Передплатна кампанія з січня 2019 закінчино! Що робити далі?

Подробиці...

Бажаєте зекономити на передплаті?

Пропонуємо вам стати учасником програми лояльності «120 балів»!

 

Дізнатися більше

Економічна освіта під час вивчення хімії

Л. Г. Войтович, викладач хімії Горіховського коледжу Львівського національного аграрного університету, м. Горохів, Волинська обл.

Від редакції

Ці матеріали можуть бути використані вчителями середніх навчальних закладів під час підготовки й проведення уроків і факультативних занять.


Успішне розв’язання економічних завдань, поставлених перед Україною, потребує формування нового економічного мислення всіх верств населення. Особливо великої уваги заслуговує формування економічних знань у молоді — майбутнього країни. Тому й необхідно прищеплювати елементи нового економічного мислення ще в школі, училищі, коледжі, в тих навчальних закладах, де вивчають шкільний курс хімії та розглядають питання комплексного використання сировини, вибору оптимальних умов проведення хімічних процесів на виробництві, створення нових конструкційних матеріалів тощо. Це, безумовно, сприяє розумінню таких понять, як економія сировини, трудових ресурсів та електроенергії, собівартість продукції та ін.
 
Велика роль при цьому відводиться викладачеві. На нього покладається завдання щодо формування нового економічного мислення студентів. Саме цій меті й присвячена збірка матеріалів економічного змісту. Оскільки автор роботи є викладачем хімії в аграрному коледжі, чималий фактичний матеріал, зібраний нею, рекомендується для використання на заняттях, факультативах, під час практичної роботи студентів, підготовки до конференцій, семінарів, під час гурткової роботи саме в аграрних навчальних закладах. У пропонованій статті подано лише частину матеріалу
з розділу «Неметали». Для закріплення вивченого до багатьох тем наведено запитання і задачі економічного змісту.
 

Тема. Сульфатна кислота

Майже третину сульфатної кислоти одержують на виробництвах кольорової та чорної металургії, нафтопереробної промисловості з газів, які утворюються під час випалювання руд та очищення
нафтопродуктів. Частка сірки у виробництві сірчаної кислоти становить 49 %, сірчаного колчедану — 32 %, металургійних газів — 15 %, сірководню й інших джерел — 4 %.
 
Найбільш економічним видом сировини є сірка. З пуском Роздольського комбінату в Західній Україні самородну сірку почали одержувати дешевим відкритим способом. Для одержання сірки, яка залягає на значних глибинах, широко застосовується метод підземного виплавляння сірки перегрітою парою, що дозволяє скоротити капітальні витрати у 2,5 рази. Цього досягають завдяки тому, що сірчистий газ, який одержують з елементарної сірки, не потребує очищення, яке за кількістю й об’ємом апаратів становить більшу частину сірчанокислотного заводу. Крім того, зменшуються витрати енергії та води.
 
Сучасні установки, які працюють на елементарній сірці, виробляють за добу до 1500 т сульфатної кислоти, або 450 тис. тонн на рік. Планується будівництво контактних цехів з виробництва сульфатної кислоти із сірки під тиском за вітчизняною технологією потужністю 700 тис. тонн моногідрату на рік. Застосування тиску дозволить знизити викиди сірчистого газу в атмосферу. Потужності діючих виробництв сульфатної кислоти контактним способом і тих, що будуються, планується збільшити на 10 % за незначних додаткових витрат за рахунок підвищення концентрації діоксиду в пічних газах і за рахунок переведення деяких цехів на коротку схему із заміною сірчаного колчедану на сірку. 32 % сульфатної кислоти одержують із колчедану, який являє собою в основному флотаційний концентрат — продукт комплексної переробки поліметалічних руд.
 
Близько 15 % сульфатної кислоти одержують із газу SO2 ( ), що виділяється під час переробки сульфідів металів в оксиди. При цьому виключається операція випалювання і розв’язується екологічне завдання — утилізуються гази SO2 ( ), які раніше викидалися в атмосферу і завдавали великої шкоди навколишньому середовищу. Джерелом для одержання сульфатної кислоти
є також сірководень, який одержують очищенням нафти і природного газу, що містить домішки сірки. Якщо біля нафтогазопереробного заводу є споживач сульфатної кислоти, то сірководень одразу перетворюють на сульфатну кислоту.
 
