чугуна выросла примерно с 60 тыс. т до 104 тыс. т. (в 1,7 раз), а всего XVII в. из 104 тыс. т до 278 тыс. т (1790), то есть в 2,67 раз. А за следующие 80 лет с 1790 по 1870 выплавка чугуна составила 12 млн т, что в 43 раза больше чем в 1790. На   долю   Англии   приходилось   в   60   годах   XIX   в.   более   50%   всего выплавленного чугуна. Но во второй половине XIX века. Англию по темпам развития черной металлургии обогнали США и Германия. Сейчас мировая топ – десятка выглядит так: 1 место – Китай, 2 – Япония,  3 – Россия, 4 – Индия, 5 – Южная Корея, 6 – Украина , 7 – Бразилия, 8 – Германия, 9 – США, 10 – Франция. Учитель химии. 1.Чугун – сплав Fe, C (  ω  от 1,7% до 4,8%), Mn, Si, P, S. 2. Сырье: железная руда (Fe2O3)   кокс( С) шихта флюсы – известняк (СаСО3) воздух, обогащенный кислородом. 3. Строение домны ( демонстрация модели) Во   время   объяснения   учителя   химии   учащиеся   должны   найти   нелогичные высказывания. Домна используется на предприятиях полного цикла. Служит для выплавки чугуна.   Домна   имеет   высоту   примерно   40м   и   изготовлена   из   металла, герметичная.   Температура   в   середине   достигает   1500°   С.   (Нелогичное высказывание:   металл   не   может   выдержать   такую   температуру,   поэтому изнутри домна выложена огнеупорными материалами) В верхнюю часть домны загружается шихта. Так как процесс выплавки чугуна непрерывный,   то   загрузка   сырья   идет   постоянно   и   полностью автоматизировано   с   помощью   конвейера   и   вагонеток.   (Нелогичное высказывание: при открытии печи будет снижаться температура внутри. Для того, чтобы каждый раз при открытии печи не снижать температуру внутри, есть система заслонок). Температура   в   середине   поддерживается   за   счет   сжигания   кокса.   Готовая продукция – чугун, а также отходы – шлаки, накапливаются в нижней части печи. Чугун, как более тяжелый внизу, шлаки – на его поверхности, так как их можно разделить. ( Нелогичное высказывание: для разделения веществ нужно остановить   процесс.   Чтобы   добраться   готовой   продукции   имеется   два отверстия – выше для шлака, ниже – для чугуна. Процесс выплавки в этом случае не прекращается. Нелогичное высказывание: процесс горения кокса. Процесс горения не может происходить без доступа воздуха. Так как печь герметична, воздух нужно закачивать) 4. Химические реакции, лежащие в основе производства чугуна Образование восстановителя С + О2 = СО2 + Q  СО2 + С = 2СО – Q Восстановление железа из руды Fe2O3  →  Fe3O4  →  FeO  →  Fe 3 Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 FeO + CO = Fe + CO2 Превращение примесей Часть примесей восстанавливается коксом, часть­образует с флюсами шлак. 5.Продукты доменного процесса чугун                               шлак                                   доменный газ литейный    передельный             SiO2,CaO,                     N2, CO, CO2                                             FeO, MgO, Al2O3   Вопросы к ученикам. К каким классам оксидов относятся перечисленные оксиды?   Сегодня   без   традиционных   доменных   печей   работают электрометаллургические   комбинаты   (в   Броварах   Киевской   области   и Запорожье). Производство стали «Историческая справка» ( 2 ­ й ученик) Сталь — сплав железа с углеродом, который содержит до 2,14 % углерода и примесями (кремний, марганец, сера, фосфор и газы). Сталь получена из чугуна во II в. до р. Х. китайскими металлургами. Способ получил название "сто очисток" и заключался в многократном интенсивном обдувании воздухом расплавленного чугуна во время его перемешивания. Это приводило   к   уменьшению   доли   углерода   в   металле   и   приближения   его   к свойствам стали. Изобретение стали упомянуто в трактате " Хайнаньцзы "(122 г. до р. х.). В Европе подобный способ пудлингования освоен лишь во второй половине XVIII века. (патенты братьев Томаса и Джорджа  Кранеджи и Г. Корта). Суть процесса переработки чугуна на сталь состоит в уменьшении до нужной концентрации содержания углерода и вредных примесей — фосфора и серы , которые делают сталь хрупкой и ломкой. Учитель химии 1.Сталь – сплав Fe, C(  чем в чугуне, содержание P и S очень мал) ω  до 1,7% ), Mn, Si, P, S (содержание Mn и Si меньше, 2.Сырье: чугун, железная руда, железный лом, известняк, кислород. Сегодня   больше   строят   мини­заводов,   работающих   на   металлоломе,   и качество металла лучше, а себестоимость меньше, чем на заводах­гигантах. Такие мини­заводы в Харькове, Киеве, Одессе. 3. Есть три способа производства стали: Кислородные конвертеры За одну плавку производится 400т стали Продолжительность плавки – 30 – 40 мин. Температура   поддерживается   за   счет   экзотермических   реакций, дополнительное сжигание топлива не требуется. Мартеновская печь За одну плавку производится 900т стали. Продолжительность плавки – 6 – 8 час. Температура   поддерживается   за   счет   экзотермических   реакций   горения топлива. Электропечи С   помощью   электрического   тока   создаются   очень   высокие   температуры (более 2000°С) Получают легированные стали – стали, содержащие добавки других металлов с целью придания ей тех или иных свойств. Как легирующие элементы чаще всего   применяют   хром,  никель,   марганец,  кремний,  вольфрам,  молибден   и ванадий, реже – титан, кобальт, бериллий. 