Конспект урока на тему Биологическая роль алюминия, сплавы алюминия. Производство и применение сплавов алюминия в Казахстане
Класс: 9
Дата: 24.01.17
Тема:Биологическая роль алюминия, сплавы алюминия. Производство и применение сплавов алюминия в Казахстане
Цель: систематизировать знания учащихся об алюминии и его соединениях, показать их практическое значение;
сформировать понятие о химии как науке, её роли в жизни и деятельности человека;
показать роль алюминия для предупреждения коррозии металлов;
Задачи:
1. Формирование понятия о химии как науке, её роли в жизни и деятельности человека;
2. Развитие критически-логического мышления;
3.Воспитание ответственности, интереса к предмету;
Тип: комбинированный
Методы: Фронтальный опрос, решение задач и уравнений, работа в группе.
Ход урока:
І. Организационный момент (2 мин)
«Я желаю тебе сегодня на уроке ...»
ІІ. Опрос домашнего задания (5 мин)
Определите положение алюминия в периодической системе
Где встречаются природные соединения алюминия?
Какие свойства проявляет алюминий?
Назовите основные способы получения алюминия?
Где применяется алюминий?
Задание 1. Найдите соответствие между реагентами и продуктами химической реакцией. (индивидуальное)
10306055276850011734801371600011734808001000Al + O2 →AlCl3 +H2
87820514033500110680514033500Al + Fe2 O3→AlCl3
12211059525000Al + Cl2 →Al(OH)3 +Na
Al + HCl→Al2O3
8782057302500Al + NaOH →Al2S3
Al + S →Al2O3 + Fe
ІІІ. Новая тема (15мин)
Переходим к теме биологическая роль алюминия, сплавы, производство.
Задание 2
1-группа: Сплавы алюминия
2-группа: Производство алюминия в Казахстане
3-группа: Биологическая роль алюминия в организме человека.
(готовяться 10 мин, защита постера). Каждый ученик клеит стикер на понравившееся выступление постер
(физминутка).
ІV. Закрепление (15 мин)
Задание 3. «Да» «нет»-ка. (индивидуальное задание)
Верны ли следующие утверждения:
Да / Нет
1. Алюминий легкий металл да
2. Алюминий используется в фейерверках да
3. Алюминий не реагирует со щелочами нет 4. Алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой да
5. Алюминий и его соединения обладают амфотерностью да
6. Амфотерность это способность алюминия растворятся в воде нет 7. Производство алюминия наносит вред окружающей среде нет 8. Алюминий хорошо растворяется в воде, кислотах и щелочах нет
9. Количество нейтронов у алюминия составляет 13 нет 10. Алюминий легко вытягивается в проволоку, прокатывается в пленку да
Задание 4 Решение задач
Задачи:
1. Как рассчитать массу газообразного водорода (H2), который выделится, если растворить 2,7 грамма алюминия в соляной кислоте (HCl)?
(масса водорода)
2. Какой объем водорода (H2) при нормальных условиях выделится при растворении 36 грамм алюминия (Al) в растворе серной кислоты (H2SO4)?
V (H2) = 4 ∙ 22,4 / 2= 44,8 (л).
Задание 5 составить пять вопросов для соседней группы
V. подведение итогов (2 мин)
Оценивание (лидеры групп оценивают свою группу, учитель подытоживает).
2 звезды одно пожелание
VІ. Домашнее задание (1мин)
творческое задание: подготовить презентацию на тему «Влияние алюминия на организм человека», составить кроссворд на тему «Алюминий»
Верны ли следующие утверждения:
Да / Нет
1. Алюминий легкий металл
2. Алюминий используется в фейерверках
3. Алюминий не реагирует со щелочами
4. Алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой
5. Алюминий и его соединения обладают амфотерностью
6. Амфотерность это способность алюминия растворятся в воде
7. Производство алюминия наносит вред окружающей среде
8. Алюминий хорошо растворяется в воде, кислотах и щелочах
9. Количество нейтронов у алюминия составляет 13
10. Алюминий легко вытягивается в проволоку, прокатывается в пленку
Верны ли следующие утверждения:
Да / Нет
1. Алюминий легкий металл
2. Алюминий используется в фейерверках
3. Алюминий не реагирует со щелочами
4. Алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой
5. Алюминий и его соединения обладают амфотерностью
6. Амфотерность это способность алюминия растворятся в воде
7. Производство алюминия наносит вред окружающей среде
8. Алюминий хорошо растворяется в воде, кислотах и щелочах
9. Количество нейтронов у алюминия составляет 13
10. Алюминий легко вытягивается в проволоку, прокатывается в пленку
Найдите соответствие между реагентами и продуктами химической реакцией.
Al + O2 →AlCl3 +H2
Al + Fe2 O3→AlCl3
Al + Cl2 →Al(OH)3 +Na
Al + HCl→Al2O3
Al + NaOH →Al2S3
Al + S →Al2O3 + Fe
Найдите соответствие между реагентами и продуктами химической реакцией.
Al + O2 →AlCl3 +H2
Al + Fe2 O3→AlCl3
Al + Cl2 →Al(OH)3 +Na
Al + HCl→Al2O3
Al + NaOH →Al2S3
Al + S →Al2O3 + Fe
1. Как рассчитать массу газообразного водорода (H2), который выделится, если растворить 2,7 грамма алюминия в соляной кислоте (HCl)?
2. Какой объем водорода (H2) при нормальных условиях выделится при растворении 36 грамм алюминия (Al) в растворе серной кислоты (H2SO4)?
1. Как рассчитать массу газообразного водорода (H2), который выделится, если растворить 2,7 грамма алюминия в соляной кислоте (HCl)?
2. Какой объем водорода (H2) при нормальных условиях выделится при растворении 36 грамм алюминия (Al) в растворе серной кислоты (H2SO4)?
Биологическая роль
При избыточном поступлении возможно развитие негативных эффектов.
Пищевые источники алюминия
Как и для большинства минеральных веществ, основным источником алюминия являются продукты растительного происхождения (содержат в 50-100 раз больше алюминия, чем продукты животного происхождения). Также возможно HYPERLINK "http://eat-info.ru/references/pollutants/" \o "Переход в справочник \"Пищевые загрязнители\"" загрязнение пищевых продуктов и при использовании посуды, изготовленной с использованием алюминия, особенно если в такой посуде пищевые продукты проходят термическую обработку.
Наиболее важными источниками алюминия являются такие пищевые продукты, как: HYPERLINK "http://eat-info.ru/references/encyclopedia/chay-chernyy/" \o "О свойствах чая - см. в \"Энциклопедии продуктов\"" чай, морковь, некоторые травы и плавленые сыры. Дополнительным источником поступления алюминия является также питьевая вода, где его содержание может составлять до 2-4 мг/л. Помимо этого источниками алюминия являются лекарственные вещества (например, антациды), а также такие часто используемые вещи, как дезодоранты, бумажные полотенца и салфетки, а также продукты, контактирующие с алюминиевой фольгой.
В сутки в организм человека поступает около 2-3 мг алюминия, при этом с мочой алюминий может выводится со скоростью до 10-15 мг/сутки, а при дополнительной нагрузке до 500 мг/сутки. Такой физиологический механизм препятствует накоплению алюминия в организме человека.
Дефицит алюминия
Не наблюдается (невозможен)
Избыток алюминия
Причины избытка алюминия
Избыточное поступление алюминия с пищевыми продуктами (в частности при использовании алюминиевой посуды для приготовления пищи);
Высокое содержание алюминия в окружающей среде (путь поступления – ингаляционный);
Чрезмерное поступление алюминия с лекарственными препаратами, а также косметическими средствами (например, дезодорантами);
Хроническая почечная недостаточность, препятствующая выводу алюминия из организма, что, соответственно, способствует накоплению алюминия;
Острые отравления соединениями алюминия на производстве.
Последствия избытка алюминия
Выделяют два основных негативных эффекта избыточного поступления алюминия в организм человека:
Нейротоксичность и энцефалопатия (нарушения памяти, нервозность, наклонность к депрессии, трудности в обучении в детстве и прогрессирующее старческое слабоумие и т.д.);
Остеомаляция (размягчение костей), а также связанные с ней переломы и др. заболевания опорно-двигательного аппарата.
Также иногда наблюдают:
Кардиотоксичность.
Нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта;
Нарушение функции почек;
Развитие алюминоза (профессиональное заболевание работников металлургии) c характерными изменениями в легочной ткани;
Нарушение обмена HYPERLINK "http://eat-info.ru/references/microelements/zhelezo/" \o "Биологическая роль железа - статья справочника \"Минеральные вещества\"" железа, фосфора, магния, кальция, цинка, меди.
Суточная потребность в алюминии: не установлена
Химическое название: Al
Сплавы из алюминия и их применение
Алюминий применяют для производства из него изделий и сплавов на его основе.
Прочность чистого алюминия не удовлетворяет современные промышленные нужды, поэтому для изготовления любых изделий, предназначенных для промышленности, применяют не чистый алюминий, а его сплавы.
Алюминиевые сплавы
Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий делят на две группы: 1) деформируемые (имеют высокую пластичность в нагретом состоянии), 2) литейные (имеют хорошую жидкотекучесть).
Такое деление отражает основные технологические свойства сплавов. Для получения этих свойств в алюминий вводят разные легирующие элементы и в неодинаковом количестве.
Сырьем для получения сплавов обоего типа являются не только технически чистый алюминий, но также и двойные сплавы алюминия с кремнием, которые содержат 10-13 % Si, и немного отличаются друг от друга количеством примесей железа, кальция, титана и марганца. Общее содержание примесей в них 0.5-1.7 %. Эти сплавы называют силуминами. Для получения деформируемых сплавов в алюминий вводят в основном растворимые в нем легирующие элементы в количестве, не превышающем предел их растворимости при высокой температуре. Деформируемые сплавы при нагреве под обработку давлением должны иметь гомогенную структуру твердого раствора, обеспечивающую наибольшую пластичность и наименьшую прочность. Это и обусловливает их хорошую обрабатываемость давлением.
Дюралюминии — сплавы алюминия с медью
Характерными упрочняемыми сплавами являются дюралюминии — сплавы алюминия с медью, которые содержат постоянные примеси кремния и железа и могут быть легированы магнием и марганцем. Количество меди в них находится в пределах 2.2-7 %.
Медь растворяется в алюминии в количестве 0,5% при комнатной температуре и 5,7% при эвтектической температуре, равной 548 C.
Термическая обработка дюралюминия состоит из двух этапов. Сначала его нагревают выше линии предельной растворимости (обычно приблизительно до 500 C). При этой температуре его структура представляет собой гомогенный твердый раствор меди в алюминии. Путем закалки, т.е. быстрого охлаждения в воде, эту структуру фиксируют при комнатной температуре. При этом раствор получается пересыщенным. В этом состоянии, т.е. в состоянии закалки, дюралюминий очень мягок и пластичен.
Структура закаленного дюралюминия имеет малую стабильность и даже при комнатной температуре в ней самопроизвольно происходят изменения. Эти изменения сводятся к тому, что атомы избыточной меди группируются в растворе, располагаясь в порядке, близком к характерному для кристаллов химического соединения CuAl. Химическое соединение еще не образуется и тем более не отделяется от твердого раствора, но за счет неравномерности распределения атомов в кристаллической решетке твердого раствора в ней возникают искажения, которые приводят к значительному повышению твердости и прочности с одновременным снижением пластичности сплава. Процесс изменения структуры закаленного сплава при комнатной температуре носит название естественного старения.
Естественное старение особенно интенсивно происходит в течение первых нескольких часов, полностью же завершается, придавая сплаву максимальную для него прочность, через 4-6 суток. Если же сплав подогреть до 100-150 C, то произойдет искусственное старение. В этом случае процесс совершается быстро, но упрочнение происходит меньшее. Объясняется это тем, что при более высокой температуре диффузионные перемещения атомов меди осуществляются более легко, поэтому происходит завершенное образование фазы CuAl и выделение ее из твердого раствора. Упрочняющее же действие полученной фазы оказывается меньшим, чем действие искаженности решетки твердого раствора, возникающей при естественном старении.
Сравнение результатов старения дюралюминия при различной температуре показывает, что максимальное упрочнение обеспечивается при естественном старении в течении четырех дней.
Сплавы алюминия с марганцем и магнием
Среди неупрочняемых алюминиевых сплавов наибольшее значение приобрели сплавы на основе Al-Mn и Al-Mg.
Марганец и магний, так же как и медь, имеют ограниченную растворимость в алюминии, уменьшающуюся при снижении температуры. Однако эффект упрочнения при их термообработке невелик. Объясняется это следующим образом. В процессе кристаллизации при изготовлении сплавов, содержащих до 1,9% Mn, выделяющийся из твердого раствора избыточный марганец должен был бы образовать с алюминием растворимое в нем химическое соединение Al (MnFe), которое в алюминии не растворяется. Следовательно, последующий нагрев выше линии предельной растворимости не обеспечивает образование гомогенного твердого раствора, сплав остается гетерогенным, состоящим из твердого раствора и частиц Al (MnFe), а это приводит к невозможности закалки и последущего старения.
В случае системы Al-Mg причина отсутствия упрочнения при термической обработке иная. При содержании магния до 1,4% упрочнения быть не может, так как в этих пределах он растворяется в алюминии при комнатной температуре и никакого выделения избыточных фаз не происходит. При большем же содержании магния закалка с последующим химическим старением приводит к выделению избыточной фазы — химического соединения Mg Al .
Однако свойства этого соединения таковы, что процессы, предшествующие его выделению, а затем и образующиеся включения не вызывают заметногоэффекта упрочнения. Несмотря на это, введение и марганца, и магния в алюминий полезно. Они повышают его прочность и коррозионную стойкость (при содержании магния не более 3%). Кроме того, сплавы с магнием более легкие, чем чистый алюминий.
Производство алюминия в Казахстане
Акционерное общество «Алюминий Казахстана» — бывший Павлодарский алюминиевый завод (ПАЗ) — одно из предприятий Казахстана.
Виды деятельности и основная продукция: производства и реализации глинозема, а также добычи, переработки и реализации бокситов, известняка, огнеупорных глин, щебня, производства и реализации галлия, сульфата алюминия и других товаров и услуг, и использование его в интересах акционеров Общества. Численность: на 28.02.2009 г. — 11867 человек
«Алюминий Казахстана» входит в число десяти ведущих производителей глинозема в мире.
Показатели
АО "Алюминий Казахстана" в 2012 году произвело 1,5 млн тонн глинозема, что на 9,6% меньше, чем в 2011 году, сообщила пресс-служба компании.
Добыча бокситов в прошлом году составила 5,17 млн тонн (снижение на 5,9% по сравнению с 2011 годом), производство галлия - 15 тыс. 711 кг (снижение на 12,7%).
История
В 60-х (сентябрь 1955 г.[1]) годах в казахстанской степи был построен завод по производству глинозема — Павлодарский алюминиевый завод. В 1964 году первый эшелон продукции был отправлен с Павлодара на Новокузнецкий алюминиевый завод. В 1995 году предприятие было преобразовано в АО «Алюминий Казахстана»[3]. Инвестиции в реконструкцию завода в период с 1994 по 2004 год составили порядка $125 млн.
7 июня 1997 президент республики Нурсултан Назарбаев заложил на территории действующего завода капсулу, символизирующую старт строительства нового предприятия: Павлодарского электролизного завода, который должен был воплотить мечту главы государства о производстве собственного казахстанского алюминия. В 2004 году было начато строительство газогенераторной станции. Стоимость проекта, который относится к числу быстро окупаемых, составляет порядка $12,8 млн.
Собственники
Акционерное общество «Алюминий Казахстана» входит в группу предприятий ENRC (ранее ЕПА), а точнее в Подразделение Группы по производству глинозема и алюминия, которое является девятым крупнейшим поставщиком продаваемого глинозема по объёму в мире, (Источник: CRU, 2013 г.).Это подразделение состоит из двух отдельных предприятий: Алюминий Казахстана (АК) и Казахстанский электролизный завод (КЭЗ), и включает в себя два бокситовых рудника, известняковый рудник, ТЭЦ, глиноземный завод и электролизный завод. На предприятии применяются сертифицированные системы менеджмента качества ISO 9000-2004, ISO 14000. Руководитель Ибрагимов Алмаз Турдуметович.
Подразделения компании
В составе компании пять крупных подразделений:
Павлодарский алюминиевый завод (ПАЗ) (не является самостоятельной единицей) расположен в северном промышленном районе г. Павлодара,
ТЭЦ АО «АК» (в прошлом ТЭЦ-1) расположена возле ПАЗаФилиал АО «АК» — рудник «Керегетас» расположен в Павлодарской области, недалеко от п. HYPERLINK "http://infourok.ru/go.html?href=http%3A%2F%2Fru.wikipedia.org%2Fw%2Findex.php%3Ftitle%3D%25D0%25A3%25D1%2588%25D0%25BA%25D1%2583%25D0%25BB%25D1%2583%25D0%25BD%26action%3Dedit%26redlink%3D1" Ушкулун
Филиал АО «АК» КБРУ «Краснооктябрьское» бокситовое рудоуправление расположено в Кустанайской области в посёлкеОктябрьскийФилиал АО «АК» ТБРУ «Тургайское» бокситовое рудоуправление расположено в Кустанайской области в городе АркалыкМесторождения алюминиевой руды имеются только в Костанайской области и представлены двумя рудниками:
Торгайский бокситовый рудник (ТБРУ) разрабатывает бокситы Восточно-Тургайской группы (Аркалыкское, Северное, Нижнее-Ашутское, Верхнее-Ашутское, Уштобинское месторождения).
Краснооктябрьский бокситовый рудник (КБРУ) - бокситы Западно-Тургайской группы (Белинское, Аятское, Краснооктябрьское, Увалинское и Красногорское месторождения).
Оценочный лист группы № 1
ФИО учащегося Задание 1 «Найдите соответствие» Задание 2 «Работа в группах» Задание 3 « «да» «нет» - ка Задание 4 «Решение задач» Задание 5 «Составить вопросы»
Оценочный лист группы № 1
ФИО учащегося Задание 1 «Найдите соответствие» Задание 2 «Работа в группах» Задание 3 « «да» «нет» - ка Задание 4 «Решение задач» Задание 5 «Составить вопросы»
Оценочный лист группы № 1
ФИО учащегося Задание 1 «Найдите соответствие» Задание 2 «Работа в группах» Задание 3 « «да» «нет» - ка Задание 4 «Решение задач» Задание 5 «Составить вопросы»
Найдите соответствие между реагентами и продуктами химической реакцией.
963930647700096393016954500Al + O2 →AlCl3 +H2
96393010604500109728010604500Al + Fe2 O3→AlCl3
121158012827000Al + Cl2 →Al(OH)3 +Na
Al + HCl→Al2O3
9639309588500Al + NaOH →Al2S3
Al + S →Al2O3 + Fe