Ознакомления учащихся с химическими производствами

Ознакомления учащихся с химическими производствами

Содержание

 

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОЗНАКОМЛЕНИЕ УЧАЩИХСЯ С ХИМИЧЕСКИМИ ПРОИЗВОДСТВАМИ

Состояние вопроса в практике школ

Отбор производств

Объём знаний о химических производствах

Методические принципы ознакомления учащихся с химическими производствами

Подготовка к изучению химических производств

План изучения производства

ГЛАВА II. ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫБРОСОВ ОТДЕЛЬНЫХ ОТРАСЛЕЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И МЕРЫ ПРОФИЛАКТИКИ

Загрязнение окружающей среды

Экологическое воздействие выбросов химических производств

ГЛАВА III. ОЗНАКОМЛЕНИЕ УЧАЩИХСЯ С ХИМИЧЕСКИМИ ПРОИЗВОДСТВАМИ

3.1 Производство извести как пример первоначального изучения химического производства в VIII классе

Переработка нефти

Производство чугуна и стали (в X классе)

3.4 Синтез аммиака и азотной кислоты как пример комбинированного химического производства

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Введение

 

Современный мир характеризуется постоянно возрастающим уровнем антропогенных и техногенных нагрузок, интенсивным преобразованием биосферы человеком, расширением размеров техносферных регионов. Большая часть населения проживает в крупных территориально-промышленных регионах с высоким уровнем концентрации промышленных производств и технических объектов. Мир техносферных опасностей определяется, прежде всего, опасностью технических объектов и промышленных технологий, опасностью окружающей природной среды, техники, используемой человеком в повседневной жизни.

В настоящее время перед человеческим сообществом стоит задача рационального и продуманного формирования техносферы, которая обеспечивала бы приемлемые для человека и природных экосистем условия существования. Эта задача исключительно сложна и предусматривает осуществление комплекса разноплановых и взаимосвязанных мероприятий, а именно:

• разумное ограничение потребностей человека;

• создание новых технических объектов и технологий, ориентированных на малоотходность и ресурсосбережение;

• минимизация воздействия техники и технологий на человека и природную среду;

• рациональное размещение производств и селитебных зон;

• создание комплексной системы обеспечения безопасности жизни в техносфере.

В 1994-1995 гг. учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию была разработана программа подготовки специалистов, способных квалифицированно решать задачи, связанные с обеспечением безопасности жизнедеятельности человека в техносфере. Это – инженерная образовательная программа со значительной составляющей экономического и организационно-управленческого образования, потому что обеспечением техносферной безопасности должны заниматься, прежде всего, специалисты с инженерным образованием, так как основными объектами опасности и средствами защиты от них являются технические объекты.

Специальность " Безопасность жизнедеятельности в техносфере" (330100) включена в направление подготовки дипломированных специалистов 656500 " Безопасность жизнедеятельности", которое введено в классификатор направлений и специальностей высшего профессионального образования в 2000 г. при разработке новых государственных образовательных стандартов (ГОС) [1, 2].

Основная деятельность специалиста, подготовленного по образовательной программе специальности " Безопасность жизнедеятельности в техносфере", связана с разработкой комплекса мероприятий и взаимной увязкой отдельных компонентов этого комплекса для обеспечения безопасности жизни н деятельности человека в техносферном регионе, территориально-промышленном комплексе или промышленном предприятии участием в разработке и реализации комплексных программ обеспечения техносферной безопасности, технико-экономического обоснования инженерных и организационных мероприятий.

Глава I. ОЗНАКОМЛЕНИЕ УЧАЩИХСЯ С ХИМИЧЕСКИМИ ПРОИЗВОДСТВАМИ

 

Изучение в средней школе научных основ современного производства, в том числе химического производства, – одно из важнейших средств для разрешения задачи политехнической подготовки учащихся. Процесс изучения химических производств связывает теорию с практикой, конкретизирует, углубляет и закрепляет знание теоретических основ химии, помогает нашей молодёжи по окончании школы свободно выбрать профессию и стать активными участниками коммунистического строительства.

Состояние вопроса в практике школ

 

В осуществлении политехнического обучения учителя химии уже добились некоторых положительных результатов. Многие учителя на уроках химии систематически обращают внимание на применение химии в практической жизни, знакомят учащихся с важнейшими химическими производствами, проводят экскурсии на местные производства, используют технологические схемы, таблицы, модели, диапозитивы, кинофильмы и другие наглядные пособия. К изготовлению производственных схем, таблиц, моделей и других пособий, необходимых для раскрытия самой сущности химических производств, они привлекают учащихся – используют для этого не только уроки, но и внеклассные, кружковые занятия.

