МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Чернігівський державний педагогічний університет імені Т.Г.Шевченка
Хіміко-біологічний факультет
Кафедра хімії
Дипломна робота
(спеціальність 6.010103. Педагогіка і методика середньої освіти.
Хімія, біологія і основи екології)
ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ВИВЧЕННЯ ФАКУЛЬТАТИВНОГО КУРСУ „ОСНОВИ ХІМІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ”
ЧЕРЕВКО ІГОР АНАТОЛІЙОВИЧ
Науковий керівник:
к.т.н., доц. кафедри хімії
Замай Жанна Василівна
ЧЕРНІГІВ – 2007 р.
ЗМІСТ
ВСТУП
РОЗДІЛ 1 Загальна характеристика та екологічні особливості хімічних виробництв
1.1 Характеристика хімічних виробництв
1.1.1 Місце хімічної промисловості в промисловому комплексі України
1.1.2 Використання води та повітря в якості допоміжної сировини в хімічній промисловості
1.1.3 Характеристика мінеральної сировини хімічного виробництва
1.2 Екологічні наслідки хімічних виробництв
РОЗДІЛ 2.
Місце факультативу в шкільному курсі хімії
РОЗДІЛ 3 Розробка факультативного курсу „Основи хімічних виробництв”
3.1 Тематичне планування
3.2 Методичне забезпечення уроків екологічного спрямування факультативного курсу „Основи хімічних виробництв”
ВИСНОВКИ
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
ВСТУП
Актуальність
. Хімічна промисловість має дуже складну галузеву структуру, що охоплює близько 200 взаємопов'язаних виробництв з великою номенклатурою продукції. Ці виробництва об'єднані у три великі групи: неорганічна або основна хімія, хімія органічного синтезу та гірничо-хімічна промисловість.
Хімічна промисловість спричиняє значне забруднення навколишнього середовища. в атмосферу викидається значна кількість неочищених газових викидів, у водні системи спускаються стічні води, які містять шкідливі речовини, ґрунт забруднюється твердими відвалами виробництва. Все це має негативні наслідки для здоров`я населення та планети в цілому.
Необхідно змінювати й удосконалювати самі технологічні процеси для того, щоб комплексно і найбільше повно переробляти в процесі виробництва вихідні матеріали, скорочувати тим самим обсяг відходів, переводити їх у форми, найменш шкідливі для навколишнього середовища або такі, що легко піддаються вторинній переробці або спеціальному збереженню, тобто необхідно створювати маловідхідні і безвідхідні технологічні процеси. В даному випадку введення факультативного курсу досить актуальне.
Предмет
дослідження – методичне забезпечення факультативного курсу „Основи хімічних виробництв”.
Об`єкт
дослідження – навчально-виховний процес в 11 класі.
Метою
роботи є розробка методичного забезпечення факультативного курсу „Основи хімічних виробництв”.
Завдання
роботи:
1) Дати характеристику властивостям сировини, яку можна використовувати для хімічних виробництв;
2) Проаналізувати екологічні проблеми та вплив хімічної промисловості на навколишнє середовище;
3) Охарактеризувати місце та значення факультативу „Основи хімічних виробництв” в шкільному курсі хімії;
4) Розробити тематичне планування та методичні розробки уроків для факультативного курсу „Основи хімічних виробництв”.
Практичне значення теми: при більш поглибленому вивченні основних хімічних виробництв в учнів розвивається цікавість до предмету хімії, що сприяє розвитку творчого інтересу та екологічного мислення, сприяє залученню дітей до природоохоронної діяльності, а в майбутньому може заохотити до вибору професії хімічного спрямування.
РОЗДІЛ 1
. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТА ЕКОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ХІМІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ
1.1 Характеристика хімічних виробництв
1.1.1 Місце хімічної промисловості в промисловому комплексі України
Хімічна промисловість має дуже складну галузеву структуру, що охоплює близько 200 взаємопов'язаних виробництв з великою номенклатурою продукції. Ці виробництва об'єднані у три великі групи: неорганічна або основна хімія, хімія органічного синтезу та гірничо-хімічна промисловість.
Хімічна промисловість пов'язана з багатьма галузями. Вона комбінується з нафтопереробною, коксуванням вугілля, чорною та кольоровою металургією, лісовою промисловістю. Завдяки складній системі зв'язків утворюються певні поєднання виробництв, з яких формуються міжгалузеві комплекси. До таких комплексів належить і хіміко-лісовий. В одних випадках роль хімічної промисловості у цих комплексах провідна, в інших вона не має формуючого значення, лише доповнюючи усталену систему зв'язків. Проте загалом хімічну промисловість слід розглядати як головну галузь, що визначає склад і напрям розвитку комплексу. Здебільшого лісова промисловість розглядається у цьому комплексі як постачальник деревини для хімічної промисловості [18].
Технологія виробництва неорганічних речовин переважно виробляє напівфабрикати, що використовуються в інших галузях промисловості. Виняток становлять мінеральні добрива, які виробляє відповідна галузь.
Технологія виробництва органічних речовин включає виробництва вуглеводної сировини, органічних напівфабрикатів, синтетичних матеріалів. Основною сировиною для хімії органічного синтезу є вуглеводні нафти, природний та попутний газ. Використовуються також вуглеводневі сполуки, що одержуються з вугілля.
Гірничо-хімічна промисловість виробляє сировинну базу передусім для неорганічної хімії.
Хімічна промисловість значно поширена у розвинутих країнах. Лише у США виробляється понад чверть, а в шістьох найрозвинутіших країнах - понад 3/4 хімічної продукції світу.
Закономірність розвитку хімічної промисловості у США пояснюється наявністю на їх території значної кількості практично усіх видів хімічної сировини: нафти, газу, солей, фосфоритів тощо. Інші розвинуті країни значно залежать від імпорту хімічної сировини.
Розвинені країни мають потужну багатогалузеву хімічну промисловість. Навпаки, у невеликих країнах розвинута переважно одна галузь. Наприклад, у Швейцарії - фармацевтична, у Нідерландах - гумовотехнічна промисловість.
Основна хімія, як галузь, обіймає кислотну, содову промисловість та виробництво мінеральних добрив. Родовища природної сірки розташовані переважно в США, Канаді, Мексиці, Італії (пластмасові вироби), Запоріжжі (кремній-органічні сполуки, синтетичні смоли), Дніпродзержинську (полівініл, полістирол), а також Калуші, Одесі, Києві, Фастові, що виробляють хімічну продукцію і стали центрами переробки синтетичних смол на пластмасові, плівкові та інші вироби [18].
Промисловість хімічних волокон. Найбільші підприємства розміщені у Чернігові, Києві (Дарницький шовковий комбінат), Черкасах.
Хімічна промисловість використовує повітря і воду у величезних кількостях для різноманітніших цілей. Це пояснюється комплексом цінних властивостей повітря і води, їх доступністю і зручностями застосування. Повітря є всюди. Хімічні підприємства будуються біля водних джерел.
1.1.2 Використання води та повітря в якості допоміжної сировини в хімічній промисловості
1. Кисень (повітря) використовується під час горіння та інших окисних процесів.
Частка Оксигену на Землі ~ 50 %. Атмосферний кисень становить від загальної кількості Оксигену — 0,013 %, або 1 180 млн. т. До того ж його запаси постійно поновлюються: 1 га лісу виробляє 60 т кисню на рік).
Повітря. У хімічній промисловості повітря застосовують в основному як сировину або як реагент у технологічних процесах, а також для енергетичних цілей. Технологічне застосування повітря обумовлено хімічним складом атмосферного повітря; сухе, чисте повітря містить (об'ємна частка в %); N2
- 78,10; О2
- 20,93; Аг - 0,93; СО2
- 0,03 і незначні кількості Не, Ne, Кг, Хе, Н2
, СН4
, О3
, NO. Найчастіше використовують кисень повітря як окислювач: окисний випал сульфідних руд кольорових металів, сірковмісної сировини при одержанні діоксиду сульфуру в сульфур-кислотному, целюлозно-паперовому виробництвах; окислення амоніаку у виробництві нітратної кислоти; неповне окислювання вуглеводнів при одержанні спиртів, альдегідів, кислот і ін.
Кисень, виділений ректифікацією рідкого повітря, у великих кількостях витрачають для кисневої плавки металів, у доменному процесі і т.п.; при ректифікації одержують також азот і благородні гази, в основному аргон. Азот використовують як сировину у виробництві синтетичного амоніаку й інших азотовмісних речовин і як інертний газ [22].
Повітря, застосовуване як реагент, піддається в залежності від характеру виробництва очищенню від пилу, вологи і контактних отрут. Для цього повітря пропускають через промивні вежі з різними рідкими поглиначами (Н2
О, луги, етаноламіни й ін.), мокрі і сухі електрофільтри, апарати з вологопоглинальними сорбентами й ін.
Енергетичне застосування повітря пов'язане насамперед з використанням кисню як окиснювача для одержання теплової енергії при спалюванні різних палив. Повітря використовується також як холодоагент при охолодженні газів і рідин через теплообмінні поверхні холодильників або в апаратах прямого контакту (наприклад, охолодження води в градирнях), при грануляції розплавів деяких сполук (наприклад, аміачної селітри).
В інших випадках нагріте повітря використовується як теплоносій для нагрівання газів або рідин. У пневматичних барботажних змішувачах використовують стиснене повітря для перемішування рідин і пульпи (флотація), у форсунках - для розпилення рідин у реакторах і топках.
2. Вода використовується як розчинник, реагент і теплоносій. (Якщо всі запаси води (75 % поверхні Землі), а це І 386 млн. м3
рівномірно розподілити по всій земній кулі, то вона залишилася б під водою шаром 2 713 м. Проте прісна вода становить усього 2,5 %. В наш час проблеми водопостачання полягають у проблемі транспортування і збереження чистоти природної води [13].
Завдяки універсальним властивостям вода знаходить у народному господарстві різноманітне застосування як сировина, як хімічний реагент, як розчинник, тепло- і холодоносій. Наприклад, з води одержують водень різними способами, водяна пара застосовується в тепловій і атомній енергетиці; вода служить реагентом у виробництві мінеральних кислот, лугів і основ, у виробництві органічних продуктів - спиртів, оцтового альдегіду, фенолу й інших численних реакцій гідратації і гідролізу. Воду широко застосовують у промисловості як дешевий, доступний, невогненебезпечний розчинник твердих, рідких і газоподібних речовин (очищення газів, одержання розчинів і т.п. ). Винятково велику роль грає вода в текстильному виробництві: при одержанні різних волокон - натуральних, штучних і синтетичних, у процесах обробки і фарбування пряжі, суворих тканин і ін. Витрата води на 1 т віскозного волокна складає 2500 м3
.
Як теплоносій вода використовується в різних системах теплообміну - в екзотермічних і ендотермічних процесах. Теплота фазового переходу Р - Г води значно вище, ніж для інших речовин, унаслідок чого водяна пара, що конденсується, є самим розповсюдженим теплоносієм. Водяна пара і гаряча вода мають значні переваги перед іншими теплоносіями - високу теплоємність, простоту регулювання температури в залежності від тиску, високу термічну стійкість і ін., унаслідок чого є унікальним теплоносієм при високих температурах. Воду використовують також як холодоагент для відводу теплоти в екзотермічних реакціях, для охолодження атомних реакторів. З метою економії витрати води застосовують так називану оборотну воду, тобто використану і повернуту у виробничий цикл.
Природні води містять різні домішки мінерального й органічного походження. До мінеральних домішок відносяться гази N2
, O2
, CO2
H2
S, CH4
, NH3
; розчинені у воді солі, кислоти і основи знаходяться в основному в дисоційованому стані у вигляді катіонів і аніонів: Na+
, K+
, NH4+
, Ca2+
, Mg2+
, Fe2+
, Mn2+
, HCO3
-
, C1-
, SO4
2-
, HSіО3
-
, F-
, NO, СО3
2-
ін. До органічних домішок відносяться колоїдні частки білкових речовин і гумінових кислот. Склад і кількість домішок залежать головним чином від походження води. За походженням розрізняють атмосферну, поверхневі і підземні води.
Атмосферна вода - вода дощових і снігових опадів - характеризується невеликим вмістом домішок. У цій воді утримуються в основному розчинені гази і майже цілком відсутні розчинені солі [18].
Поверхневі води - води річкових, озерних і морських водойм - відрізняються різноманітним складом домішок - гази, солі, основи, кислоти. Найбільшим вмістом мінеральних домішок відрізняється морська вода (солевміст більш 10 г/кг).
Підземні води - води артезіанських шпар, колодязів, ключів, гейзерів - характеризуються різним складом розчинених солей, що залежить від складу і структури ґрунтів і гірських порід. У підземних водах звичайно відсутні домішки органічного походження.
Якість води визначається її фізичними і хімічними характеристиками, такими, як прозорість, колір, запах, температура, загальний солевміст, твердість, окислюваність і реакція води. Ці характеристики показують наявність або відсутність тих або інших домішок.
Загальний солевміст характеризує присутність у воді мінеральних і органічних домішок. Для більшості виробництв основним якісним показником служить твердість води, обумовлена присутністю у воді солей кальцію і магнію. Твердість виражається в мілімоль-еквівалентах іонів Са2+
або Mg2+
у 1 кг води, тобто за одиницю твердості приймають вміст 20,04 мг/кг іонів кальцію або 12,16 мг/кг іонів магнію. Розрізняють три види твердості: тимчасову, постійн і загальну.
Тимчасова (карбонатна, або переборна) твердість обумовлена присутністю у воді гідрокарбонатів кальцію і магнію, що при кип'ятінні води переходять у нерозчинні середні або основні солі і випадають у вигляді щільного осаду (шумовиння):
Са(НСО3
)2
= СаСО3
+ Н2
О + СО2
2Mg(НСО3
)2
= MgCO3
*Mg (ОН)2
+ 3СО2
+ Н2
О
Постійна (некарбонатна, або непереборна) твердість обумовлюється вмістом у воді всіх інших солей кальцію і магнію, що залишаються при кип'ятінні в розчиненому стані. Сума тимчасової і постійної твердості називається загальною твердістю. Прийнято наступну класифікацію природної води за значенням загальної твердості (hо
мг-екв/кг): hо
<1,5 - мала твердість, hо
= 1,5-3,0 - середня, hо
= 3,0:6,0 - підвищену, hо
= 6,0-12,0 - висока, hо
> 12,0 - дуже висока.
Окислюваність води характеризується наявністю у воді органічних домішок і виражається в міліграмах кисню, що витрачається на окислювання речовин, що міститься в 1 кг води.
Активна реакція води - її кислотність або лужність - характеризується концентрацією водневих іонів. Реакція природних вод близька до нейтрального; рН - водневий показник, коливається в межах 6,8-7,3.
Виробництва, в залежності від цільового призначення води, пред'являють строго визначені вимоги до її якості, до вмісту домішок в ній [18].
Шкідливість домішок залежить від їх хімічного стану або дисперсності, а також зв'язана зі специфікою виробництва, що використовує воду. Грубодисперсні, механічні суспензії засмічують трубопроводи й апарати, зменшуючи їх продуктивність, утворюють пробки, що можуть викликати аварію. Домішки, що знаходяться у вигляді колоїдних часток, засмічують діафрагми електролізерів, викликають піністисть води в апаратах, погіршують обробку тканин і т.п..
Величезну шкоду приносять розчинені у воді солі і гази, що викликають утворення шумовиння і поверхневе руйнування металів внаслідок корозії. У текстильній промисловості солі, розчинені у воді, приводять до великої перевитрати мила в процесах мийки і миловки внаслідок утворення кальцієвого і магнієвого мила, що не володіє миючою дією:
2R - COONa + Са (НСО3
)2
= (R - СОО)2
Са + 2NaHCO3
При мийці і миловці у твердій воді втрати мила досягають 8%. Нерозчинні, клейкі кальцієве і магнієве мила закріплюються на волокні і міцно утримують адсорбовані частки забруднень, що різко погіршує фарбування (нерівномірність фарбування і тьмяний тон), знижує міцність.
Хімічні і дифузійні процеси багатьох виробництв тісно пов'язані з активною реакцією води. До них відносяться виробництво цукру, паперу, текстильне виробництво й ін. Особливо чуттєві до рН води всі біохімічні процеси, наприклад шумування, одержання антибіотиків [3].
Природна вода, що надходить у виробництво, піддається очищенню різними методами в залежності від характеру домішок і вимог, пропонованих до води даним виробництвом.
Основними завданнями хімії в розв'язанні сировинної проблеми є:
1. Комплексне використання сировини.
2. Повторне використання речовин:
а) регенерація — відновлення попередніх властивостей технічних матеріалів (гуми, мастил, розчинників) після їх використання;
б) рециркуляція — багаторазове використання різних видів сировини;
в) скрап — вторинна металева сировина з металобрухту.
3. Застосування нових видів сировинних матеріалів, створення штучної сировини:
а) біометалургія;
б) виготовлення штучних алмазів.
4. Використання відходів як сировини.
З початку VIст. з надр Землі видобуто 60 млрд. т вугілля, 3 млрд. т залізної руди, 30 млрд. т міді, 30 тис. т золота. Щорічно у світі видобувають 20 млрд. т нафти, 2 млрд. т газу.
Кожні 11 років потреби в матеріалах на нашій планеті подвоюються. Проте сучасні доступні нам способи розробки верхнього шару земної кори використовують лише на глибину 1 км, рідко 2 км. Земна кора має глибину 16 км, хоч і становить тільки 1/418 частину загального об'єму земної кулі. Майже 98,6 % кори складають 8 елементів: Оксиген, Силіцій, Алюміній, Ферум, Кальцій, Калій, Натрій і Магній. На долю всіх інших елементів припадає всього 1,4 % маси. Кольорові та рідкоземельні метали містяться в кількості 0,01—0,001 %. Слід наголосити, що виробництва пов'язані з розсіяними хімічними елементами є складнішими і коштовними.
З іншого боку, елементи, що є в природі, якби інтенсивно не використовувалися їх сполуки не зникають, а лише утворюють інші сполуки. Так запаси хімічних елементів на Землі залишаються постійними, і зменшуються швидкими темпами не природні ресурси взагалі, а тільки та їх частина, котра вводиться в економічний обіг на сучасному етапі розвитку.
У Японії розроблено новий папір, який можна використовувати, стерши написаний текст. Папір покритий шаром речовини, напис з якого змивається або водою, або водяною парою[7].
Американські та норвезькі фірми пропонують використовувати кремнезем, що відкладається у лушпинні рисових зерен для отримання чистого силіцію, який використовують для виготовлення напівпровідників. Лушпиння рису, який щорічно отримують у США, становить 2 % світового врожаю, а це може дати 100 тис т чистого силіцію.
У попелі бурого вугілля, на якому працюють ТЕС, міститься від 2 до 5 % Феруму. У Німеччині з 500 тис т попелу отримують 22 тис т концентрату, який містить 60 % заліза.
Отже, нині гостро постала проблема переробки вторинної сировини. Ось деякі факти:
• 120—130 т консервних банок дає змогу добути 1 т олова, для добування якого потрібно 400 т руди.
• Переробка 20 т макулатури зберігає від вирубування 1 глісу.
• 31т побутових відходів можна добути: 50 л ацетону, горючі гази (СН4
, Н2
, CO), дьоготь, смолу, 160 л нафти, і ще 25 % побутових відходів використовують для виробництва добрив, 25 % для виробництва паперу.
• Світовий океан містить майже всі хімічні елементи періодичної системи. Хіміки ведуть пошук способів добування цінних елементів з морської води. Вважають, що їх понад 1 500 млрд. т, з них: натрію — 4 млн. т; магнію — 4 млн. т.; золота на одного мешканця планети — 1,5 кг.
З огляду на те, що масштаб виробництв в останні десятиліття значно зріс, а саме виробництво як у нашій країні, так і за її межами розвивалося за екстенсивною схемою, виникла серйозна проблема виснаження, природних джерел сировини. Уразі збереження нинішніх темпів споживання, нафта, газ, уран-235, легкі кольорові метали (крім алюмінію) можуть бути вичерпані до середини наступного сторіччя.
1.1.3 Характеристика мінеральної сировини хімічного виробництва
Будь-яке хімічне виробництво починається із сировини (схема 1), що за походженням може бути як мінеральною, рослинною так і тваринною. У хімічній промисловості найчастіше використовується мінеральна сировина, тобто природні мінерали, що добуваються з земних надр. Мінеральна сировина поділяється на рудну, нерудну і паливну.
Рудна сировина, чи руда, служить для одержання металів. Наприклад, руди заліза, мангану, титану складаються головним чином із сульфідів і оксидів відповідних металів.
Нерудна мінеральна сировина — це гірські мінерали чи породи, що є джерелом одержання неметалевих хімічних продуктів. Наприклад, апатит, фосфорит, гіпс, вапняк, лосняк (слюда), натрій хлорид тощо.
Паливна мінеральна сировина — копалини, що можуть застосовуватись як паливо (кам'яне itбуре вугілля, нафта, природний газ тощо). Цей вид сировини іноді називають органічним внаслідок органічного походження. В останні роки такі копалини щоразу частіше використовують не як паливо, а як сировину для хімічної промисловості [7].
Як основну особливість, що характеризує сировину, варто вказати на величезні масштаби її видобутку й переробки. У наш час у світі щорічно добувається і переробляється понад 100 млрд. т гірських порід. Але ж в якості сировини, що піддається хімічній переробці, використовуються не тільки гірські породи. Щоб уявити собі масштаб цього роду людської діяльності, досить найпростішого розрахунку: на кожну людину, включаючи дітей і старих, щодня припадає 100 кг добутих гірських порід.
Схема 1
Проблема сировини істотна тому, що самі природні копалини розподілені у світі дуже нерівномірно. Майже 95 % світових вугільних запасів зосереджені в надрах країн Північної півкулі, зокрема 63 % — в Азії, 26 % — у Північній Америці і близько 6 % — у Європі. Аналогічна чи ще контрастніша нерівномірність розподілу в літосфері характерна родовищам нафти й газу, фосфатів і бокситів тощо. Значна частина світових запасів багатьох найважливіших видів мінеральної сировини зосереджена в надрах країн, що розвиваються: нафта майже 90 %, природний газ — близько 70 %, боксити — 74 %, оливо — 87 %, кобальт — 90 %. мідь — понад 65 %, фосфорити — 75 %, нікель, сурма та апатити — 60 %.
Отже, в умовах щораз більшого дефіциту сировини необхідний пошук нових резервів. До них належать:
а) розробка нових джерел і методів добування сировини в літосфері, гідросфері та атмосфері;
б) розробка нових ефективних методів рециркуляції, тобто багаторазового використання металів та інших видів сировини;
в) розробка нових технологій, здатних працювати на сировині з меншими витратами ресурсів;
г) використання альтернативних матеріалів.
Невичерпними джерелами сировини є промислові й побутові відходи, так звана вторинна сировина. Досить сказати, що на відвалах і сховищах розміщується 1,6 * 1012
м3
гірських порід і відходів переробки корисних копалин, і на кожну людину на рік утворюється 400 кг побутових відходів. Метали як вторинну сировину (так званого скрапу) використовують уже тепер досить широко: біля половини світового виробництва сталі базується на скрапі. Він же покриває від 20 до 60 % потреб у найважливіших металах [18].
Інший шлях збільшення видобутку металевої сировини є гірничопромислові роботи під водою. З так званих розкиданих родовищ, що розташовані на глибині 130 м, можна добувати збагачені морські відкладення, у яких містяться коштовні важкі метали — олово, золото, платина, залізо, вольфрам, хром та ін. У морських відкладеннях і мулах Червоного моря, у японських та індонезійських водах, у червоних глинах океанських глибин, що зберігають найбільші кількості алюмінію на нашій планеті, і, можливо, навіть у підводних скелях сховані значні запаси різної металевої сировини. Зразки підводного ґрунту, що підіймаються з дна океану величиною з квасолю чи ріпу (так звані залізні й манганові тихоокеанські конкреції) містять близько 25 % мангану й заліза, а також нікель, мідь, кобальт і титан у концентраціях від 1,5 до 3,5 %. Загальні запаси таких конкрецій мають становити понад 1 500 млрдт., причому щорічно додатково це дасть 10 млн. т металів. Існує думка, що в цих невеликих зразках морської землі нікелю, мангану й кобальту міститься більше, ніж у всіх разом узятих відомих родовищах цих металів на суші.
У морських водах нашої планети розчинено 4,5 млрд. т урану, приблизно по 3 млрд. т мангану, ванадію й нікелю, 6 млрд. т золота (по 1,5 т на кожного мешканця Землі!). Концентрація окремих складових частин, щоправда, мінімальна, але якщо в майбутньому в промислових масштабах почнуть опріснювати морську воду, то залишки солей, збагачені в 3 — 4 рази, стануть придатною сировиною для одержання важких металів з води.
Що до мінеральної сировини, то вона, як правило, піддається попередній обробці, після якої властивості сполук задовольняли б вимоги відповідного технологічного процесу.
Така обробка складається із сукупності механічних, хімічних і фізико-хімічних операцій: здрібнювання, збагачення (флотація), зневоднювання, укрупнення. Флотація ґрунтується на різному змочуванні водою компонентів мінеральної сировини: корисних і порожньої породи. Наприклад, флотацією поліметалічних сульфідних руд одержують концентрати, відокремлюючи при цьому порожню породy [18].
Станом на січень 2006 р. мінерально-сировинна база України включає близько 20 010 родовищ, у яких знайдено біля 113 видів корисних копалин, з яких 7 829 родовищ мінеральної сировини мають промислове значення та враховуються Державним балансом України. У вартісному обчисленні розвідані протягом другої половини XXсторіччя запаси цих родовищ оцінюються в 7 — 7,5 трлн. дол. США. До промислового освоєння залучено від 40 до 75 % розвіданих запасів основних видів корисних копалин.
Запаси залізних руд становлять понад 14 % загальносвітових, манганових — понад 43 %. Україна посідає провідне місце із запасів титану, цирконію, урану, літію, графіту, каоліну, вогнетривких глин, сірки, калійних солей, декоративного каменю тощо. Україні належать і провідні позиції у світі з видобутку багатьох видів мінеральної сировини: вугілля, манганових і залізних руд, титану, графіту, каоліну тощо. Створений на основі сировинної бази мінерально-сировинний комплекс України є однією з найвагоміших складових національної економіки.
В Україні виробляється близько 5 % світового обсягу мінерально-сировинних ресурсів, а щороку гірничо-видобувна промисловість випускає продукції на 25-28 млрд. дол. США (у цінах світового ринку). В Україні вугілля видобувається у межах території вугільних басейнів — у Донбасі, Львівсько-Волинському басейні (кам'яне вугілля) й Дніпровському буро-вугільному басейні. На складний екологічний стан вугільних гірничо-видобувних регіонів впливає те, що кожна третя шахта експлуатується понад 50 років. Гірничо-видобувні роботи ведуться на глибинах до 1 400 м. Загальна площа вугільних басейнів становить близько 160 000 км2
(26 % території України), зокрема Донбас — 50 000 км2
при загальній площі гірничих виробок 13 000 км2
, яких у Донбасі — близько 12 000 км2
. На Україні найбільша смертність припадає на підприємства вугільної промисловості. На 1 млн. т видобутого вугілля припадає 4,4 загиблих шахтарі [7].
Видобуток залізних руд в Україні здійснюється на Криворізькому, Кременчуцькому та Білозірському родовищах; манганових руд — на Нікопольському родовищі. Державним балансом України враховано запаси нафти, газу й газового конденсату 323 родовищ. Основна їх кількість (191) зосереджена в Східному регіоні, 96 — у Західному, 36 — у Південному. Обсяг щорічного видобутку вуглеводнів за останні роки пересічно становив 4 млн. т нафти з конденсатом і 18 млрд. м3
газу, що дорівнює відповідно 10 і 20 % обсягів цих видів сировини, які щороку споживає країна.
Родовища самородної сірки в Україні розташовані в межах Львівщини, а також частково в Івано-Франківській області. Від початку 50-х років XXст. розроблялося Роздільське родовище, від 60-х — Подорожненське, а від 70-х років — Язівське та Немирівське родовища. Нині видобування сірки кар'єрним способом припинено через низку економічних та екологічних проблем. Розробляється тільки два родовища, до того ж використовують тільки метод підземного виплавлення.
У більшості регіонів України ресурси підземної гідросфери є важливим фактором стабілізації водно-екологічної ситуації. Прогнозні ресурси прісних підземних вод України становлять 61689,2 тис м3
/добу, з них 57 499,9 тис м3
/добу — з мінералізацією до 1.5 г/дм3
придатних для питного технічного водопостачання. Станом на січень 2007 року розвідано 373 родовища підземних вод, які містять 977 ділянок родовищ з експлуатаційними запасами, затвердженими ДКЗ СРСР, УТКЗ та ДКЗ України, у кількості 15 829,8 тис м3
/добу. На сьогодні мінеральні води в Україні розвідані із затвердженням запасів 152 ділянок родовищ. їх загальні експлуатаційні запаси становлять 64 865,7 м3
/добу. Родовища мінеральних вод є в усіх, крім Івано-Франківської та Сумської, областях, України.
Станом на січень 2007 року в Україні детально розвідано два родовища термальних вод (підземні води з температурою понад 200
С) — Берегівське в Закарпатській області та Новоселівське в АР Крим. Запаси термальних вод в Україні в Берегівському родовищі становлять 0,871тис м3
/добу.
1.2 Екологічні наслідки хімічних виробництв
Сьогодні Україна поступово розв'язує складні проблеми екологічної рекультивації більшості гірничо-видобувних районів, сформованих унаслідок попереднього екстенсивного розвитку промислових, галузей та ресурсомістких технологій. Екологічні проблеми, що зумовлені застарілими технологіями та критично зношеними основними фондами, полягають у нагромадженні величезних обсягів виробничих відходів, що перетворюються на техногенний ресурс, значних втратах мінеральної сировини (у надрах залишається до 70 % запасів нафти, до 50 % солей, до 28 % вугілля, до 25 % металів), великому антропогенному навантаженні на довкілля, порушенні стійкості геологічного середовища, гідрогеологічних та гідрологічних умов на тлі досить обмежених водних ресурсів.
Всі відомі технологічні процеси хімічного виробництва супроводжуються утворенням великої кількості відходів у вигляді шкідливих газів та пилу, шлаків, шламів, стічних вод, що містять різні хімічні компоненти, які забруднюють атмосферу, воду та поверхню землі.
Хімічна промисловість спричиняє значні забруднення метаном, амоніаком, пилом. Загальні обсяги промислових викидів у повітряний простір колосальні. Найбільш небезпечними забруднювачами атмосфери є кислотоутворюючі оксиди - нітрогену, сульфуру, а також вуглекислий газ, чадний газ, амоніак, фтор, хлор та промисловий пил. Їх надходження в повітря помітно змінило склад сучасної атмосфери порівняно з доіндустріальним періодом [18].
Основним джерелом забруднення атмосфери викидами металургійних заводів є коксохімічне, агломераційне, сталеплавильне та інші виробництва.
Коксохімічне виробництво забруднює атмосферу оксидом та диоксидом карбону, оксидом сульфуру. На 1 т перероблюваного вугілля виділяється близько 0,75 кг диоксиду сульфуру та по 0,03 кг різних вуглеводнів та амоніаку. Поблизу коксохімічних заводів середні рівні вмісту в повітрі диоксиду сульфуру складають від 0,05 до 0,2 мг/м3
.
Цехи сульфоочистки коксохімічних заводів звичайно обладнані електрофільтрами, через які в атмосферу потрапляють сірчаний газ, сірководень, диоксид нітрогену, аерозоль сульфатної кислоти. За даними, вміст гідрогенсульфуру у вихідних газах складає 0,14 мг/м3
, а діоксид нітрогену - 0,9 мг/м3
. Розрахунки показують, що на відстані 1 км від цеху сіркоочистки в повітрі може міститися до 0,2 мг/м3
сірчаного газу. Окрім газів, коксохімічне виробництво викидає в атмосферу велику кількість пилу. Наприклад, при виробництві коксу на 1 тонну переробленого вугілля виділяється близько 3 кг вугільного пилу. Велика кількість пилу виділяється при розвантаженні вугілля, в середньому 0,005% від маси розвантаженого вугілля.
Джерелами забруднення повітряного басейну на аглофабриках є агломераційні стрічки, барабанні та чашеві охолоджувачі агломерату, випалювальні печі, вузли пересилки, транспортування, сортування агломерату та інших компонентів, що входять до складу шихти. Кількість агломераційних газів - 2,5-4,0 тис. м3
на 1 тонну отримуваного агломерату з вмістом в них пилу від 5 до 10 г/м3
. До складу газів входять оксиди сірки та вуглецю, а пил містить залізо і його оксиди, а також оксиди марганцю, магнію, фосфору, кальцію, іноді частинки титану, міді, свинцю [13].
Оксид сірки (IV) SО2
утворюється як побічний продукт при металургійному виробництві та спалюванні кам'яного вугілля або нафти, що вміщують домішки сірки. Обсяги викидів оксиду сірки (IV) (SO2
) залишаються великими в промислово розвинених країнах, незважаючи на введення жорсткого державного контролю та економічних санкцій на наднормативні викиди окислів сірки.
Виробництво сталі супроводжується виділенням в атмосферу значної кількості газів та пилу. Виплавка однієї тонни сталі пов'язана з викидами в атмосферу 0,04 т твердих часток, 0,03 т оксиду сірки (IV), близько 0,05 т оксиду карбону. Пил містить сполуки марганцю, заліза, міді, цинку, кадмію, свинцю та інших сполук. При виплавці високо- та складнолегованих сталей в пил, крім оксидів заліза, потрапляють і діоксиди кремнію, сполуки сульфуру, фосфору, оксиди ванадію, сполуки хрому, нікелю, молібдену, селену, телуру та ін. Кількість газів, що утворюються, і вміст в них твердих часток залежить від способу виробництва сталі, використання кисневого дуття та інших факторів.
Забруднення навколишнього середовища навколо підприємств чорної металургії в залежності від переважного напряму вітрів відчувається в радіусі 20-50 км. На 1 км2
цієї території на добу випадає 5-15 кг пилу.
Навколо металургійних заводів формуються своєрідні техногенні області, в усіх поверхневих утвореннях яких (ґрунті, снігу, воді, рослинності) міститься широкий набір шкідливих речовин, включаючи такі надзвичайно небезпечні, як свинець та ртуть.
Чорна металургія є одним з найбільших споживачів води. Сучасний завод на виробництво 1 т сталі витрачає 180-200 м3
води. Незважаючи на те, що на металургійних заводах широко використовується оборотне водопостачання, кількість стічних вод дуже велика. Вони містять механічні домішки органічного походження, а також гідрооксиди металів, стійкі та легкі нафтопродукти, розчинені токсичні сполуки органічного та неорганічного походження. Стічні води мають приблизно однаковий якісний склад забруднення, однак концентрація забруднюючих речовин, як правило, змінюється в широкому діапазоні залежно від видів та особливостей технологічних процесів [22].
На коксохімічних заводах стічні води утворюються від хімічних цехів (фенольні стічні води) і від процесу гасіння коксу. Витрати свіжої води на одну тонну коксу складають 1,2-1,6 м3
(при використанні фенольної води для гасіння коксу). В процесі очистки коксового газу від сірководню миш'яко-содовим методом утворюється за годину 4-6 м3
стічних вод, в яких містяться феноли, аміак, сірководень, ціаніди, бензольні вуглеводи, що є канцерогенними речовинами.
Стічні води в процесі виробництва сталі утворюються при очистці газів мартенівських печей, конверторів, охолодженні та гідроочистці виливниць, пристроїв безперервного розливання сталі та обмивання котлів-утилізаторів. При киснево-конверторій виплавці сталі вміст завислих часток в стічній воді систем очистки газу досягає 7000 мг/л.
При скидах забруднених стічних вод металургійних підприємств у водоймищі збільшується кількість завислих часток, значна кількість яких опадає поблизу місця скиду, підвищується температура води, погіршується кисневий режим, від виносу з водою мастильних продуктів з прокатних цехів утворюється масляна плівка на поверхні водоймища. Потрапляння шкідливих речовин може призвести до загибелі водних організмів та порушення природних процесів самоочищення водоймищ. Шкідливий вплив на людей, тварин, макро- та мікроорганізми, рослинний світ мають багато металів, їх сполуки та інші неорганічні речовини, що містяться в стічних водах металургійних підприємств.
При технологічних процесах хімічної промисловості утворюється велика кількість твердих відходів, які складуються на великих площах та в більшості випадків шкідливо впливають на грунт, рослинність, водні джерела та повітряний басейн. Звалища твердих відходів займають зараз тисячі гектарів корисного ґрунту. В них накопичено близько 500 млн. т шлаків [22].
Шламопилові відходи утворюються практично на всіх стадіях виробництва. Зараз в нашій країні щорічно утворюється близько 80 млн. т доменних, сталеплавильних та феросплавних шлаків, а також 1 млн. т шламів, 110 тис. т пилу. Шлам містить велику кількість заліза (майже 50%).
При виробництві сталі шлаків утворюється в два рази менше, ніж в доменному виробництві. Їх вихід на рік складає 25 млн. т, з них 66,5% мартенівські шлаки, 30% - конверторні та 3,1% - електросталеплавильні. До 1975 р. основна маса шлаків (близько 87,6%) направлялася на звалища.
Доменні, феросплавні, мартенівські шлаки містять значні кількості сполук фосфору та оксиду кальцію, а також інші елементи, що використовуються як добрива в сільському господарстві.
Найбільшу небезпеку для ґрунтів становлять антропогенні забруднення. Найбільш токсичними для ґрунту (1 клас небезпечності) є свинець, ртуть, уран, торій, кадмій, берилій, хром, нікель та кобальт. Токсичні також германій, олово, вольфрам, молібден, літій, вісмут, марганець, мідь, миш'як, селен, алюміній. Більшість цих речовин концентрується в трофічних ланцюгах. Хоча самі по собі важкі метали не є ксенобіотиками, але в підвищених концентраціях вони завдають біологічної шкоди всім живим організмам.
РОЗДІЛ 2
. МІСЦЕ ФАКУЛЬТАТИВУ В ШКІЛЬНОМУ КУРСІ
ХІМІЇ
Перед факультативними курсами постає задача всіляко сприяти загальному навчанню школярів. Поряд з цим факультативні заняття повинні не тільки підтримувати і зміцнювати інтерес учнів до природи, але й орієнтувати їх на професії, пов'язані з її вивченням. Ці дві основні задачі не є ізольованими, вони тісно зв'язані між собою.
Серед загальноосвітніх задач, поставлених перед факультативами, особливе значення має виховання наукового, діалектико-матеріалістичного світогляду. Воно ведеться шляхом розширення і поглиблення загально-хімічних понять, залучення фактів з історії науки, що показують розвиток наукових проблем.
Оскільки загально-хімічні поняття можуть бути розкриті лише на спеціальному матеріалі, виникає задача — відібрати для вивчення відповідні питання [31].
Світоглядні і загально-хімічні ідеї звичайно тісної пов'язані з конкретним матеріалом, а він нерідко належить до різних областей науки, тому вирішити весь комплект загальноосвітніх задач, нехай обмежений одним поняттям, навряд чи можна в одному курсі, тим більше що цей комплекс не єдиний, оскільки, крім загально-хімічних понять, факультативний курс повинен містити визначені політехнічні і спеціальні відомості.
Виходячи з задач політехнічної підготовки, факультативні курси повинні бути побудовані так, щоб при вивченні їх школярі могли одержати визначену суму знань про наукові основи хімічних виробництв, включаючи відомості про основні стадії процесів, їх види, значення, негативний та позитивний їх вплив на навколишнє середовище.
Необхідно врахувати задачі гігієнічної пропаганди: вплив промислового та природного оточення на людину і на здоров'я людини, основні принципи очистки викидів.
Поглиблене вивчання хімії повинне не тільки збагачувати учнів новими знаннями, але і розвивати їх здібності, знайомити з методами наукового дослідження, привчати до самостійної роботи. Виходячи з цієї вимоги, перед факультативними курсами постає ряд задач, пов'язаних як зі стимуляцією загального розвитку учнів, так і з виробленням у них спеціальних навичок, необхідних для роботи в області мікробіології.
До спеціальних навичок варто віднести здатність орієнтуватися в хімічних реакціях, чітко фіксувати факти, складати і читати хімічні схеми, визначати види реакцій, користуватися хімічною символікою, мати елементарні навички хімічного експериментування. При складанні факультативних програм слід враховувати не тільки зміст предмета, але і види діяльності учнів.
Зміст програм усіх факультативних курсів з хімії дає можливість не тільки ознайомити учнів із проблемами хімічної науки, з її теоретичними узагальненнями, але і на матеріалі конкретних наук показати розвиток процесу наукового пізнання, дати поняття про сучасні методи дослідження.
Як показав досвід роботи шкіл, форми проведення факультативних занять можуть бути різноманітними. Це групи в школі, керовані викладачем відповідного предмета, ученим науково-дослідного інституту, міжшкільні факультативи, організовані при навчальних закладах, наукових установах чи однієї зі шкіл [15].
Створювати хімічні факультативи в кожній школі досить важко, якщо врахувати недолік кваліфікованих кадрів, труднощі з матеріальною базою, кількістю учнів, що бажають займатися факультативом даного профілю. У цих умовах спеціалізація шкіл на викладанні певних факультативів дасть можливість найбільше повно врахувати інтереси учнів усього району. Міжшкільні факультативи вже знайшли застосування в практиці роботи шкіл [27].
При виборі форм організації навчального процесу і методів роботи на факультативних заняттях необхідно враховувати зміст факультативного курсу, рівень розвитку і підготовленості учнів, інтерес учнів до визначених розділів предмета.
