“ KIM LOẠI TRONG ĐỜI SỐNG” – Tài liệu text
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.71 MB, 151 trang )
các ứng dụng trong đời sống như xây dựng, cơ khí, sản xuất, giao thông vận tải, thông
tin liên lạc, vật dụng trong gia đình, đồ trang sức… có thể nói trong mọi lĩnh vực của
đời sống đều có các sản phẩm ứng dụng của kim loại.
– Đối với môn hóa học: Cùng với việc nghiên cứu các yếu tố, cấu tạo, tính chất
của kim loại và bản chất các hiện tượng xảy ra với kim loại trong đời sống bằng các
phương trình phản ứng hóa học thì hóa học đã giúp chúng ta khai thác và sử dụng một
cách có hiệu quả nhất với rất nhiều ứng dụng như tạo ra nguồn điện hóa học, bảo vệ đồ
dùng bằng kim loại, tái sử dụng kim loại…
– Đối với môn công nghệ thì vật liệu cơ khí và công nghệ chế tạo phôi, công
nghệ cắt gọt kim loại và tự động hóa trong chế tạo cơ khí..
– Đối với môn giáo dục công dân thì việc khai thác kim loại đã ảnh hưởng tới
môi trường sống, đồng thời tốc độ phát triển hiện nay thì rác thải kim loại cũng đang là
vấn đề với các quốc gia trên thế giới. Như vây, khai thác và sử dụng kim loại phải hợp
lí. Bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường sống là trách nhiệm của quốc gia và
nâng cao ý thức của mỗi cá nhân học sinh thông qua việc học tâp.
2.3. Các nội dung kiến thức chính của chủ đề.
Nội dung kiến thức chính của chủ đề thuộc chương trình các môn học được dạy
học trong chương trình THPT là:
Bảng 2.1. Liệt kê các nội dung tích hợp của chủ đề
Môn học
Địa lí 10
vật lí 10
Tên bài học
Nội dung tích hợp
II. Công nghệ luyện kim
Bài 45: Địa
Công nghệ luyện kim gồm có hai ngành: Luyện kim đen (sản
lí các ngành
xuất ra gang thép) và luyện kim màu (sản xuất ra kim loại
công nghiệp
không có sắt).
Mục 6: Cấu tạo phận tử chất
Bài
44:
Chất được cấu tạo từ những phân tử (hoạc nguyên tử) chuyển
Thuyết động
động nhiệt không ngừng. Tùy thuộc vào khoảng cách của các
học phân tử.
phân tử, lực tương tác giữa các phân tử mạnh hay yếu mà vật
Cấu tạo chất.
chất tồn tại ở các thể rắn, lỏng hoặc khí.
Chất rắn có cấu trúc tinh thể được gọi là chất rắn kết tinh (hay
chất rắn tinh thể). Tùy theo cấu trúc tinh thể thì tính chất vật lí
cũng khác nhau.
Bài 50:
Một vật rắn được cấu tạo từ một tinh thể được gọi là vật rắn
Chất rắn
đơn tinh thể. Một vật rắn được cấu tạo từ nhiều tinh thể con gắn
kết hỗ độn với nhau được gọi là vật rắn đa tinh thể.
Mỗi hạt cấu tạo nên tinh thể không đứng yên mà luôn dao động
quanh một vị trí cân bằng xác định trong mạng tinh thể.
Bài 51: Biến – Bình thường vật rắn luôn giữ nguyên kích thước và hình dạng
dạng cơ của của nó. Nhưng khi vật rắn chịu tác dụng của ngoại lực đủ lớn
35
Vật lí 11
thì kích thước và hình dạng của nó bị thay đổi. Tùy theo tích
chất của từng biến dạng mà người ta chia ra thành các biến
dạng như: Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến dạng kéo,
vật rắn.
nén….
– Khi ngoại lực tác dụng lên vật rắn vượt quá một giớ hạn nào
đó, làm cho vật hư hỏng. Như vậy, các vật liệu đều có một giớ
hạn bền, nếu vượt quá giớ hạn này thì vật bị hư hỏng.
Khi nhiệt độ của vật rắn tăng lên thì nói chung kích thước của
vật rắn cũng tăng lên. Đó là sự nở vì nhiệt.
Đối với vật rắn người ta phân biệt sự nở dài và sự nở khối (còn
Bài 52: Sự gọi là sự nỏ thể tích).
nở vì nhiệt ∆l = αlo(t – to)
∆V = βlo(t – to)
của vật rắn.
– Vật rắn khi nở ra hay co lại đều tạo nên một lực khá lớn tác
dựng lên các vật khác tiếp xúc với nó. Vì vậy người ta phải chút
ý đến sự nở vì nhiệt trong kĩ thuật. Do đó, ngưới ta vừa ứng
dụng lại vừa phải đề phòng tác hại của nó.
Bài
19: Hiện tượng dương cực tan:
Dòng điện + Khi có hiện tượng cực dương tan, dòng điện trong chất điện
trong
chất phân tuân theo định luật ôm( Bình điện phân như một điện trở
điện phân. thuần).
Định
luật + Khi không có hiện tượng cực dương tan thì bình điện phân là
Fa-ra-dây.
1 máy thu điện, dòng điện qua bình thuân theo định luật ôm đối
với máy thu.
– Các định luật Fa-ra-đây
+ Định luật Fa-ra-đây thứ nhất: Khối lượng chất được giải
phóng ra ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện
lượng chạy qua bình đó.
m = kq = kIt
trong đó: k là đương lượng điện hóa của chất được giả phóng ở
điện cực.
+ Định luật Fa-ra-đây thứ hai: Đương lượng điện hóa k của một
nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam A/n của nguyên tố đó.
k = c.A/n với: 1/c = F ≈ 96 500 C/mol
Công thức Fa-ra-đây về điện phân:
I: là cường độ dòng điện không đổi chạy qua bình điện phân
(tính bằng A)
t: là thời gian dòng điện chạy qua bình (tính bằng s)
36
Hóa học
10
Bài 16: Liên
kết hóa học,
liên kết ion
Bài 20: Tinh
thể nguyên
tử, tinh thể
phân tử
m :là khối lượng của chất được giải phóng ra ở điện cực (tính
bằng gam)
A: là nguyên tứ mol( Khối lượng mol nguyên tử)
n: là hoá trị của chất giải phóng ra
– Ứng dụng:
+ Mạ điện: Để tăng vẻ đẹp và chống gỉ cho các đồ dùng thường
ngày bằng kim loại, người ta thường mạ lên chúng một lớp kim
loại trơ. Đối với các vật dụng lớn bằng thép thì người ta thường
mạ niken, còn đối với mĩ nghệ thường mạ vàng, bạc. Công
nghệ mạ thường dùng là công nghệ điện phân. Bể điện phân lúc
này được gọi là bể mạ có anot là kim loại dùng để mạ, catot là
vật cần mạ. Chất điện phân thường là dung dịch muối kim loại
để mạ, trong đó thêm một số chất phụ gia để làm cho lớp mạ
bám vào kim loại được chắc, bền và bóng đẹp. Dòng điện qua
bể mạ được chọn một cách thích hợp để đảm bảo chất lượng
lớp mạ. Khi mạ các vận dụng phức tạp, người ta còn phải quay
các vật trong lúc mạ để lớp mạ được đều. Lớp mạ thường mỏng
có độ dày 5.10-5 đến 1.10-3 cm.
+ Luyện nhôm: Công nghệ luyện nhôm chủ yếu dựa vào hiện
tượng điện phân quặng nhôm nóng chảy. Quặng nhôm phổ biến
là Bôxit giàu nhôm Ôxit Al2O3. Nhiệt độ nóng chảy của Al2O3
rất cao, tc = 20500 C. Người ta pha thêm vào quặng nhôm một
lượng cryolit Na3AlF6 để hạ nhiệt độ nóng chảy xuống còn
khoảng 9500C. Bể điện phân có điện cực bằng than, dòng điện
chạy qua khoảng 104 (A). Năng lượng điện tỏa ra trong bể điện
phân giữ cho hỗn hợp quặng luôn luôn nóng chảy. Công nghệ
luyện nhôm luôn tiêu thụ một lượng điện năng lớn nên giá
thành của nhôm cao, vào khoảng 2 dola một kilogam.
Mục III. Tinh thể và mạng ion
Tinh thể được cấu tạo từ những nguyên tử, hoạc ion, hoạc phân
tử. Các hạt này được sắp xếp đều đặn, tuần hoàn theo một trật
tự nhất định trong không gian tạo thành mạng tinh thể.
– Tinh thể tạo bởi các nguyên tử nằm ở các nút mạng. Lực
tương tác giữa các nguyên tử lớn nên nó rất bền vững nên các
tinh thể này có độ cứng lớn, nhiệt độ nóng chảy cao, nhiệt độ
sôi cao.
– Phân tử được tạo bởi hai nguyên tử, các phân tử nằm ở các
đỉnh của các nút mạng. Lực tương tác giữa các phân tử rất yếu
nên các chất có cấu tạo tinh thể phân tử thường mền, có nhiệt
37
độ nóng chảy thấp, dễ bay hơi.
– Liên kết kim loại là liên kết được hình thành giữa các nguyên
tử và ion kim loại trong mạng tinh thể do sự tham gia của các
electron tự do.
Bài 23: Liên
– Một số kiểu mạng tinh thể thường gặp: Lập phương tâm khối,
kết kim loại
lập phương tâm diện, lục phương.
– Trong tinh thể có những electron tự do di chuyển được trong
mạng tinh thể nên tinh thể kim loại có những tính chất: tính ánh
kim, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có tính dẻo.
Phản ứng oxy hóa khử là phản ứng thay đổi một số oxy hóa của
Bài
25:
một số nguyên tố.
Phản
ứng Một số phản ứng oxy hóa khử:
oxy hóa khử + Phản ứng giữa kim loại và dung dịch axit.
+ Phản ứng giữa kim loại và muối.
Hóa học Bài 19: Kim
-Vị trí của kim loại trong bảng hệ thống tuần hoàn hóa học.
12
loại và hợp
-Tính chất vật lí, tính chất hóa học của kim loại.
kim
Bài 20: Dãy – Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại
điện hóa của tạo nên cặp oxi hóa – khử.
– Pin điện hóa là nguồn điện một chiều được tạo ra từ năng
kim loại
lượng của phản ứng hóc học.
– Cách tạo ra phin điện hóa: Hai cốc thủy, một cốc chứa 50ml
dung dịch CuSO4 1M, cốc kia chứa 50ml dung dịch ZnSO 4 1M.
Nhúng 1 lá Cu vào dung dịch CuSO 4, 1 lá Zn vào dung dịch
ZnSO4. Nối hai dưng dịch bằng một ống hình chữ U đựng dung
dịch NH4NO3 ( hoạc KNO3). Ống này được gọi là cầu muối.
Thiết bị này được gọi là pin điện hóa, vì khi nối hai lá kim loại
bằng một dây dẫn sẽ đo được một dòng điện đi từ lá Cu (điện
cực +) đến lá Zn (điện cực -).
– Dãy hoạt động hóa học của kim loại là dãy kim loại được sắp
xếp theo chiều giảm dần ở mức độ hoạt động hóa học cuả
chúng.
– Những kim loại đứng trước Mg là những kim loại mạnh, tác
dụng với nước ở điểu kiện thường tạo thành kiềm và giải phóng
H2.
– Những kim loại đứng trước H 2 phản ứng với một số axit (HCl,
H2SO4…) giải phóng khí H2.
– Kim loại đứng trước ( trừ Na, K…) đẩy kim loại đứng sau ra
38
Bài 22:
Sự điên phân
Bài 23: Sự
ăn mòn kim
loại
Bài 24: Điểu
chế kim loại
Bài
12:
Giáo dục Chính sách
công dân tài nguyên
11
và bảo vệ
môi trường.
khỏi muối.
-Ý nghĩa của dãy điện hóa
+ So sánh tính oxi hóa – khử
+Xác định chiều phản ứng oxi hóa khử
+Xác định xuất điện động của pin điện hóa.
+ Xác định thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa – khử.
Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy ra ở bề mặt các điện
cực khi có dòng điện một chiều đi qua chất điện li nóng chảy
hoạc dung dịch chất điện li. Như vậy, sự điện phân là quá trình
sử dụng điện năng để tạo ra sự biến đổi hóa học.
+ Điện phân chất điện li nóng chảy
+ Điên phân dung dịch chất điện li trong nước.
Ứng dụng của hiện tượng điện phân: Điều chế kim loại, tinh
chế kim loại, mạ điện.
Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoạc hợp kim do tác
dụng của các chất trong môi trường. Hậu quả là kim loại bị oxi
hóa thành các ion dương bởi các quá trình hóa học học điện
hóa.
M
M+n +ne
Có rất nhiều phương pháp bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn. Phổ
biến hơn cả là bảo vệ bề mặt và bảo vệ điện hóa.
Bảo vệ bề mặt bằng cách phủ lên bề mặt kim loại một lớp sơn,
dầu mỡ, chất dẻo, hoạc tráng, mạ bằng một kim loại khác. Lớp
bảo vệ này phải bề vững với môi trường, có cấu tạo khít không
cho không khí hoạc nước thấm qua.
Bảo vệ điện hóa là dùng một kim loại làm “vật hi sinh” để bảo
vệ kim loại.
Nguyên tác điều chế kim loại: Chuyển những ion kim loại
thành kim loại bằng cách thực hiện quá trình khử ion.
M+n +ne
M
Tùy theo từng loại kim loại mà người ta có phương pháp điều
chế khác nhau. Có 3 phương pháp chủ yếu: Nhiệt luyện, điện
luyện và thủy luyện.
– Tình hình tài nguyên, môi trường nước ta hiện nay.
– Mục tiêu phương hướng cơ bản của chính sách tài nguyên và
bảo vệ môi trường.
– Trách nhiệm của công dân đối với chính sách tài nguyên và
bảo vệ môi trường.
2.4. Mục tiêu dạy học
2.4.1. Kiến thức
39
– Tìm kiếm được thông tin, xây dựng và thuyết trình về cấu tạo lớp vỏ trái đất,
sự phân bố kim loại ở lớp vỏ Trái đất; Sự phân bố, trữ lượng, chất lượng của một số
quặng kim loại phổ biến trên thế giới;
– Tìm hiểu được hoạt động khai thác khoáng sản, kể tên được một công ty khai
thác khoáng sản lớn ở Việt Nam.
– Mô tả được các ứng dụng của kim loại trong đời sống.
– Dựa trên những tính chất vật lí của kim loại, giải thích được vì sao kim loại lại
có những ứng dụng trong đời sống.
– Trình bày được các tính chất hoá học, viết được các phản ứng hóa học minh
họa cho tính chất của kim loại.
-Tìm hiểu được các biến dạng của vật rắn, từ đó biết được ý nghĩa của giới hạn
bền, sự nở vì nhiệt trong đời sống và kĩ thuật.
– Biết cách sắp xếp các cặp oxy hóa – khử để tạo thành dãy điện hoá của kim
loại và ý nghĩa của nó.
– Mô tả được hiện tượng ăn mòn kim loại và đưa ra được phương pháp bảo vệ
kim loại- Mạ điện bằng phương pháp điện phân.
– Nguyên tắc chung và các phương pháp của việc điều chế kim loại.
2.4.2. Kĩ năng
– Có kĩ năng thu thập và xử lí thông tin, thuyết trình thông tin, phản biện, làm
việc hợp tác nhóm..
– Vận dụng các kiến thức đã học giải các bài tập, giải thích được các hiện tượng
trong thực tế.
2.4.3. Thái độ
– Có thái độ tích cực, chủ động, nghiêm túc trong học tập, trong nghiên cứu,
trong hoạt động nhóm..
– Có ý thức vận dụng các biện pháp bảo vệ kim loại trong đời sống và kĩ thuật.
– Có ý thức bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường sống, sử dụng hợp lí các
nguồn tài nguyên, có ý thức tìm tòi, sáng tạo, tận dụng những nguyên liệu có sẵn.
2.4.4. Năng lực
– Hình thành được năng lực giải quyết vấn đề: đưa ra được các câu hỏi xung
quanh vấn đề cần nghiên cứu, lựa chọn được giải pháp giải quyết vấn đề…
– Hình thành được năng lực Hợp tác: cùng các thành viên trong nhóm lập được
kế hoạch hoạt động, đưa ra được sản phẩm của nhóm..
– Hình thành năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn: Vận dụng kiến thức đã
để giải thích các hiện tượng trong thực tiễn.
– Hình thành năng lực ICT: Biết thu thập thông tin trên các trang web và xây
40
dựng sản phẩm trình chiếu.
2.5. Thiết kế hoạt động dạy học tích hợp chủ đề “kim loại trong đời sống”
2.5.1. Thông tin trợ giúp giáo viên
SỰ PHÂN BỐ CỦA QUẶNG TRONG VỎ TRÁI ĐẤT
1. Một số khái niệm
Trong vỏ trái đất có nhiều khoáng vật và các loại đá khác nhau. Những tích tụ
tự nhiên các khoáng vật và đá có ích, được con người khai thác, sử dụng được gọi là
khoáng sản.
Trong lớp vỏ trái đất, các nguyên tố hóa học chiếm một tỉ lệ nhỏ và rất phân
tán. Khi chúng được tập trung với một tỉ lệ cao thì được gọi là quặng.
Kim loại là tên gọi chung cho các đơn chất có mặt sáng ánh, dẻo, hầu hết ở thể
rắn trong nhiệt độ thường, có tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao.
2. Kim loại trong vỏ trái đất
Lớp vỏ Trái Đất là lớp nằm ngoài cùng của Trái Đất, ở dạng rắn. Các thành
phần đá của lớp vỏ Trái Đất gần như tất cả là các ôxít. Các thành phần như clo, lưu
huỳnh và flo có tổng khối lượng thông thường đều nhỏ hơn 1%. F. W. Clarke đã tính
toán rằng gần 47% khối lượng lớp vỏ Trái Đất là ôxy. Nguyên tố này có mặt trong các
ôxít, chủ yếu là của silic, nhôm, sắt, canxi, magiê, kali, natri . Silicat là thành phần
quan trọng chính của lớp vỏ, có mặt trong các khoáng vật silicat, là khoáng vật phổ
biến nhất trong các loại đá macsma và đá biến chất. Cụ thể
Ôxit
%
SiO2
59,71
Al2O3
15,41
CaO
4,90
MgO
4,36
Na2O
3,55
FeO
3,52
K2O
2,80
Fe2O3
2,63
H2O
1,52
TiO2
0,60
P2O5
0,22
Tổng cộng
99,22
Tất cả các thành phần khác chỉ có rất ít và chúng chiếm không tới 1%.
Trong lớp vỏ Trái Đất, lượng kim loại nhỏ hơn phi kim, hầu hết các kim loại có
dạng hợp chất trong các khoáng sản, quặng.
Hình 2.2. Quặng Chì
Chỉ một số kim loại tồn tại ở dạng nguyên chất (kim loại quý)
như vàng, bạc, đồng, platin,.
Hình 2.3. Quặng vàng
41