Некоторые учителя чрезмерно увлекаются и знакомят учащихся с технологией чуть ли не всех производств, о которых упоминается в курсе химии средней школы, проводят очень много экскурсий на местные производства, и в то же время от конкретного производственного материала недостаточно подводят учащихся к теоретическим обобщениям, к уяснению общих научных основ современных химических производств.

Имеются и такие учителя, которые совершенно недостаточно внимания уделяют ознакомлению учащихся с химическими производствами, которые строго придерживаются материала учебника, сообщают ученикам мало производственных сведений и вовсе не касаются тех производств, которые в учебнике не описаны.

В процессе ознакомления учащихся перед учителями химии встает целый ряд вопросов: отбор химических производств, объём знаний о химических производствах, методические принципы ознакомления учащихся с химическими производствами, подготовка к изучению производств, план изучения производств и др. (1).

 

Отбор производств

 

Для осуществления политехнического обучения знакомить учащихся общеобразовательной школы с большим количеством химических производств нет никакой необходимости, так как политехнический принцип «не требует обучению всему, а требует обучения основам индустрии вообще.

В общеобразовательной средней школе на уроках химии должны изучаться химические производства лишь наиболее важные в народнохозяйственном отношении, вполне доступные для понимания учащимися и самые типичные, наиболее ярко отражающие использование химических теорий и закономерностей в практической жизни.

Учебной программой средней школы предусмотрено изучение только некоторых производств.

VIII класс. 1. Очистка воды.

2. Производство извести.

IX класс. 1. Синтетическое получение соляной кислоты.

2. Производство серной кислоты (контактным способом).

Х класс. 1. Производство аммиака и азотной кислоты.

2. Производство азотных удобрений.

3. Производство суперфосфата.

Х I класс. 1. Производство алюминия.

2. Производство чугуна и стали.

3. Переработка нефти.

4. Коксование углей.

5. Производство уксусной кислоты.

В процессе изучения этого, сравнительно небольшого количества производств, учитель химии должен вскрыть то общее, что составляет основу современной химической промышленности. В курсе химии средней школы, конечно, речь идёт не только о перечисленных производствах, но и о производственных способах получения целого ряда других веществ: кислорода, водорода, хлора, металлов (кальция, натрия и др.), углеводородов, (этилена, ацетилена и др.), сахара, синтетического каучука, пластмасс, цемента и др. С промышленными способами получения этих веществ учащиеся тоже знакомятся, но знакомятся очень кратко. Обращают внимание не на технологию и другие связанные с этим вопросы, а только на самую химическую сущность производственных процессов, и лишь в некоторых случаях – на условия этих процессов. Более подробное изучение производств этих веществ выходит за пределы учебной программы, является недопустимой перегрузкой учащихся и может быть осуществлено только в процессе внеклассных занятий.

В политехнической подготовке учащихся имеют значение доступные для посещения местные химические производства, а также ближайшие к школе месторождения химического сырья. Однако следует твёрдо помнить один из важнейших принципов: Местное производственное окружение в учебных целях используется лишь в объёме требований, предусмотренных учебной программой.

Местные производства, не предусмотренные учебной программой, рассматриваются в средней школе не детально, а только как отдельные иллюстрации изучаемых по программе научных принципов, общих для современных химических производств. Экскурсии на местные производства, не предусмотренные программой, проводятся не в учебное время, а только в процессе внеклассных занятий.

Следует вообще заметить, что успех решения задачи политехнической подготовки учащихся зависит не столько от количества изученных производств, сколько от умелого отбора наиболее важных, типичных современных производств и от степени использования этих производств с точки зрения требований, предусмотренных программой общеобразовательной средней школы.

Подготовка к изучению химических производств

 

В процессе изучения химических производств, как и во всей учебно-воспитательной работе школы, решающую роль играет учитель. Без достаточно полного и четкого знания учителем технологии химического производства политехническая подготовка учащихся неминуемо примет абстрактный, формальный характер.

В части описания химических производств материал учебника во многих случаях, конечно, недостаточен. Учителю очень важно использовать специальные руководства по технологии химических производств, а также материал о химизации нашего народного хозяйства.

Большую помощь может оказать предварительное посещение специальных отделов музея, выставок и химических производств.