Якщо споживач сульфатної кислоти розміщений на значній відстані, то із сірководню одержують сірку, яку потім йому транспортують. Це економічно вигідніше, тому що транспортування
сірки приблизно у три рази дешевше, ніж транспортування сульфатної кислоти.
 
Враховуючи велику потребу сульфатної кислоти для виробництва мінеральних добрив і те, що для цього можна використовувати кислоту нижчої чистоти, ніж дефіцитна контактна, доцільно
споруджувати цехи для виробництва сульфатної кислоти з колчедану нітрозним способом. У таких цехах викиди в атмосферу нітроген оксидів скоротяться в 6–12 разів за рахунок убирання їх спочатку водою, а потім сумішшю сульфатної і нітратної кислот (до 0,03 %), при цьому сірчистий газ практично повністю вбирається. Встановлення електрофільтра перед абсорбційною зоною дає можливість у 12–16 разів скоротити вміст туману сульфатної кислоти, що підвищить ефективність роботи абсорбційних башт.
 
Розрахунки показують, що за нітрозного способу з повітряним дуттям капітальні витрати знижуються на 43,6 %, собівартість переробки — на 45,5 %.
 
Студентам можна повідомити, що сульфатна кислота широко застосовується у промисловості. Сульфатна кислота застосовується у виробництві мінеральних добрив (найбільший  споживач), для одержання різних мінеральних кислот, солей, органічних речовин, барвників, вибухових речовин, у машинобудівній, нафтопереробній, текстильній, шкіряній промисловості, в аналітичній хімії.
 
Під час вивчення теми «Сульфатна кислота» можна використовувати презентації «Виробництво сульфатної кислоти», «Виробництво сульфатної кислоти контактним способом», «Схема виробництва сульфатної кислоти контактним способом», навчальний фільм «Сірка».
 
 
Для перевірки знань студентів доцільно запропонувати їм такі запитання та задачі:
  • Які джерела сировини використовують для виробництва сульфатної кислоти?
  • Чому неможливо обійтися без каталізаторів, якщо спалювати сульфур(IV) оксид до сульфур(VI) оксиду за високої температури?
  • Які галузі застосування сульфатної кислоти вам відомі?
  • Напишіть рівняння реакцій перетворення H S 2 на H SO 2 4.
  • Задача 1. Скільки розчину, в якому масова частка сульфатної кислоти 68 %, витрачається на виробництво суперфосфату масою 1 т?
  • Задача 2. Скільки розчину, в якому масова частка сульфатної кислоти 65 %, потрібно для одержання суперфосфату масою 1 т з фосфориту, в якому масова частка кальцій карбонату 5 %?
  • Задача 3. Який об’єм пічного газу з об’ємною часткою сульфур(ІV) оксиду 7 % треба переробити, щоб одержати сульфатну кислоту масою 1000 кг? Вихід практичний сульфур(VІ) оксиду із сульфур(ІV) оксиду становить 98 %.
 
Студентам можна запропонувати підготувати під керівництвом викладача короткі повідомлення про виробництво і застосування сульфатної кислоти.
 

Тема. Нітроген і Фосфор

Під час вивчення теми «Нітроген і Фосфор» студентам слід повідомити про широке застосування нітратної кислоти, амоніаку і фосфору. Так, нітратна кислота застосовується у виробництві азотних і комплексних мінеральних добрив (амоніакової і натрієвої селітри, нітрофоски — суміші амофосу з калій нітратом та ін.), солей нітратної кислоти й органічних нітропродуктів, у кольоровій металургії для травлення кольорових металів, у виробництві барвників, вибухових речовин.
 
 
Амоніак використовується для виробництва нітратної кислоти, її солей, у синтезі органічних сполук, у виробленні комплексних добрив (амофосу — суміші NH H PO 4 2 4 і NH HPO 4 2 4 ( ) ). Фосфор застосовується для виготовлення сірників, фосфористої бронзи, для легування сталі й напівпровідникових матеріалів, для запалювальних і димових снарядів. Більша частина фосфору, що виробляється, витрачається на похідні фосфатної кислоти, з яких найважливішими є концентровані добрива — подвійний суперфосфат, амофос, преципітат, нітроамофоска. Використовують фосфор і у виробництві інсектицидів (фосфорорганічних).
 