1. Химические реакции, лежащие в основе производства стали: 2Fe + O2 = 2FeO 2FeO + C = 2Fe + CO2 2FeO + Si = 2Fe + SiO2 FeO + Mn = Fe + MnO 5FeO +2P = 5Fe + P2O5 2. Применение стали: Конструкционная сталь – материал для изготовления транспортных средств, арматуры, труб, рельсов, строительного оборудования. Инструментальная сталь ­ материал для изготовления режущих инструментов, пружин. Нержавеющая   сталь   ­   материал   для   изготовления   аппаратов   и   приборов химической и пищевой промышленности. Работа в парах с диаграммами Вена Сравните физические свойства чугуна и стали. Чугун Хрупкий; тусклый; ω(С) >1,7% трескается от удара сплав железа стойкий к коррозии; серого цвета содержит примеси Si, P, Mn, S, Co Сталь не хрупкая; блестящая; ω(С) <1,7% пластичная Мартеновский способ основан в Украине, и с его помощью выплавляются 80% стали. Кислородно­конверторный – высокопроизводительный, однако сталь – низкого   качества.   Электротермический   способ   используется   для   выплавки сталей,   легированных   тугоплавкими   металлами.   Ферросплавы   –   это соединения   железа   с   кремнием,   марганцем,   молибденом,   хромом.   Они улучшают качество железа. Существует также порошковая металлургия, область техники, охватывающая совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений,   полуфабрикатов   и   изделий   из   них   (или   их   смесей   с неметаллическими   порошками)   без   расплавления   основного   компонента. Технология   порошковой   металлургии   включает   следующие   операции: получение исходных металлических порошков и приготовление из них шихты (смеси)   с   заданными   химическим   составом   и   технологическими характеристиками;   формование   порошков   или   их   смесей   в   заготовки   с заданными формой и размерами (главным образом прессованием) ; спекание, т.   е.   термическую   обработку   заготовок   при   температуре   ниже   точки плавления всего металла или основной его части.  Учитель   географии.  А   теперь   начинаем   поиск   ответа   на  наше   проблемное задание: «есть ли в Украине условия для развития черной металлургии?» на основе информации, которую сможем получить из материалов карт атласа, учебника, дополнительной литературы. Сырьевая база: работа по группам      Задания группам (отпечатаны на листьях и находятся перед каждой группой учащихся). На   основе   данных   информационных   источников,   которыми   вы обладаете, установить: 1. Какова сырьевая база черной металлургии? 2. Назовите районы добычи железных и марганцевых руд, коксующегося угля, флюсовых известняков, огнеупорных глин, хрома. Где производится кокс? 3.   Водные,   энергоресурсы   районов   Донбасса   и   Приднепровья?   Как обеспечены? 4. Назвать районы черной металлургии и крупнейшие центры в каждом из них, предприятия. 5. Какие формы организации производства используются в ЧМ? Объясните их целесообразность. 6.   Выявить   экологические   и   экономические   проблемы,   связанные   с деятельностью   металлургических   комбинатов   и   добычей   полезных ископаемых. 7. Очертить перспективы развития исследуемой отрасли. Презентация   работы   групп   и   запись   точных   утверждений   в   тетрадь   и   на доску . Защиту презентации делать по схеме:  На   Донбассе   для   развития   черной   металлургии   есть   чрезвычайно благоприятные условия, а именно ....  Но.…,.    Обобщение учителем  При   всех   положительных   сторонах   развития   черной   металлургии   есть серьезные проблемы, которые возникают в процессе ее развития. За последние годы заметной стабилизация в металлургической отрасли, однако качество продукции еще отстает от стандартов европейских стран. И причина известна –   устаревшие   технологии.   Выход   из   положения   –   создание   мощного производственного   потенциала   на   качественно   новой   основе   путем обновления   материально­технической   базы,   реконструкции,   технического переоснащения   металлургических   предприятий,   применение   мало   ­   и безотходных технологий. Ну а все это позволит производить металл высокого качества, конкурентоспособный на мировом рынке при минимальных затратах и   снижении   негативного   воздействия   на   окружающую   среду.   Черная металлургия­серьезный загрязнитель природы, поэтому задача состоит в том, чтобы максимально снизить негативное влияние на среду. Для этого нужно комплексно   использовать   сырье,   создавать   очистные   сооружения,   газо­ пылеуловители, вводить водооборотные поставки, утилизацию отходов. V. Закрепление изученного. Упражнение «Микрофон» ­ один вопрос по географии 1.   Почему   на   территории   Херсонской   области   нет   предприятий   черной металлургии. 2. Что способствовало развитию черной металлургии на Донбассе? 3.   Какие   существуют   пути   решения   экологических   проблем   связанных   с работой металлургических комбинатов. 4. Как вы считаете, является черная металлургия Донбасса перспективной отраслью? 5. Как вы считаете, почему в настоящее время недостаточно используются экспортные возможности черной металлургии. VI. Подведение итогов урока. Рефлексия  Подведем итоги (онтологическая составляющая) На уроке я… ­ узнал… ­ понял… ­ научился… ­ наибольшие трудности я испытал… ­ я не умел, а теперь умею… ­ я изменил свое отношение к… ­ на следующем уроке я хочу… VII. Домашнее задание ­ я изменил свое отношение к… ­ на следующем уроке я хочу… VII. Домашние задание Дополнение.1.   Схема   доменного   процесса