Особенно внимательно следует ознакомиться с материалами, характеризующими общие научные принципы современных химических производств (3).

Предварительно следует подготовить также весь необходимый демонстрационный материал: таблицы, схемы, модели, диаграммы и др. Приходится учитывать то обстоятельство, что производственные схемы в специальных руководствах часто очень сложны и для использования на уроках нуждаются в значительном упрощении.

Успешное изучение химических производств требует предварительной подготовки не только учителя, но и учащихся. К изучению производства вещества необходимо приступать только после того, как учащиеся усвоят: состав, свойства (физические и химические) и практическое значение этого вещества, а также химические реакции его получения и условия, при которых эти реакции протекают.

 

План изучения производства

 

План изучения химического производства, в зависимости от его характера, предварительной подготовки учащихся и других обстоятельств, может быть разнообразный. Однако теоретические соображения и опыт работы многих учителей показывают, что изучение производства целесообразно проводить примерно по следующему плану:

1. Продукт производства: повторение сведений о его составе, важнейших свойствах; способах получения и применения (беседа).

2. Химические реакции, лежащие в основе данного произведши, и условия протекания этих реакций (беседа с записью уравнений).

3. Сырьё и его подготовка к производственному процессу (коллекция природных образцов и схема важнейших аппаратов, используемых в процессе подготовки сырья к переработке).

4. Процесс производства по отдельным фазам (по схеме, моделям и т. п.), и в связи с этим: а) самые основные, наиболее типичные аппараты; б) общие принципы химического производства; в) средства интенсификации производства.

5. Успехи данной отрасли химической промышленности в нашей стране (данные народнохозяйственного плана, материал периодической печати, сообщение о передовиках производства и др.).

Переработка нефти

 

В процессе изучения этого производства нужно:

а) ознакомить учащихся с перегонкой и крекингом нефти;

б) вскрыть основные научные принципы промышленной переработки нефти;

в) показать успехи нефтяной промышленности.

Учитель сначала знакомит учащихся с нефтью — объясняет:

а) народнохозяйственное значение нефти; б) важнейшие ее месторождения; в) способы добывания; г) неуклонный рост нефтедобычи в нашей стране; д) состав; е) физические свойства.

Большое значение при этом имеет демонстрация нефти и нефтепродуктов, а также (при наличии соответствующих условий) демонстрация опытов, характеризующих сравнительно растворимость и горючесть нефтепродуктов, бензин и керосин как растворители и др.

Только после этого следует познакомить учащихся с переработкой нефти – перегонкой и крекингом.

I. Перегонка нефти. Об основном принципе перегонки нефти и промышленности учащиеся получают представление на лабораторном опыте. Учитель демонстрирует перегонку нефти с перегретым паром (рис. 2).

Рис. 2 Перегонка нефти в лабораторных условиях

 

В колбе А нагревают воду – получает пар, а в колбе Б – одновременно нагревает нефть (при отсутствии нефти нагревает заранее приготовленную смесь мазута или машинного масла, керосина и бензина). Собранную в приемнике (вместе с водой) смесь углеводородов разделяет с помощью делительной воронки.

О перегонке нефти в промышленности учитель в лекционной фирме сообщает учащимся следующее. Перегонка нефти в промышленности происходит в специальной установке (рис. 3). Этот процесс основан на различных температурах кипения находящихся в нефти углеводородов. Процесс начинается в трубчатой печи, названной так потому, что внутри её находится стальной, очень большой длины, изогнутый трубопровод. Отапливается печь мазутом. Непрерывно перекачиваемая через трубопровод нефть нагревается, примерно до 400 °С, и поступает в ректификационную колонну. Эта колонна имеет большое количество горизонтальных перегородок, так называемых тарелок с отверстиями. Нефтепродукты с низкой температурой кипения через отверстия тарелок поднимаются в верхнюю часть колонны, постепенно охлаждаются и в жидком состоянии задерживаются на той или иной тарелке. Нефтепродукты же с более высокой температурой кипения задерживаются на тарелках уже в нижней части колонны. Через отверстия тарелок летучие нефтепродукты поднимаются вверх, а жидкие стекают вниз (рис. 4).

Рис. 3 Перегонка нефти в промышленности

1 – трубчатая печь для нагревания нефти; 2 – ректификационная колонна.

 

Более полному отделению летучих нефтепродуктов от жидкости содействует подаваемый снизу перегретый пар, который идёт навстречу стекаемой жидкости.