Одна з найголовніших вимог до методів, що застосовуються при викладанні факультативних курсів полягає в тому, щоб вони стимулювали активну роботу думки учнів, розвивали самостійність їхнього мислення, сприяли творчої різнобічної діяльності.
На факультативних заняттях можуть бути використані наступні методи навчання: лекції, бесіди, дискусії, самостійні роботи як практичного характеру, так і роботи з додатковою
Застосовуючи кожен з методів, можна одержати різні результати. Зупинимося на деяких методах, що найбільше часто застосовуються на факультативних заняттях хімічного профілю.
Лекції. На факультативних заняттях можна частину матеріалу викладати лекційно, особливо питання, що вимагають розкриття широких закономірностей явищ природи, а також матеріал узагальнюючого характеру. Лекція повинна бути побудована так, щоб викликати інтерес до її змісту, збудити творчу думку, привести до пошуків відповіді на багато питань. Такі знання діючі. Не можна перетворювати лекцію в зведення готових наукових істин, які можна тільки зрозуміти і запам'ятати без підкріплення їх загальними ідеями і без показу перспектив розвитку науки. Такі знання малоефективні у тому розумінні, що вони не ведуть до творчої діяльності і наукових пошуків, а отже, і не розвивають.
Відомий психолог Л. С. Виготський з цього приводу писав: «...тільки те навчання є гарним, котре забігає вперед розвитку», тобто стимулює перехід до наступного його етапу. Відсутність цієї важливої умови негативно позначається на формуванні особистості. Ця думка з усією визначеністю висловлюється в тій же роботі. Продовжимо цитату: «...навчання, що орієнтується на вже завершені цикли розвитку» виявляється бездіяльним з погляду загального розвитку дитини, воно не веде за собою процесу розвитку, а саме плететься в нього в хвості» [15].
Особливе значення для успішної роботи учнів на лекції має правильне вичленовування основних питань і активізація пізнавальної діяльності школярів. Завдання необхідно формулювати так, щоб воно було зрозумілим, цікавим і вимагало відомої напруги думки при рішенні. Завдання повинне бути посильним і в той же час не дуже легким. Те ж відноситься і до бесіди. Вона повинна базуватися на відомому матеріалі й одночасно з цим включати інформацію, що повідомляє нові факти.
Самостійна робота. При організації учнів для самостійної роботи можуть бути застосовані різні форми навчання: індивідуальні, групові, фронтальні. Фронтально розглянувши теоретичний матеріал і роз'яснивши суть самостійної роботи, вчитель організує робочі групи. Як правило, число робочих груп і завдання цим групам визначаються наявністю матеріалу й устаткування, інтересами учнів і рівнем їхньої самостійності. Різні групи одержують різні завдання. Тут зручно користатися письмовими інструкціями, що оформляються у вигляді інструктивної картки [15].
В умовах факультативних занять школярі виявляють підвищену цікавість до навчальної роботи, тому варто забезпечити роботою всіх учнів, особливе виконання експериментальної частини завдання всіма членами групи.
Самостійна робота на факультативних заняттях повинна займати більше місце, ніж на всіх інших навчальних заняттях, але і трохи відрізнятися від самостійної роботи з обов'язкового курсу середньої школи.
Самостійна робота учнів по факультативним курсам повинна в більшій мері носити пошуковий проблемний характер, що випливає з більш широкої установки факультативних занять на розвиток інтересів у здібностей учнів. Відомий радянський психолог С. Л. Рубінштейн [15], говорячи про формування розумових здібностей, указував, що простого повідомлення знань учням, пряме “научення” діям і тренування в їхньому виконанні впливають на розумовий розвиток дітей. «Але, крім прямого научення і тренування,— писав він,— існує й інший, звичайно, більш важкий, але і більш плідний шлях - шлях управління самостійною розумовою роботою учнів. На відміну від прямого научення, це шлях виховання, шлях власне розвитку самостійного мислення. Це і шлях формування розумових здібностей учнів». Ця ідея радянського психолога реалізується в принципі проблемного навчання.
Вивчення основ науки полягає не тільки в засвоєнні її змісту, але й в оволодінні її методами. В оволодінні методами науки головну роль відіграють практичні роботи. Ці роботи можуть передувати вивченню теоретичного матеріалу, збігатися з його вивченням і вивчатися після.
Найважливіше місце серед методів самостійної практичної роботи займають експерименти. Вони виконують подвійну функцію. З одного боку, як методи наукового дослідження, спостереження й експерименти є частиною змісту навчання; з іншого боку, у міру того як учні опановують ними, спостереження й експерименти стають методом, за допомогою якого учні можуть здобувати нові знання. Опановуючи цим методом самостійної роботи, школярі опановують логікою експериментального доказу і спростування, що в значній мірі сприяє їхньому розумовому розвитку [31].
У науковому експерименті, як відомо, виділяють чотири основних етапи: 1) розробка робочої гіпотези і способів її перевірки; 2) конструювання досліду; 3) практичне експериментування; 4) обробка результатів експерименту, висновки про правильність чи помилковості вихідної гіпотези.
Не завжди в навчальному процесі на матеріалі тих чи інших уроків можна вичленувати всі ці етапи. Між тим, з кожним з них учні повинні бути ознайомлені.
У факультативний курс можна ввести і такі задачі, що вимагають від школярів відтворення всіх етапів експерименту. Але було б неправильно ототожнювати вирішення експериментальної задачі з науковим дослідженням. Як і будь-яке педагогічне явище, воно повинне бути спрямоване на досягнення визначеного навчально-виховного ефекту. Отже, у навчальному досліді кожний з перерахованих етапів наукового експерименту може стати об'єктом самостійної діяльності школярів і формулюватися у вигляді відповідної навчальної задачі.
Задачу на формування гіпотези можна поставити в тому випадку, коли в розпорядженні учнів є необхідні знання чи матеріал спостереження, з якого можна вивести припущення.
У задачах на доказ як умову дається кінцевий висновок з досвіду, учнем же доручається запропонувати конструкцію досліду і, провівши його, довести правильність висновку. Основна мета задач цього типу — познайомити учнів із принципами конструювання досліду. Експериментальна частина може проводитися лабораторно учнями чи демонстраційно вчителем.
Рішення задач на доказ дозволяє з'ясувати наявність теоретичних знань в учнів і особливості їхнього конструктивного мислення.
Висновок з досліду може бути також запропонований учням як самостійну задачу. Учні при проведенні самостійних лабораторних робіт, демонстрацій дослідів, а також наукових експериментів, показаних в навчальних фільмах, спостерігають процеси і дають їм пояснення.
Для закріплення й обліку теоретичних і практичних знань можна застосовувати фронтальні й індивідуальні методи перевірки [29].
Один з найбільше широко застосовуваних на факультативних заняттях методів закріплення матеріалу — підсумкова узагальнююча бесіда. Ця бесіда звичайно проводиться у формі семінарського заняття. Для успішного проведення семінару необхідно на самому початку вивчення теми намітити ключові питання і на них акцентувати увага учнів, повідомити їм, якими методами буде вивчатися те чи інше питання теми, визначити тематику доповідей і співдоповідей, розподілити завдання, повідомити питання, що будуть обговорюватися на семінарі.
Крім тих методів опитування, що практикуються на основних предметах біологічного циклу, на факультативних заняттях можна застосовувати залікові заняття, що дозволяють забезпечити фронтальну перевірку всіх учнів факультативної групи. Ці заняття звичайно проводяться після вивчення чергової теми. Вони включають як теоретичні питання, так і практичні роботи.
Форми фронтальної перевірки можна змінювати. Вона може складатися з індивідуальної бесіди з кожним учнем, з виконанням контрольного завдання робочою групою з наступною бесідою вчителя з кожним її членом, можливі і такі форми, коли залікове завдання дається всій групі й оцінюється колективна робота.
В останньому випадку кожній робочій групі видається заліковий лист, у якому, містяться експериментальні задачі і теоретичні питання. Учні повинні самостійно відібрати необхідне устаткування для вирішення задачі, провести експериментальні і контрольні досліди, узагальнити результати і здати їх викладачу. У процесі відповідей проводиться бесіда і з теоретичних питань, зазначеним у завданні. За виконану роботу і позитивну відповідь у журнал виставляється залік.
Звичайно групи працюють з різною швидкістю, і, якщо одне з завдань буде виконано раніш терміну, учні будуть байдикувати. Щоб цього не сталося, крім обов'язкових завдань, у заліковий листок можуть бути включені завдання додаткові. Вони, як правило, містять матеріал, який відсутній у навчальному посібнику, але відомий школярам з лекції чи рекомендованих книг.
Така форма фронтальної перевірки дозволяє не тільки охопити практично всіх учнів, що займаються у факультативній групі, але й одержати ряд додаткових знань. Крім того, відкривається можливість перевірити самі завдання, внести в них необхідні корективи. Іноді це приходиться робити безпосередньо в ході заняття.
Після того як перевірені результати роботи всіх груп, доцільно розібрати помилки і ще раз зупинитися на незрозумілих питаннях.
Завдання-питання для перевірочних робіт зручно оформити у виді залікового листка. Один заліковий листок видається на групу учнів, що заповнюють його колективно.
Серед індивідуальних форм перевірки знань найбільш широке поширення одержують реферати і курсові завдання, виконувані окремими учнями чи групою. Звіти можуть бути використані для перевірки не тільки знань, але і для контролю над усією групою.
Ставити на обговорення доцільно курсові завдання не тільки в стадії завершення. Іноді корисно розібрати і попередні результати, з'ясувати, що не виходить, а іноді і поміняти тему. У ході бесіди вдається перевірити не тільки знання теоретичних питань курсу, але і конструктивні здатності учнів.
У [15] зазначено, що ці прийоми не вичерпують усіх методів перевірки засвоєння вивченого матеріалу, а лише доповнюють ті традиційні методи, що використовуються при вивченні основних курсів.
Система оцінок на факультативних заняттях повинна бути дуже гнучкої, що заохочує добре працюючих учнів.
РОЗДІЛ 3. РОЗРОБКА ФАКУЛЬТАТИВНОГО КУРСУ „ОСНОВИ ХІМІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ”
3.1 Тематичне планування
Проведення факультативного курсу „Основи хімічних виробництв” передбачено в 11-му класі загальноосвітньої школи. Програма курсу „Основи хімічних виробництв” розрахована на 15 занять (30 години). Передбачено виконання навчального плану за один навчальний рік.
Таблиця 3.1. Розподіл навчального матеріалу за темами
| № п/п | Тема заняття | Методи роботи на занятті | Кількість годин |
| 1 | Загальна характеристика хімічної промисловості України. Загальні уявлення про хімічні виробництва | Лекція, бесіда | 2 |
| 2 | Характеристика основних видів сировини хімічних виробництв | Лекція, демонстрація | 4 |
| 3 | Екологічні проблеми хімічних виробництв | Конференція, доповіді | 4 |
| 4 | Виробництво нітратної кислоти: характеристика процесів та апаратів | Лекція, доповіді | 2 |
| 5 | Виробництво сульфатної кислоти | Урок-гра | 2 |
| 6 | Промисловий синтез амоніаку | Урок-гра | 2 |
| 7 | Виробництво чавуну та сталі | Лекція, демонстрація | 4 |
| 8 | Виробництво паперу | Лекція, демонстрація | 2 |
| 9 | Виробництво мила | Лекція, демонстрація | 2 |
| 10 | Виробництво органічних сполук | Бесіда, повідомлення | 4 |
| 11 | Узагальнення знань з вивченого курсу | Залік | 2 |
3.2 Методичне забезпечення уроків екологічного спрямування факультативного курсу „Основи хімічних виробництв”
Мета спецкурсу: подвійна роль хімічних виробництв щодо навколишнього середовища, оптимізувати хімічні виробництва за екологічними параметрами.
Зміст спецкурсу: забруднювачі, види забруднень, способи знешкодження відходів, маловідхоне виробництво, безвідхоне виробництво.
Методи: частково-пошуковий.
Засоби: колективне обговорення щодо хімічних виробництв (дослідження щодо знешкодження шкідливих відходів), робота з науково-популярною літературою.
Тема: Екологічні проблеми хімічних виробництв (Урок № 3)
Мета: проаналізувати основні наслідки та проблеми хімічних виробництв, розглянути способи вирішення екологічних проблем.
Форма проведення: конференція науковців.
Девіз конференції: „Екологічно чисті виробництва природі та людині”.
Голова конференції (вчитель хімії). Шановні колеги, ми зібралися тут для обговорення важливих проблем, які спричиняє нашому довкіллю хімічна промисловість. До вашої уваги пропонуються доповіді провідних спеціалістів: екологів, хіміків-екологів, хіміків-аналітиків, екологічних експертів, які займалися дослідженням даної проблеми. Прошу спеціалістів по черзі до виступу.
Екологічний експерт з дослідження повітряного середовища. Хімічна промисловість причиняє забруднення атмосферного середовища, але атмосфера має одну особливість - це її здатність до самоочищення. Самоочищення атмосферного повітря відбувається внаслідок сухого та мокрого випадання домішок, абсорбції їх земною поверхнею, поглинання рослинами, переробки бактеріями, мікроорганізмами та іншими шляхами. Садіння дерев та кущів сприяє очищенню повітря від пилу, оксидів карбону, диоксидів сульфуру та інших речовин. Найкращі поглинальні властивості стосовно диоксиду сульфуру має тополя, липа, ясен. Одне доросле дерево липи може акумулювати протягом доби десятки кілограмів диоксиду сульфуру, перетворюючи його в нешкідливу речовину. Велика роль в очищенні атмосферного повітря належить ґрунтовим бактеріям та мікроорганізмам. При температурі 15-35 °С мікроорганізми переробляють на 1 м2
до 81 т на добу оксидів та диоксидів карбону. Однак, можливості природи щодо самоочищення мають обмеження, що слід враховувати при розробці нормативів ГДВ.
За несприятливих метеорологічних умов, коли викиди із забрудненнями можуть бути шкідливими для здоров'я населення, підприємства повинні знизити викиди шкідливих речовин за рахунок технічних засобів або повної (часткової) зупинки джерел забруднення.
Сучасні вимоги до якості та ступеня очищення викидів досить високі. Для їх дотримання необхідно використовувати технологічні процеси та обладнання, які знижують або повністю виключають викид шкідливих речовин в атмосферу, а також забезпечують нейтралізацію утворених шкідливих речовин; експлуатувати виробниче та енергетичне обладнання, котре виділяє мінімальну кількість шкідливих речовин; закрити невеликі котельні та підключити споживачів до ТЕЦ; застосовувати антитоксичні присадки, перевести теплоенергетичні установки з твердого палива на газ.
Способи очищення викидів в атмосферу від шкідливих речовин можна об'єднати в такі групи:
— очищення викидів від пилу та аерозолів шкідливих речовин;
— очищення викидів від газоподібних шкідливих речовин;
— зниження забруднення атмосфери вихлопними газами від двигунів внутрішнього згоряння транспортних засобів та стаціонарних установок;
— зниження забруднення атмосфери при транспортуванні, навантаженні і вивантаженні сипких вантажів.
Для очищення викидів від шкідливих речовин використовуються механічні, фізичні, хімічні, фізико-хімічні та комбіновані методи.
Механічні методи базуються на використанні сил ваги (гравітації), сил інерції, відцентрових сил, принципів сепарації, дифузії, захоплювання тощо.
Фізичні методи базуються на використанні електричних та електростатичних полів, охолодження, конденсації, кристалізації, поглинання.
У хімічних методах використовуються реакції окиснення, нейтралізації, відновлення, каталізації, термоокислення.
Фізико-хімічні методи базуються на принципах сорбції (абсорбції, адсорбції, хемосорбції), коагуляції та флотації.
Методи очищення викидів від газоподібних речовин за характером фізико-хімічних процесів з очищуваними середовищами поділяються таким чином:
— промивання викидів розчинниками, що не сполучаються із забруднювачами (метод абсорбції);
— промивання викидів розчинами, що вступають в хімічне з'єднання з забруднювачами (метод хемосорбції);
— поглинання газоподібних забруднювачів твердими активними речовинами (метод адсорбції);
— поглинання та використання каталізаторів;
— термічна обробка викидів;
— осаджування в електричних та магнітних полях;
— виморожування.
При виборі засобів очищення викидів в атмосферу слід керуватися такими рекомендаціями:
— сухі механічні способи та пристрої не ефективні при видаленні дрібнодисперсного та липкого пилу;
— мокрі методи не ефективні при очищенні викидів, в котрих містяться речовини, що погано злипаються і утворюють грудки;
— електроосаджувачі не ефективні у випадку видалення забруднень з малим питомим опором і котрі погано заряджаються електрикою;
— рукавні фільтри не ефективні для очищення викидів з липкими та зволоженими забрудненнями;
— мокрі скрубери не можна застосовувати для роботи поза приміщеннями в зимових умовах.
Голова конференції: вашій увазі пропонується доповідь щодо знешкодження рідких викидів.
Хімік-аналітик. Хімічна промисловість має негативний вплив і на водне середовище планети. Організаційні заходи зводяться до попередження скидання стічних вод у водойми без їх очищення. Технічні заходи передбачають очищення стічних вод різними методами, повторне використання стічних вод для технічних потреб та поливу, створення оборотних та замкнених систем водокористування, вдосконалення технологічних процесів на підприємствах у напрямку зменшення надходження забруднень у стоки, перехід на безвідходні технології, зменшення забруднення територій нафтопродуктами, котрі зі зливовими стоками можуть потрапляти до водойм.
Очищення стічних вод на підприємствах може здійснюватися за однією з таких схем:
— очищення стічних вод на заводських очисних спорудах;
— очищення стічних вод після їхнього забруднення на заводських, а потім на міських очисних спорудах з подальшим спуском у водойми;
— безперервне очищення промислових вод та розчинів на локальних очисних спорудах протягом певного часу, після чого вони передаються на регенерацію, після регенерації повертаються в оборот та лише після з'ясування неможливості регенерації усереднюються і передаються на заводські очисні споруди та утилізуються. Способи очищення забруднених промислових вод можна об'єднати в такі групи: механічні, фізичні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні, комплексні (рис. 1). (Демонструється за допомогою мультимедійної системи всім присутнім схема „Способи очищення стічних вод”).
Рис. 1. Основні способи очистки води
Після механічних, хімічних та фізико-хімічних методів очищення у стічних водах можуть знаходитись різноманітні віруси та бактерії (дизентерійні бактерії, холерний вібріон, збудники черевного тифу, вірус поліомієліту, вірус гепатиту, цитопатогенний вірус, аденовірус, віруси, що викликають захворювання очей). Тому з метою запобігання захворюванням стічні води перед повторним використанням для побутових потреб підлягають біологічному очищенню.
Стерилізація води здійснюється шляхом нагрівання, хлорування, озонування, обробки ультрафіолетовими променями, біообробки, електролізу срібла, коли анодом с срібний електрод, а катодом - вугілля. Іони срібла мають бактерицидну дію. Для стерилізації 20 м3
потрібно виділити з анода 1 г срібла.
Голова конференції: вашій увазі пропонується доповідь хіміка-еколога та технолога хімічного виробництва щодо утилізації твердих відходів.
Хімік-еколог. У хімічній промисловості і суміжних галузях утвориться велика кількість твердих відходів, що скорочують земельний фонд і отруюють ґрунт. Важливою умовою охорони ґрунту є суворе дотримання наукове обґрунтованих методик внесення добрив і обробки рослин ядохімікатами.
Одним із самих багатотоннажних відходів хімічної промисловості є піритний недогарок, що утвориться у виробництві сірчаної кислоти. На заводах накопичено близько 40 млн. т піритних недогарків, причому щорічно додається 7 млн. т. Недогарок складається з оксидів заліза, сульфатів і оксидів інших металів, кварцу, алюмосилікатів і неокисленого FeS2
. У недогарку утримується близько 58% Fe, до 2% Сu, невеликі кількості срібла, золота й інших цінних компонентів. Піритні недогарки можуть бути використані в цементній і скляній промисловості. Найбільш перспективна комплексна переробка недогарків з високим змістом Сu, Zn, Pb, Ag і S шляхом випалу, що хлорує, що дозволяє витягти і використовувати цінні компоненти цього відходу. Після витягу цінних металів хлорним випалюванням, недогарок являє собою сировину для одержання заліза. Як хлоруючий агента можна застосувати відходи виробництва соди - розчин хлориду кальцію. Недогарок змішують і гранулюють з цим розчином, і отримані гранули обпалюють при 1500 К. При цьому відбувається сублімація кольорових металів і утворення міцних гранул - сировина для доменного виробництва чавуна.
Значна кількість твердих відходів утвориться у виробництві калійних добрив із сильвініту (KCl+NaCl). На 1 т хлориду калію утвориться 1,8-2,6 т так званих галітових відходів - хлориду натрію з домішками КС1 і інших солей. Складування галітових відходів займає великі площі сільськогосподарських угідь і веде до засолення ґрунту, підвищенню вмісту мінеральних солей у підземних водах. Галітові відходи можна переробляти на поварену сіль.
У виробництві фосфорних добрив при збагаченні фосфорної сировини флотацією утворюється велика кількість хвостів збагачення - 1,7-2 т на 1 т фосфору. Комплексна переробка цих відходів необхідна з екологічної точки зору і з метою одержання кольорових і рідких металів (Al, Tі, V, Ga), а також цінних неметалічних продуктів - соди, поташу, цементу і т.д.
Інший із самих крупнотонажних відходів хімічної промисловості - це фосфогіпс, що скидається підприємствами, які виробляють фосфорну кислоту і фосфорні добрива.
Великі кількості твердих відходів скидають підприємства азотної промисловості, виробництва високополімерних матеріалів і багато інших хімічних виробництв. Відходи хімічної промисловості все в більшій ступені утилізують як вторинну сировину. Однак цілий ряд хімічних заводів, побудованих без обліку вимог екології, до переводу їх на замкнутий виробничий цикл ще тривалий час будуть нарощувати потужності і скидати вся зростаючу кількість твердих відходів. Необхідно в короткий термін цілком утилізувати відходи, доводячи їх до товарної продукції, або застосовуючи як вторинну сировину. Неутилізовані тверді відходи необхідно знешкоджувати і піддавати похованню. Орні і лісові ділянки ґрунту, зайняті раніше твердими промисловими відходами, варто піддавати рекультивації, тобто відновленню природних ландшафтів. Для збереження літосфери необхідно постійно робити рекультивацію земель навколо промислових підприємств, а також при розкритті земної поверхні з метою видобутку корисних копалин, при прокладці газо- і нафтопроводів і ін.
Технолог хімічного виробництва. Існують такі методи знешкодження і поховання твердих промислових відходів: 1) біологічне окислення в умовах, що моделюють природні; 2) термічна обробка; 3) складування відходів на поверхні землі і 4) поховання особливо шкідливих відходів на ділянках, що не мають господарського значення - яри, кар'єри, шурфи, траншеї, шпари.
Біологічне окислення застосовується для знешкодження твердих відходів, у тому числі осадів, що утворяться в системах біологічного очищення.
Термічна обробка - найбільш надійний спосіб знешкодження й утилізації твердих відходів. Спалювання здійснюють у високотемпературних хімічних реакторах - печах, що забезпечують: 1) ретельне перемішування для розвитку поверхні контакту фаз і для прискорення зовнішньої і внутрішньої дифузії кисню з метою максимального окислювання органічної частини відходів; 2) високу температуру, достатню для повного знешкодження токсичної частини відходів. Застосовуються найчастіше барабанні і камерні печі, але також циклонні і зі зваженим (киплячим) шаром твердого металу. Горіння твердої маси (у всіх типах печей) починається при 600о
С. Температуру в зоні горіння підтримують у межах 1100 - 1500 °С. Найбільше повно й інтенсивно відбувається спалювання в циклонних печах і печах зваженого шару завдяки енергійному перемішуванню твердого матеріалу з повітрям [9].
Досить перспективна термічна обробка твердих відходів методом піролізу; продукти піролізу можуть служити енергетичним паливом, а також сировиною для органічного синтезу. Піроліз проводять у вертикальних циліндричних печах (ретортних). Нагрівання забезпечують за допомогою електричної дуги, струмів високої частоти або застосуванням твердих теплоносіїв - розплавів солей, продуктів піролізу твердого палива (напівкокс) і ін. Піроліз ведуть при 300-900 °С в залежності від необхідного складу газоподібних продуктів. Склад газів залежить від складу відходів, що переробляються, і від вмісту кисню в зоні піролізу. Для попередження утворення сажі і токсичних продуктів у реакційну зону вводять водяну пару. Твердий залишок піролізу може бути утилізований, як наповнювач для пластичних мас і гум, як сорбент.
Тверді відходи переробляють також під високим тиском, під дією якого утворяться спресовані спечені матеріали, що може використовувати промисловість будівельних матеріалів; таким методом обробляють відходи деревини, відвали золи, відходи збагачення мінеральної сировини.
Поховання твердих промислових відходів у поверхневих сховищах - найбільш розповсюджений спосіб їх знешкодження. Такий спосіб приводить до відчуження великих ділянок землі, що могли б якісно використовуватися, і до забруднення поверхневих і підземних вод. Основний тип поверхневих сховищ - шламонакопичувачі, що будують за каскадним принципом. Шламохранилища включають чашу, береги, греблю і дренажну систему, що захищає ґрунти під спорудженням від фільтраційних деформацій і, що відводить зі сховища забруднені стоки для знешкодження.
Поховання промислових токсичних відходів на ділянках, що не мають господарського значення, проводять після їх стабілізації обробкою сполучними або цементуючими речовинами - рідким склом, цементними розчинами, бітумами. Отримані блоки закладають у кар'єри, шпари, шурфи й інші природні або штучні поглиблення в поверхневих шарах землі. Такий прийом застосовують для відходів, що містять сполуки ртуті, миш'яку, ціанідів, а також для слабко радіоактивних відходів.
Усі способи консервації і поховання твердих відходів аж ніяк не безпечні, ведуть до відчуження родючих земель і зв'язані зі значними витратами. Такі прийоми надалі недоцільні і повинні замінятися повною утилізацією твердих відходів, у першу чергу як вторинну сировину.
Одна з важливих екологічних проблем - видалення і використання твердих відходів великих промислових міст.
Підведення підсумків конференції.
Тема. Промисловий синтез амоніаку (Урок № 5)
Спочатку клас поділяється на чотири відділи (хімічний, технологічний, постачання і збуту, охорони праці і природи).
Мета: розглянути особливості хімічних реакцій, що лежать в основі виробництва аміаку, наукові принципи і оптимальні умови виробництва; розширити знання про швидкість хімічних реакцій і фактори, що впливають на неї; дістати уявлення про охорону довкілля у процесі виробництва амоніаку.
Форма проведення: семінар науковців.
Вчитель: Заслухаємо виступи директора заводу, головного інженера, історика.
Виступ директора заводу. Усім нам відомо, що Нітроген входить до складу білків завдяки яким відбуваються найважливіші процеси в організмах рослин, тварин і людей. Однак безпосередньо зв'язувати атмосферний азот не можуть ані тварини, ані рослини (виняток — бобові культури). Рослини отримують Нітроген із мінеральних та органічних добрив, а тварини — із рослинної їжі. Довгий час потреби сільськогосподарських рослин у зв'язаному азоті поповнювали за рахунок внесення в ґрунт чилійської селітри, запаси якої обмежені. Використання в сполук Нітрогену постійно збільшувалося, тому треба було знайти спосіб зв'язування азоту (який є в атмосфері у необмеженій кількості).
Промисловий синтез аміаку – це наочний приклад використання наукових досягнень У промисловому виробництві.
Виступ історика. У 1908 р. керівник інституту фізичної хімії й електрохімії в технічній вищій школі в Карлсрє доктор Габер запросив до співробітництва Карла Боша, який згодом очолив відділення добування нітрогену на аніліновій содовій фабриці Бадспа. Разом із доктором Митташем і інженером Лаппе вони протягом 909—1912 pp. провели в спеціально обладнаній лабораторії понад 10 000 дослідів з метою з'єднати азот повітря з воднем і присутності каталізатора. Внаслідок цієї реакції утвориться амоніак — вихідний продукт багатьох видів вибухових речовин і штучних добрив. Так було розроблено спосіб Габера — Бош аміачного синтезу. 28 травня 1916 р. почалося будівництво і виробництва аміаку. Через одинадцять місяців після початку будівництва, 27 квітня 1917р., підприємство відправило перші цистерни з аміаком — новою сировиною для смертоносної війни. В Україні перші азотні заводи були введені в експлуатацію в Дзержинську, Березниках, Новомосковську і Горлівці.
Виступ головного інженера. З виступу директора зрозуміло, що в промисловості аміак синтезують із простих речовин азоту і водню за реакцією: N2
+ 3Н2
↔2NH3
Із цього рівняння можна значити, за яких умов відбувається синтез. Але для виробництва цього замало, тому що аміак треба добути найекономнішим способом. Тому я ставлю перед відділами основні завдання, за якими відбуватиметься дискусія:
1.
Завдання для хімічного відділу.
Охарактеризуйте хімічну реакцію синтезу аміаку. Вкажіть оптимальні умови проведення процесу.
2.
Завдання для технологічного відділу.
Назвіть найважливіші апарати для промислового добування аміаку і поясніть призначення кожного з них.
3.
Завдання для відділу постачання і збуту.
Укажіть сировину, яку використовують для добування аміаку. Перелічіть галузі застосування аміаку.
4.
Завдання для відділу охорони праці і природи.
Перелічіть заходи охорони довкілля (насамперед повітря) під час виробництва аміаку. Яку допомогу треба надати у разі отруєння аміаком?
Кожна група (відділ) одержує відповідне завдання і відповідає на поставлені запитання, використовуючи підручник і додаткові інформаційні картки. На роботу групам виділяється 10 хвилин. Потім пропонується обговорити проблеми у формі дискусії. Для цього кожна група виділяє представника (можна кількох) для доповіді за поставленим завданням. Представники інших груп (відділів) ставлять запитання.
Лікар-токсиколог. Ознаки отруєння аміаком і правила надання першої медичної допомоги полягають в наступному:
1. Легкий ступінь отруєння: роздратування слизової оболонки ока, ураження верхніх дихальних шляхів (чхання).
2. Середній ступінь отруєння: головний біль, загальна слабкість, нудота, блювота.
3. Важкий ступінь отруєння: порушення дихання, діяльності серцево-судинної системи, клінічна смерть.
Перша медична допомога
1. Доступ до свіжого повітря.
2. Спокій, зігрівання тіла.
3. У разі потрапляння на шкіру і слизову оболонку —промивання 2-відсотковим розчином борної кислоти, при болях в очах закапати 1-відсотковим розчином новокаїну.
4. При утрудненому диханні закапати в ніс 4—5 крапель розчину ефедрину, 2 мл 2-відсоткового розчину папаверину.
5. Дати випити мінеральної води чи теплого молока.
6. Відправити в лікарню.
Підсумки роботи
Відповіді оцінюють директор і головний інженер під керівництвом учителя. Директор оцінює роботу кожного відділу, лідер групи оцінює участь кожного члена групи. Директор і головний інженер повинні прокоментувати роботу кожного відділу, підсумкову оцінку виставить учитель після перевірки самостійної роботи.
Тема: Виробництво сульфатної кислоти (Урок № 4)
Мета: розширити уявлення учнів про загальні принципи хімічного виробництва; ознайомити з виробництвом сульфатної кислоти контактним способом, з хімізмом процесу й умовами їхнього перебігу; поглибити знання про фактори, що впливають на швидкість хімічних реакцій; пояснити роботу апаратів: циклону, електрофільтра, контактного апарату; розглянути перспективи розвитку виробництва сульфатної кислоти в Україні, роль науки в ньому; ознайомити учнів з професіями лаборанта-аналітіка, технолога-еколога, апаратника; повторити розв'язання задач виробничого змісту.
Форма проведення: комбінований, урок-гра.
Обладнання і матеріали: плакати «Виробництво сульфатної кислоти», «Корисні копалини», «Застосування сульфатної кислоти»; колекція «Мінерали», модель хімічного апарата для виробництва сульфатної кислоти.
Хід заняття
І. Підготовний етап (проектування).
Урок-гра передбачає підготовчий етап залучення учнів до планування передбачуваної діяльності через попередню роботу. За два тижні до початку уроку клас поділяється за бажанням учнів і з урахуванням рівнів навчальних досягнень на 5 груп: «хіміко-технологічний відділ» заводу з виробництва сульфатної кислоти, «адміністрацію заводу», «хіміків-теоретиків», «екологів» і «робітників різних цехів». Кожній групі пропонують запитання для підготовки до дискусії.
Для представників "хіміко-технологічного відділу”
— Яке обладнання має ваш завод?
— Яка будова контактного апарата, електрофільтру, циклону, теплообмінника, сушильної башти?
— Як ви, розв'язуєте питання з розробки технології безвідходного виробництва та комплексного використання сировини?
Для представників адміністрації
— Як ведеться підготовка кадрів?
— Як розробляються економічні зв'язки з постачальниками сировини?
— Як організовано збут готової продукції?
— Як виконуються вимоги з охорони праці?
Для «хіміків-теоретиків» Запропоновано задачі виробничого змісту.
Для„екологів”
— Які шкідливі речовини при виробництві сульфатної кислоти потрапляють у навколишнє середовище?
— Які способи ви можете запропонувати для очищення повітря від сірчистого газу?
— Які захворювання виникають у людини, діяльність якої пов'язана з виробництвом сульфатної кислоти?
Для «робітників заводу»
— Які умови праці на вашому робочому місці?
— Чи задоволені ви заробітною платою?
— Як організовано дозвілля на вашому виробництві?
Під час підготовки до уроку було залучено батьків, чиї спеціальності пов'язані з проблемами, що розглядаються. Кожна група учнів ознайомилася з розв'язанням поставлених перед ними задач в умовах конкретних виробництв.
ІІ. Етап орієнтації
Учитель починає урок словами російського хіміка Д. Менделєєва: «Едва найдетея другое, искусственно добываемое вещество, столь часто применяемое в технике, как серная кислота. Где нет заводов для се добивання — немислимо выгодное производство многих других веществ, имеющих важное техническое знамение».
Сьогодні на занятті ми розглянемо виробництво сульфатної кислоти в сучасних умовах контактним способом. (Проведемо це у формі ділової гри).
Для залучення учнів до контролювання ходу навчальної діяльності кожній груш пропонують заповнити картку взаємооцінювання.
Кожний з критеріїв оцінюється 0, 1, 2 балами. Максимальна кількість балів — 12.
ІІІ Етап виконання
Ділова гра починається нарадою, яку проводить «директор заводу. Слово надають «хімікам-технологам» з виробництва cульфатної кислоти, які розповідають про технологію, ознайомлюють з будовою технічних агрегатів тими змінами, що їх можна внести у виробництво, використовуючи останні досягнення науки.
«Хіміки-теоретики» ознайомлюють із трьома стадіями виробництва сульфатної кислоти і розрахунками щодо переваг тієї сировини, що містить більшу масову частку сірки.
«Екологи» порушують питання охорони навколишнього середовища.
«Лаборанти-аналітики» повідомляють про великий відсоток викидів сірчистого газу в атмосферу, їм запропоновано разом з технологом» заводу вжити за ходів із захисту навколишнього середовища.
Представники «цеху очисти повідомляють про те, що вода після циркуляції містить механічні домішки і рН розчину дорівнює 2.
«Хіміки-теоретики» і «екологи пропонують свої варіанти розв`язання цієї проблеми.
«Директор» заводу підбиває підсумки роботи виробництва в мовах, що склалися.
Після закінчення наради «директор» зустрівся з робітниками для обговорення умов їхньої праці.
ІV.Підбиття підсумків
Слово надають одному з «хіміків-технологів»; який повідомляє про основні наукові принципи хімічнихвиробництв.
1. Вибір і підготовка сировини продуктивність реакторів, якість і вартість готового продукту залежить від якості сировини і її собівартості, комплексного використання сировини, а також від діодів виробництва). :
2. Безперервність виробництва (основні стадії виробництва Н2
SO4
).
3. Оптимальні умови виробництва (підбір каталізаторів, тиску, температури, принцип протитоку, здійснення теплообміну).
4. Механізація й автоматизація виробництва.
5. Охорона навколишнього середовища (проблеми шлаків, попелу, димових труб, установлення очисних споруд).
V. Етап усвідомлення ситуації досягнення мети
Учитель коментує результати взаємооцінювання груп, висловлює своє ставлення до діяльності учнівта її результатів.
ВИСНОВКИ
1. Аналіз літературних джерел показав, що введення в школі факультативного курсу „Основи хімічних виробництв” для учнів 11 класу загальноосвітньої школи є доцільним і раціональним.
2. Розроблено тематичний план проведення факультативних занять „Основи хімічних виробництв”.
3. Розроблено плани конспекти факультативних занять з тем „Промисловий синтез амоніаку”, „Виробництво сульфатної кислоти” з використанням уроку-гри та проведення конференції з використанням мультимедійних систем на тему „Екологічні проблеми хімічних виробництв”.
4. Залучення дітей до занять факультативу сприятиме розвитку творчого інтересу учнів, створює умови для більш повного вивчення основних масштабних виробництв хімічної промисловості, знання наслідків екологічного впливу від хімічних виробництв на природу та людину сприяє екологічному вихованню учнів.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Антропогенные проблеми экологии./ А.И.Коблева. - Днепропетровск: Проминь, 1997. - 144 с.
2. Алексеев С.В., Беккер А.М. Из опыта проведения факультативов по экологическому образованию школьников.// Химия в школе. – 1991. - № 5. – С. 46 – 47.
3. Афонин В.Г. Сырьевая база черной металлургии УССР. - К.: Техника, 1974. - 152 с.
4. Барко В.І. Задачі виробничого змісту у викладанні хімії. — К.: Рад. школа, 1989. – 125 с.
5. Бигеев А.М. Металлургия стали. - Челябинск: Металлургия, 1980. - 437 с.
6. Білан Н. Хімія і охорона природи: Факультативне заняття (ділова гра). // Хімія. Біологія. – 2005. - № 9. – С. 17 – 22.
7. Білявський Г.О., Фурудуй Р.С Основи екологічних знань. — К.: Либідь, 1995. – 392 с.
8. Борнацкий И.И. Производство стали. - М.: Металлургия, 1991. - 386 с.
9. Борнацкий И.И. Теория металлургических процессов. - К.: Техника, 1978. - 430 с.
10. Буринська Н.М., Величко Н.П. Хімія. Підручник для 11-го класу. - К.: Либідь, 2000. – 256 с.
11. Бусев А.И., Ефимов И.П. Словарь химических терминов. - М.: Просвещение, 1971. - 207 с.
12. Вольфсон Г.Е., Панкин В.П. Производство алюминия и его сплавов: Справочник / Под ред. Л.М.Элькинзе. - М.: Металлургия, 1983. - 620 с.
13. Воскобейников В.Г., Кудрин В.А., Якушев В.А. Общая металлургия. - М.: Металлургия, 1979. - 488 с.
14. Гин А.А. Прийомы педагогической техники. — Луганск: Учебная книга, 2003. – 205 с.
15. Дьякович С.В. Методика факультативных занятий по химии. – М.: просвещение, 1985. – 175 с.
16. Калужский Н.А., Тайн А.Ю. Отечественная металлургия от первых шагов до промышленного производства. - М.: Металлургия, 1991. - 326 с.
17. Кирюшкін Д.М. Методика викладання хімії. – К.: Вища школа, 1974. – 300 с.
18. Клименко Л.П. Техноекологія. – Одеса – Сімферополь, 2000. – 542 с.
19. Климко Т.Г. Промышленный синтез аммиака. Урок-деовая игра в 10 класе.// Химия и Биология.— 2002. — № 64 - 65. — С. 7 - 9.
20. Кузнєцов Н.Е., Шаталов М.Л. Проблемно - интегративный подход и методика его реализации в обучении химии.// Химия в школе, 1999. — № 3. — С. 25 — 35.
21. Лактионова О.Д. Занимательная химия: [Программа спецкурса]. // Химия. – 2000. - № 25. – С. 7.
22. Мухленов И.М., Табоцева В.Д., Горштейн А.Е. Основы химических технологий. - М.: Просвещение, 1964. - 632 с.
23. Назаренко Н.Г., Ельчаникова Н.Ф. Факультативное занятие: Идентификация органических соединений. // Химия в школе. – 2001. - № 2. – С. 79 – 81.
24. Пак М.С. Роль и место познавательных знаний в формирования мотивации учения.// Xимия в школе. — 1999. — № 2. С. 15 — 20.
25. Титова И.М. Развитие мотивации изучения химии.// Химия в школе. — 1999. — № 10. – С. 10 — 16.
26. Радецкий А.М. Практические работы по внекласных заняттях (Заняття факультатива). // Химия в школе. – 2004. - № 5. – С. 65 – 68.
27. Факультативне заняття. Поглиблене вивчення хімії.// Туринська Н.М. Методика викладання хімії. – К.: Вища школа, 1987. – С. 186 – 191.
28. Факультативный курс «Химия и промышленногсть»: [Программа для 10 класса]. // Химия в школе. – 1983. - № 4. – С. 47 – 48.
29. Ясинська А. Вивчення спецкурсу „Хімія і природа” в спеціалізованих класах. // Біологія і хімія в школі. – 1999. - № 6. – С. 33 – 36.
30. Экология города: Учебник. – К.: Либра, 2000. – 464 с.
31. Эпштейн Д.А. и др. Факультативные занятия по химии. // Общая методика обучения химии: Учебно-воспитательные вопросы. / Под ред. Л.А. Цветкова. – Гл. ІХ. – С. 202 – 217.