 
У цій самій темі слід особливу увагу звернути на роль нітратної кислоти, амоніаку і фосфору у виробництві мінеральних добрив. Важливо розкрити студентам роль Нітрогену в підтриманні життя на Землі — Нітроген входить до складу ілків, нуклеїнових кислот, ферментів тощо, є невід’ємною частиною будь-якого живого організму. Мінеральні добрива відіграють важливу роль у розв’язанні продовольчої проблеми, підвищенні врожайності сільськогосподарських культур.
Протягом останніх років значно збільшилося виробництво складних комплексних мінеральних добрив, карбаміду.
 
Важливо показати студентам, що значні потреби у зв’язаному Нітрогені можуть задовольнити тільки заводи синтезу амоніаку з великою виробничою потужністю. При цьому слід акцентувати
увагу студентів на економічній ефективності вдосконалення процесу виробництва амоніаку. Важливо також підкреслити значне зниження енергетичних витрат при цьому. Якщо раніше на 1 т одержаного амоніаку витрачали 4,6–5,6 т умовного палива, то тепер витрати енергії становлять 1,2 т.
 
Сучасні агрегати виробництва амоніаку і нітратної кислоти високоавтоматизовані, що дозволило підвищити стабільність технологічного процесу і різко скоротити чисельність обслуговуючого
персоналу. Доцільно звернути увагу студентів на створення безвідхідної технології виробництва мінеральних добрив — розробку сумісного виробництва амоніаку з природного газу і карбаміду, заснованого на побічному продукті виробництва амоніаку — вуглекислому газі. Один комплекс синтезу карбаміду повністю переробляє вуглекислий газ від двох комплексів, що дає помітну економію. Нині єдиним промисловим способом виробництва розведеної нітратної кислоти є контактне каталітичне окиснення амоніаку киснем повітря з подальшим вбиранням утворених оксидів водою. Амоніак під дією платинового каталізатора окиснюють за температури 600–1000 °С в NO.
 
Слід повідомити студентам про ряд недоліків платинових каталізаторів: висока вартість і дефіцитність, руйнування під дією реакційної суміші за температури окиснення амоніаку і нестійкість
проти дії каталітичних отрут. В останні роки як каталізатор застосовується сплав платини з родієм  (7–10 % родію), який має підвищену селективність — вихід NO за використання такого каталізатора підвищується на 3–4 %. Платиновий каталізатор застосовують у вигляді сітки з дроту діаметром 0,09 мм і великою кількістю комірок (приблизно 1000 штук на 1 см2 сітки). Це значно збільшує поверхню каталізатора, що надзвичайно важливо, оскільки процес окиснення амоніаку відбувається тільки на поверхні каталізатора. Під час окиснення амоніаку на промислових майданчиках відбувається частковий викид дуже токсичних оксидів Нітрогену. Тому для їх зменшення застосовують відновлення оксидів Нітрогену до молекулярного (нешкідливого) азоту, вбирання адсорбентами.
 
Слід наголосити, що для виробництва нітратної кислоти нині використовуються установки великої одиничної потужності — 300 тис. тонн нітратної кислоти на рік. На таких агрегатах продуктивність праці на 28 % вища, ніж на агрегатах потужністю 120 тис. тонн на рік, які створені раніше.
 
Мінеральні добрива також виробляються на агрегатах великої одиничної потужності, що знижує їх собівартість.
За сучасного об’єму виробництва підвищення вмісту поживних речовин на 1 % дозволяє скоротити щорічно перевезення на 5 млн тонн і економити на цьому близько 5 млн людино-годин.
 
Велику роль у підвищенні врожайності відіграють фосфорні добрива. Сировиною для одержання фосфору є фосфорити й апатити. Переробку природних фосфатів на фосфатні добрива проводять розкладом їх сульфатною, фосфатною, нітратною кислотами, висушуванням, подрібненням фосфоритів (у виробництві фосфорного борошна). Частину фосфорних добрив одержують розмелюванням фосфатних шлаків.
 
Фосфорні добрива поділяються на водорозчинні (суперфосфат, подвійний суперфосфат), важкорозчинні (фосфоритне, кісткове борошно), фосфати кормові.
 
Водорозчинні фосфати застосовуються на всіх ґрунтах, усіма способами їх внесення, під усі культури, важкорозчинні — тільки на кислих ґрунтах як основне добриво під оранку, в підвищених
дозах порівняно з розчинними. Кормові фосфати (знефлуорений фосфат, кормовий преципітат, трикальційфосфат, кісткове борошно) застосовують для підгодівлі тварин за нестачі фосфору і кальцію в кормовому раціоні. Під час викладання теми «Фосфор і його сполуки » слід підкреслити важливість одержання суперфосфату шляхом обробки апатитних концентратів або природних фосфоритів сульфатною кислотою. При цьому одержують простий суперфосфат за схемою:
 
Погіршення якості фосфатної сировини призводить  до збільшення капітальних витрат, підвищення собівартості фосфорного добрива та зниження продуктивності праці. Тому  впроваджуються нові технології відкритого і підземного одержання руд — гідроодержання і підземного вилуговування. Важливим також є використання відходів — подрібнених фосфатів. Важлива роль у підвищенні врожайності належить калійним добривам. Калій переважно перебуває в родовищах у вигляді сильвініту. Використовуються також каїніто-лангбейкітові та карналітові руди. З природних джерел калій одержують у вигляді хлориду, а останнім часом частину його переробляють на сульфат дією сульфатної кислоти. Сульфат Калію використовується під ті сільськогосподарські культури, на які йони Хлору діють негативно (виноград, картопля, гречка, цитрусові, тютюн). Хлорид Калію вилучають із сильвініту флотацією.
 
Гранульоване калійне добриво з подовженим строком дії містить 64 % KCl, 15 % NaCl, 15 % глинистої речовини з мікроелементами. З метою використання глинисто-сольових шлаків створено комплексне гранульоване добриво, що містить 20–25 % поживних речовин. До нього входять, крім хлоридів Калію й Натрію, сульфати Кальцію та Магнію, мікроелементи: Манган, Цинк, Кобальт, Купрум, Нікол, Ферум. Після внесення такого добрива в ґрунт збільшується врожайність ячменю, картоплі, цукрових буряків. Треба підкреслити важливу роль мікродобрив у підвищенні врожайності. У більшості ґрунтів нашої країни не вистачає цинку, вони збіднені на бор, молібден, кобальт, купрум. Внесення мікродобрив у ґрунт забезпечує підвищення врожайності на 10–12 %.
 
Середня концентрація поживних речовин у добривах нині збільшилася до 38,4 %, що економічно вигідно для транспортування. Було підраховано, що підвищення вмісту поживних речовин у добривах у середньому з 30 до 37 % дає щороку економію 195 млн гривень, у тому числі 22 млн — на тарі, 31 млн — на перевезеннях залізницею, 96 млн — на розвантаженні, завантаженні,
зберіганні на складах і доставці добрив у поле і 46 млн — на внесенні добрив у ґрунт. Значна увага приділяється зниженню витрат добрив. Це дуже важливо, бо в середньому половина добрив вимивається водою й потрапляє у водойми, забруднюючи їх.
 
У зв’язку з цим під час вивчення теми «Мінеральні добрива» викладач розкриває економічну ефективність застосування гранульованих добрив завдяки їх поступовому розчиненню в ґрунті, механізованому і рівномірному внесенню в ґрунт. Застосування гранульованих добрив перспективне для безтарного перевезення. Нині їх транспортують і зберігають у поліетиленових мішках і насипом. Безтарне перевезення добрив дозволяє механізувати їх навантаження і розвантаження, що дає значну економію. До того ж практика показала, що в разі зберігання і транспортування затарених добрив 3–5 % мішків розривається, що призводить до значних втрат добрив і екологічного забруднення навколишнього середовища. Для безтарного перевезення добрива повинні бути розсипчастими, не злежуватися. Щоб запобігти злежуванню, в добрива вводять обпудрюючі добавки — інертні порошкоподібні речовини, гідрофобізуючі добавки — перед їх перетворенням на гранули.
 
Перспективним є також створення виробництва суперфосу — добрива, яке повільно розчиняється у ґрунті. У цьому добриві близько 50 % P O 2 5 (за вмісту 37–38 % P O 2 5 у готовому продукті) міститься у формі, яка швидко розчиняється у воді, а решта повільно розчиняється у ґрунті, тобто переходить у форму, яка засвоюється рослинами. Це значно зменшує винос фосфору з ґрунту дощами, забезпечує його економне витрачання. В останні роки у сільському господарстві почали успішно застосовувати рідкі добрива, розчинений у воді амоніак. Застосування амоніаку дало змогу повністю механізувати транспортування, навантажування і розвантажування, його внесення в ґрунт. Крім того, практично весь розчин амоніаку вбирається ґрунтом і не виноситься дощами. Найбільш економічним видом транспортування рідких речовин є транспортування по трубопроводах. Слід наголосити студентам, особливо аграрних коледжів, що мінеральні добрива й отрутохімікати — інсектициди, пестициди, гербіциди, дефоліанти — це отрути, які накопичуються в овочах, фруктах.
 
Картопля чутливо реагує на надмірне внесення мінеральних добрив: темніє, швидко псується, стає непридатною для їжі. Кавуни, цибуля, капуста, буряки накопичують «хімію» без зміни зовнішнього вигляду, але, на жаль, дуже часто стають шкідливими для людини. За останні роки з’являються нові популяції рослин і комах, які адаптуються до отрутохімікатів. Слід ураховувати, що 30–60 % добрив змиваються дощами і талими водами, це забруднює водойми. Крім того, мінеральні добрива катастрофічно погіршують якість ґрунту. Добрі результати дає застосування мінеральних добрив у вигляді гранул.
 
Особливо обережно слід застосовувати нітрогеновмісні добрива, тому що нітрати і нітрити, які потрапляють в організм людини, негативно впливають на її здоров’я, окиснюючи гемоглобін крові у метгемоглобін. Це призводить до кисневого голодування і часто до фатального результату; особливо це позначається на дітях. Тому нітрати слід уводити в ґрунт малими дозами, використовувати капсулювання, вводити добрива з пролонгованою дією.
 
Вагомий результат у збільшенні врожаю дає застосування органічних добрив. Але свіжий гній забруднює поля. Підраховано, що в одній тонні свіжого гною міститься близько мільйона насіння бур’янів, тому поле краще удобрювати органічними добривами у вигляді перегною. Під час викладання теми «Підгрупа Нітрогену » доцільно використати мультимедійні презентації «Нітроген і його сполуки», «Фосфор і його сполуки», «Виробництво і застосування нітратної кислоти», навчальні фільми «Нітроген» і «Фосфор», таблиці «Виробництво синтетичного  амоніаку», «Виробництво амоніакової селітри».
 
 
Під час проведення занять можна використати такі запитання та задачі:
  • Які види мінеральних добрив ви знаєте?
  • У чому полягає економічний ефект застосування мінеральних добрив?
  • У чому полягає економічний і екологічний ефект застосування гранульованих добрив?
  • У чому полягає економічний ефект застосування рідких добрив?
  • Задача 1. У результаті внесення в ґрунт натрій нітрату з розрахунку 45 кг Нітрогену на 1 га приріст урожаю цукрових буряків становить 53 ц/га. Скільки натрієвої селітри, яка містить 98 % NaNO3 , треба внести на кожний гектар, щоб дістати такий приріст?
  • Задача 2. Один зі способів одержання кальцієвої селітри полягає в нейтралізації розведеної нітратної кислоти крейдою або вапняком. Напишіть йонне рівняння реакції, яка при цьому
  • відбувається.
  • Задача 3. Нітрат амонію можна одержати взаємодією  кальцій нітрату з амоній карбонатом. Складіть рівняння цієї реакції та поясніть, чому вона відбувається до кінця.
  • Задача 4. Скільки треба амоніаку і 55 %-ї нітратної кислоти для одержання 1 т стандартної амоніакової селітри, яка містить 98,7 % амоній нітрату?
  • Задача 5. Скільки треба амоніаку і 45 %-ї нітратної кислоти для одержання 1 т амоній нітрату, якщо вважати, що у виробничих умовах утрата амоніаку становить 2,5 кг, а нітратної кислоти (в перерахунку на 100 %-у) — 7, 5 кг на 1 т нітрату?
  • Задача 6. У результаті змішування гарячої суміші, яка складається з 45 мас. ч. амоній нітрату і невеликої кількості води, з 55 мас. ч. калій хлориду утворилося добриво (калійно-амоніакова селітра), в якому 88 % узятого амоній нітрату перетворилося на калій нітрат. Скільки частин (за масою) у цьому добриві припадає на кожну з чотирьох солей, з яких воно складається?
  • Задача 7. Скільки амоніакової селітри, яка містить 97,5 % NH NO 4 3, треба внести на 15 га під пшеницю і на 10 га під картоплю, якщо норма внесення Нітрогену для пшениці — 50 кг/га, для картоплі — 60 кг/га?
  • Задача 8. За середнього врожаю пшениці за один сезон виноситься до 75 кг Нітрогену з 1 га. Скільки амоній нітрату може компенсувати таку втрату, якщо врахувати, що близько 20 % Нітрогену, потрібного для живлення рослин, повертається в ґрунт унаслідок природних процесів?
  • Задача 9. Вартість «зв’язаного» Нітрогену у формі амоніакової солі менша, ніж у формі нітратної. Поясніть цей факт.
  • Задача 10. Який уміст (у відсотках) Нітрогену і фосфор(V) оксиду в діамофосі (гідрогенфосфаті амонію)? Знайдені величини порівняйте з відсотковим умістом Нітрогену в амоній сульфаті, в кальцій дигідрогенфосфаті.
  • Задача 11. Обчисліть: а) скільки сульфатної кислоти (в перерахунку на 100 %-у) теоретично треба витратити, щоб одержати 1 т простого суперфосфату з кальцій фосфату; б) скільки
  • сульфатної кислоти (в перерахунку на 100 %-ву) теоретично треба витрати, щоб одержати 1 т подвійного суперфосфату.
  • Задача 12. Чому простий суперфосфат не розчиняється повністю у воді?
  • Задача 13. Суперфосфат не можна змішувати з вапном. Чому? Підтвердьте відповідь рівнянням реакції.
  • Задача 14. Як вигідніше перевозити фосфорне добриво (в перерахунку на P O 2 5) — у вигляді простого чи подвійного суперфосфату? Дайте обґрунтовану відповідь.
  • Задача 15. Кісткове борошно, яке використовують як добриво, за стандартом повинно містити не менше 30 % фосфор(V) оксиду. Якому вмісту фосфату кальцію це відповідає?
  • Задача 16. Скільки кілограмів фосфору є в 50 кг кісток, до складу яких входить 58 % кальцій фосфату?
  • Задача 17. Вважаючи, що вихідний апатит не має домішок, обчисліть, скільки кальцій сульфату утворюється на 1 мас. ч. кальцій дигідрогенфосфату під час одержання з апатиту простого
  • суперфосфату.
  • Задача 18. Найчастіше у фосфоритах бувають такі домішки: кальцій карбонат, кальцій флуорид, ферум оксид, алюміній оксид. Складіть рівняння всіх реакцій, які відбуватимуться під час обробки фосфоритів сульфатною кислотою. Задача 19. Виведіть формулу амонійної солі фосфатної кислоти, вважаючи, що в ній міститься 74,22 % цієї кислоти.
  • Задача 20. Газ, одержаний нагріванням 26,4 г амоній сульфату з узятим у надлишку їдким натрієм, увібраний розчином, який містить 39,2 г фосфатної кислоти. Яка сіль при цьому утворилася?
 
Студентам можна запропонувати написання рефератів на теми «Роль азотних добрив у підвищенні врожайності», «Фосфорні добрива і їхня роль у підвищенні врожайності», «Економічність застосування розчину амоніаку в сільському господарстві».
 
Можна рекомендувати також провести конференцію на тему «Роль мінеральних добрив в економіці народного господарства».
Викладач може запропонувати студентам провести екскурсії у фермерські господарства для ознайомлення з раціональним зберіганням і використанням мінеральних добрив, з’ясування цих
питань з керівництвом господарства.
 

Комплексні добрива

Під час вивчення теми «Мінеральні добрива» викладач постійно звертає увагу на ефективності використання комплексних добрив, які одночасно містять декілька елементів живлення. Для формування запланованого врожаю з високою якістю продукції необхідно забезпечити рослини збалансованим живленням, причому не тільки Нітрогеном, Фосфором та Калієм, але й  агнієм, Сульфуром, Кальцієм, мікроелементами. Тому з метою узагальнення та систематизації знань про мінеральні та комплексні добрива можна запропонувати студентам розв’язати такі задачі:
 

Тема. Карбон та Силіцій

У темі «Карбон та Силіцій» розглядаються властивості й застосування сполук Карбону та Силіцію на практиці у вигляді будівельних матеріалів: скла, цементу, бетону, залізобетону, створення нових будівельних і вогнетривких матеріалів, застосування природних силікатів.
 
Викладачу найбільшу увагу слід приділити вивченню цементу і бетону, від виробництва яких залежать темпи будівництва житла і промислових споруд у нашій країні, в тому числі в аграрному секторі економіки.
 
Зробивши акцент на великому соціальному значенні будівництва житла, викладач може з’ясувати зі студентами, що являють собою цемент і бетон, скло, кераміка, вогнетривкі матеріали. Викладачу під час проведення занять слід підкреслити, що цемент, бетон, залізобетон становлять основу будівельної індустрії. Щоб знизити собівартість будівельних матеріалів, доцільно використовувати відходи (золу, шлак) ТЕЦ, металургійних підприємств і скорочувати перевезення. Доменні шлаки застосовують для виготовлення нових облицювальних матеріалів шлакоситалу і сиграну). Необхідно також використовувати відходи, що утворюються під час одержання залізної руди. Щоб одержати 1 т залізної руди, знімають до 10 т породи. Раніше крейду, мергель, пісок, глинисті сланці складали у відвали, які забруднювали повітря і займали родючу землю. Тепер ці відходи використовують у виробництві цементу, цегли, скла, мінеральної вати. Кам’яні матеріали використовують для одержання бутового каменю, щебню, які необхідні для будівництва доріг. Собівартість будівельних матеріалів, які виробляють попутно під час одержання залізної руди, значно нижча, ніж із природної сировини. При цьому скорочується необхідність у будівництві нових підприємств будівельних матеріалів.
 
Слід зазначити, що добавка золи ТЕЦ і шлаків металургійних заводів у будівельні розчини підвищує їхню якість, економлячи 10–15 % цементу. Будівельні організації економлять цемент, додаючи до розчинів відходи лісової, целюлозно-паперової і хімічної промисловості. Розроблено спеціальні суперпластифікатори, які підвищують пластичність бетону, їх застосування значно збільшує продуктивність праці бетонників, зменшує на 30 % витрати електроенергії, на 10 % — цементу. Велику економію дає пиловловлююче обладнання цементних заводів. За розрахунками, повне вловлювання цементного пилу дає змогу зберегти більш ніж 2 млн тонн цементу на рік і зберегти від забруднення міста і селища, які оточують цементні заводи.
 
Відходи багатьох підприємств використовують у виробництві цегли, з якої споруджують багатоповерхові будинки у Львові, Луцьку, Нововолинську та інших містах України.
З успіхом використовують відходи для виготовлення керамічних плиток. Так, раніше на Харківському плиточному заводі відходи і некондиційні плитки вивозили на пустирі. Тепер відходи переробляють на вогнетривкі добавки. Істотну користь дає також використання відходів від збагаченої породи під час одержання вугілля, так звані «хвости». Так, до 2014 року промислове
об’єднання «Донецьквуглезбагачення» успішно використовувало заміну вугілля «хвостами » у виробництві цегли. При цьому на кожному мільйоні штук цегли економили 130 т вугілля. У Харкові одержано будівельні матеріали, в які введено добавки — шлак від сміття, який спалювали на спеціальних підприємствах. Це дозволило значно зменшити витрати електроенергії. Викладачу важливо акцентувати увагу студентів на тому, що велику економію поряд із розв’язанням екологічних проблем дає використання золо-шлакових відходів. Завдяки їх добавці виробляють швидкотверднучий цемент, бетон, цеглу.
 
Відходи золи можуть замінити велику кількість піску й інших наповнювачів, одержання яких дорого коштує. В Україні для виробництва цементу було використано 4 млн тонн золових відходів. У Харківському інженерно-будівельному інституті був створений гідрофобізований бетон (не змочується водою) із просоченням спеціальними речовинами — модифікаторами. Такий бетон був застосований для захисту підземних трубопроводів від корозії. Він не руйнувався навіть під впливом сульфатної кислоти. Гідрофобізованим бетоном покривають підлоги у тваринницьких приміщеннях. Такі підлоги довговічні, зберігають тепло, попереджають захворювання тварин. Широке застосування у промисловості має азбест. Він входить до складу азбоцементних виробів, шиферу, труб, теплоізоляційних покриттів, будівельних матеріалів, а також використовується для виготовлення фільтрів і спеціального картону.
 
Азбестові фільтри хімічно стійкі і тому широко застосовуються у електрохімічній промисловості. У процесі збагачення азбестових руд у повітря викидається велика кількість азбестового пилу, концентрація якого значно перевищує норми. Тому для утилізації азбестового пилу корпуси збагачення мають спеціальні пристрої. Викладач може розповісти студентам, що широкого застосування в народному господарстві набули кремнійорганічні сполуки (органосилікати), які характеризуються підвищеною тепло- і морозостійкістю, високими електроізоляційними властивостями і підвищеною вологостійкістю. Завдяки комплексу важливих технічних властивостей виробництво кремнійорганічних сполук стало великотоннажним. Органосилікати під час термічної обробки перетворюються на кераміку, набувають захисних властивостей, стають жаростійкими. Різні марки органосилікатів відрізняються тепло-, морозо- і атмосферостійкістю, механічною міцністю, еластичністю.
 
Слід також розповісти, що труби зі сталі успішно замінюють скляними трубами зі спеціального скла, стійкого проти дії кислот і лугів, що відрізняється підвищеною механічною міцністю. Цими трубами користуються тисячі підприємств чорної і кольорової металургії, харчової, хімічної, нафтохімічної промисловості, молочні ферми тощо. По скляних трубах транспортуються кислоти, синтетичні миючі засоби, молоко, бактеріологічні препарати. Студентам буде цікаво знати, що створено чудовий матеріал — керамзит, який використовується для зовнішнього оформлення будинків. За своїми властивостями він не поступається мармуру і граніту. Одержують керамзит із відходів — шлаків, піску, склобою. Зі шлаку виробляють також новий синтетичний граніт — сигран. Плитки із сиграну випускає Калузький скляний завод. Основа плитки — доменний шлак, який розігрівають у печі за температури 1450–1500 °С. Далі формують плитки, охолоджуючи їх повітрям. У результаті одержують сигран, який на вигляд нагадує граніт і мармур. Він стійкий проти дії агресивних середовищ, дуже зносостійкий, тому його використання дає значний економічний ефект. Для студентів будуть цікавими дані про створення нового теплоізоляційного матеріалу з мінералу вермікуліту (мінерал із групи гідрослюд), який відрізняється великою вогнетривкістю. Під час обробки в печі з вермікуліту утворюється пухкий  матеріал, у 15–20 разів легший за вихідний продукт. Шар такого матеріалу завтовшки у 10 см зберігає тепло так само, як стіна з бетону або цегли завтовшки 0,8–1,0 м.
 
Викладач повинен коротко ознайомити студентів з виробництвом скла, кераміки, емалі, вогнетривких матеріалів. На заняттях, присвячених силіцію і виробництву будівельних матеріалів, викладач може використати мультимедійні презентації «Силіцій і його сполуки», «Скло і цемент», фільми «Цемент », «Кремній». Для перевірки знань студентів доцільно використати такі запитання та задачі:
  • Які засоби зниження собівартості цементу ви знаєте?
  • Що являє собою бетон і залізобетон?
  • Де застосовується бетон і залізобетон?
  • Де застосовуються вогнетривкі матеріали?
  • Які відходи використовують з метою зниження собівартості цементу?
  • Який економічний ефект від застосування скляних трубопроводів?
  • Що ви знаєте про нові матеріали: керамзит, сигран, теплоізоляційний матеріал з вермікуліту?
  • Задача 1. Кальцинована сода застосовується у виробництві скла. Яка маса кальцинованої соди потрібна для одержання скла масою 1 т, в якому масова частка натрій оксиду 17 %?
  • Задача 2. В одному із сортів скла, з якого виготовляють столовий посуд, масова частка силіцій(ІV) оксиду становить 75 %, кальцій оксиду — 9 %, натрій оксиду — 16 %. Яка кількість речовини силіцій(ІV) оксиду і натрій оксиду припадає на кальцій оксид в кількості речовини 1 моль у цьому склі?
Література
1. Гладюк М. М. Основи агрохімії: підручник для спеціалізованих класів агрохімічного профілю. 10–11 кл. — К. : Перун, 2003.
2. Данильченко В. Є. Як розв’язувати задачі з хімії. 8–11 класи. — Х. : Країна мрій, 2008. — 96 с.
3. Ісаєнко Ю. В., Гога С. Т. Практичний довідник з хімії. 9–11 кл. — Х. : Весна, 2008.
4. Каданер Л. І., Єрмоленко Г. М. Економічна освіта і виховання учнів при вивченні хімії: Посібник для вчителя. — К. : Рад. шк., 1990.
5. Слєта Л. О., Чорний А. В., Холін Ю. В. 1001 задача з хімії з відповідями, вказівками, розв’язками. 8–11 кл. — Х. : Ранок, 2005.
 

Сподобалась тема?
Бажаєте отримувати сучасні педагогічні матеріали вчасно та легко?

Найкращий спосіб бути поінформованим про освітні новини та мати завжди поряд актуальні та сучасні розробки уроків — передплатити журнал!

Інструкція, як оформити передплату на http://osnova.com.ua/help/8/

Dounload PDF

Відгуки читачів