 

Рис. 4 Движение нефтепродуктов через тарелки ректификационной колонны

 

Так последовательно, в направлении снизу вверх, при различной температуре из нефти выделяются: мазут, соляровое масло, керосин, лигроин и бензин. Пары бензина в холодильнике охлаждаются и конденсируются. Некоторая часть бензина возвращается в колонну для орошения и охлаждения поднимающихся вверх летучих нефтепродуктов.

Полученные нефтепродукты по особым трубам из ректификационной колонны выводятся и снова подвергаются перегонке. Путём последующей перегонки из мазута выделяют различные смазочные масла (веретённое, машинное, цилиндровое и др.), а также вазелин, парафин и другие ценные нефтепродукты. После окончательной фракционной перегонки нефти остается нелетучий продукт – гудрон.

В основе фракционной перегонки нефти лежат общие технологические принципы: непрерывность процесса, поток и противоток и циркуляция продуктов переработки. Здесь же имеет место и непрерывная циркуляция тепла: тепло получившихся продуктов перегонки используется для предварительного подогрева нефти, а тепло дымовых газов – для некоторого подогрева воздуха, необходимого для сжигания в печи мазута.

Для проверки и закрепления изложенного материала учитель предлагает учащимся вопросы:

1. На каком свойстве нефти основана её фракционная перегонка?

2. Из каких аппаратов состоит нефтеперегонная установка?

3. Как в ректификационной колонне получаются важнейшие нефтепродукты?

4. Какие общие технологические принципы лежат в основе фракционной перегонки нефти?

2.Крекинг нефти. Химический способ переработки нефти – крекинг-процесс, при наличии соответствующих условий в упрощенной форме на уроке или на вне-классных занятиях, можно показать учащимся.

Учитель сначала уясняет учащимся сущность крекинга нефти. Сообщает им, что если нефть нагревать сильнее, чем при фракционной перегонке, то находящиеся в пей углеводороды начинают изменять свой химический состав; при этом молекулы их распадаются на более мелкие по составу молекулы — образуется смесь жидких газообразных предельных и непредельных углеводородов с меньшим молекулярным весом, а следовательно, с более низкой температурой кипения – увеличивается выход наиболее пенного продукта – бензина. Напоминает учащимся общий состав и характерные химические свойства предельных и непредельных углеводородов. Обращает внимание учащихся на то, что образующиеся при крекинге непредельные углеводороды обнаруживают по обесцвечиванию ими бромной воды или раствора марганцевокислого калия.

Крекинг нефти демонстрируется на следующем приборе (рис. 5). В этом приборе три основные части: печь для нагревания крекируемого сырья – железная трубка-приёмник для жидких продуктов и приёмник для газа. В качестве крекируемого сырья используется керосин, предварительно очищенный от непредельных соединений или мазут, оставшийся после фракционной перегонки нефти. Нагревание производится с помощью газовых горелок, паяльной лампы, угольной жаровни. К получившимся жидким и газообразным продуктам приливается

К получившимся жидким и газообразным продуктам приливается бромная вода или раствор марганцевокислого калия – обнаруживаются образовавшиеся непредельные углеводороды. [6 – 8]

Рис. 5. Крекинг нефти в лабораторных условиях

Цель этих занятий:

а) ознакомить учащихся с производством чугуна и переработкой чугуна в сталь;

б) обратить внимание на важнейшие аппараты и на самый процесс металлургического производства;

в) вскрыть научные принципы этого производства;

г) показать учащимся успехи металлургической промышленности (2).

План изучения

I. Доменный процесс.

1. Повторение: важнейшие руды железа; обогащение руд.

2. Доменная печь и принцип её действия (схема).

3. Загрузка домны и начало доменного процесса (механизация и автоматизация производства).

4. Различные температурные зоны в доменной печи.

5. Химические процессы в каждой температурной зоне.

6. Образование чугуна и шлака.

II. Переработка чугуна в сталь.

1. Повторение: а) понятие «сплав»; б) состав чугуна и стали, их важнейшие примеси.

2. Сущность переработки чугуна в сталь.

3. Бессемерование чугуна в сталь: а) химические реакции; б) условия их протекания; устройство конвертора (схема).

4. Мартеновский способ переработки чугуна всталь: а) общая схема мартеновской печи; б) характерная особенность процесса; в) принцип рационального использования топлива; г) интенсификация процесса (кислородное дутьё).

III. Электрическая домна

1. Электропечь (рис. 6).

2. Принцип действия электропечи.

3. Роль электричества в работе электродомны.

 

Рис. 6 Электрическая доменная печь.

 

Учитель особо замечает, что в электродомну, вместе с рудой и флюсом загружают также уголь, но только уголь, необходимый для реакции восстановления железа. Уголь же, который в обычной домне поддерживает высокую температуру (играет роль топлива), в электродомне заменяется электрической энергией. [2, 6]

3.4 Синтез аммиака и азотной кислоты как пример комбинированного химического производства

 

В процессе изучения этого производства нужно:

а) ознакомить учащихся с сущностью синтеза аммиака и его окисления в азотную кислоту;

б) расширить уже имеющиеся у учащихся представления об условиях протекания химических реакций и способах управления ими в промышленности;

в) закрепить и углубить ранее приобретенные учащимися знания о научных принципах химических производств – дать представление о применении в химическом производстве оптимальных давлений и принципа циркуляции реагирующих веществ.

Изучение производства проводится примерно по следующему плану:

I. Синтез аммиака.

1. Азот и его свойства (повторение с записью уравнения реакции взаимодействия азота с водородом).

2. Аммиак, его получение в лаборатории, свойства и значение и народном хозяйстве (повторение с записью уравнений химических реакций и демонстрациями соответствующих опытов). Синтез аммиака в лабораторных условиях (рис. 7).

 

Рис 7. Синтез аммиака в лабораторных условиях

 

3. Синтез аммиака в промышленности: а) реакция взаимодействия азота с водородом и её обратимость, б) условия этой реакции (роль температуры, катализатора и давления), в) основные аппараты (колонна синтеза, холодильник-конденсатор, сепаратор-разделитель, компрессор и циркуляционный насос), принципы действия этих аппаратов (рис. 8).

 

Рис. 8 Синтез аммиака в промышленности

 

4. Получение исходной азотоводородной смеси: а) газогенератор, б) состав генераторного газа, в) способы удаления ненужных газов (уравнения реакций), г) конвертор, д) теплообменник, е) башни для поглощения углекислого газа и окиси углерода, ж) компрессоры, з) принцип противотока и теплообмена (рис. 9).

 

 

5. Обобщение и закрепление всех основных научных принципов синтеза аммиака в промышленности.

II. Окисление аммиака в азотную кислоту.

I. Реакции, лежащие в основе производства азотной кислоты: а) окисление аммиака (в присутствии катализатора) в окись азота (уравнение реакции); б) окисление окиси азота в двуокись азота и поглощение двуокиси азота водой (уравнение реакции).

2. Окисление аммиака в азотную кислоту в лабораторных условиях (демонстрация).

 

 

3. Получение азотной кислоты в промышленности: а) аммиачно-воздушная смесь; б) контактный аппарат; в) условия окисления; г) поглотительные башни и их действие – принцип противотока, увеличение поверхности соприкосновения газа и жидкости; поглощение двуокиси азота водой – использование давления (рис. 10). [6]

Заключение

 

Оптимальные температуры, теплообмен, катализаторы, дробление твердых веществ и всевозможные «насадки» – важнейшие средства ускорения химических процессов – общие научные принципы, типичные для всех современных химических производств.

Характерными условиями организации химических производств являются механизация и автоматизация: применение аппаратуры непрерывного действия, а также довольно широкое использование автоматического контроля над производственным процессом и управления этим процессом. Здесь же учитель отмечает охрану труда как одну из характерных особенностей организации производства.

В процессе последующего изучения химических производств сделанные на данном занятии обобщения ещё больше конкретизируются и углубляются.

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Борисов И. Н. Об изучении химических производств, жури. «Химия в школе», 1954, № 1.

2. Шаповаленко С. Г, Вопросы политехнического обучения в процессе преподавания химии, журн. «Химия в школе», 1953, № 2.

3. Цветков Л. А., ред. Сборник «Производственные экскурсии по химии в школе, 1953.

4. Павлов Б. А. и др. Технология неорганических веществ. Пособие для учителей средней школы, 1954.

5. Вольфкович С. И. и др. Общая химическая технология, т. I, 1952.

6. Борисев М. И. Н., Методика преподавания химии, т. 2, 1954.

7. Цветков Л. А, Химические опыты при изучении каучука и нефти, М.: «Химия в школе», 1953, № 6.

8. Терпогосова К. А. Нефть и продукты её переработки, 1952.

Ознакомления учащихся с химическими производствами

Содержание

 

ВВЕДЕНИЕ

1234Следующая ⇒

Поделиться: