Использование элементов экономических знаний при изучении производства серной кислоты

ВВЕДЕНИЕ

Предметная область «Химия» была и остается одной из базовых областей основного общего и среднего (полного) общего образования. Ее роль в системе школьного образования обусловлена значением соответствующей науки в познании природы и развитии производительных сил общества. Основной целью общего среднего образования является усвоение некоторого минимального объема химических знаний, формирование в сознании школьников «химической картины мира», что обеспечивает выработку реалистического взгляда на вещественный мир, научное мировоззрение, культуру мышления и поведения.

ГЛАВА 1 ОСОБЕННОСТИ ОБУЧЕНИЯ ХИМИИ В КЛАССАХ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО И СОЦИАЛЬНО-ГУМАНИТАРНОГО ПРОФИЛЕЙ

Школа обязана дать выпускнику твердое владение минимумом химических знаний, необходимых для повседневной жизни и деятельности во всех областях народного хозяйства, культуры, науки, в том числе не связанных с химией непосредственно. Химия является одной из областей естествознания. Она изучает процессы превращения, состав, строение, свойства и практическое использование веществ. Без химических знаний невозможно представить научную картину мира, так как окружающий мир - это прежде всего мир веществ, превращения которых составляют основу многих природных явлений.

Разнообразные химические процессы лежат в основе многочисленных производств. Продукты химии используются во всех отраслях промышленного и сельскохозяйственного производства, техники, находят широкое применение в быту. Из сказанного следует, что химия, как и другие естественные науки, не только изучает природу, но и вооружает человека знаниями для практической деятельности. Поэтому химию должны изучать все без исключения учащиеся.

Концепция школьного химического образования основывается на ведущих принципах государственной политики в области образования: дифференциации, демократизации, гуманизации образования, свободного развития личности.

Реализация принципов дифференциации и демократизации в школьном химическом образовании предполагает возможность выбора учащимися профиля обучения, а вместе с ним и уровня теоретической и практической подготовки по химии. Дифференциация содержания, организационных форм, методов обучения в зависимости от познавательных потребностей, интересов и способностей учащихся важна на всех этапах школы, но особенно актуальна она на старшей ступени школьного образования. Именно поэтому сейчас и ставится задача введения в старших классах профильного обучения, ориентированного на удовлетворение познавательных запросов, интересов, развитие способностей и склонностей каждого школьника.

Профильное обучение - средство дифференциации обучения, когда за счет целенаправленных изменений в структуре, содержании и организации образовательного процесса создаются условия для эффективной реализации индивидуализации обучения, более полно учитываются интересы, склонности и способности учащихся, открываются принципиально новые возможности для образования старшеклассников в соответствии с их профессиональными интересами и намерениями в отношении продолжения образования и выбора жизненного пути.

Одним из основных нормативных документов является Базисный учебный план (БУП) общеобразовательных учреждений Российской Федерации. БУП как нормативный документ фиксирует федеральный уровень содержания школьного образования, обязательный для всех видов общеобразовательных учреждений одной и той же ступени, и одновременно закрепляет возможности школы в реализации собственной образовательной программы.

Базисный учебный план старшей ступени школы должен предоставлять возможность построения комбинаций различных учебных курсов, которые в целом и обеспечат гибкую систему профильного обучения. Эта система включает в себя курсы следующих типов: базовые общеобразовательные, профильные общеобразовательные, элективные курсы.

Профильные общеобразовательные курсы - курсы повышенного уровня, определяющие направленность, специализацию каждого конкретного профиля обучения. В социально-экономическом профиле профильными учебными предметами являются - экономика, право, обществознание, география, история. В социально-гуманитарном профиле - это русский язык, литература, история, обществознание (с выделением в самостоятельные предметы экономики и права) и мировая художественная культура. Профильные курсы и по объему, и по глубине изучения материала занимают как бы промежуточное место между базовыми и углубленными курсами. Если углубленные курсы предназначены для школьников, имеющих повышенные способности к какой-либо области научного знания, то профильные курсы - это курсы для обычных школьников, проявляющих интерес к данному учебному предмету и намерения работать в будущем в этой области профессиональной деятельности человека.

Задачи профильных курсов во многом определяются основным мотивом учащихся, поступающих в профильную школу, - подготовка к поступлению в вуз, получение высшего профессионального образования. По данным социологических опросов 95-96% школьников именно в этом видят смысл обучения в 10-11 классах. На это нельзя «закрывать глаза» - ведь, если профильное обучение в школе вводится ради удовлетворения интересов и потребностей учащихся, то и содержание обучения в ней надо строить, исходя из этих интересов.

Базовые общеобразовательные курсы - курсы обязательные для изучения школьниками во всех профилях обучения. Их основное назначение в том, чтобы продолжить общеобразовательную, общекультурную составляющие школьного образования. Состав базовых общеобразовательных курсов, обеспечивающих минимальный уровень общего образования для каждого старшеклассника, должен отражать общепризнанные взгляды на цели, задачи, функции общего образования.

Средняя (полная) школа, где в наибольшей мере реализуется идея дифференциации школьного образования (10 - 11 классы), предоставляет учащимся право выбора направления общеобразовательной подготовки по химии. В зависимости от профиля школы изучение химии на этой ступени может строится по-разному. В одном случае химическое содержание может быть представлено в составе интегрированного курса, в других - изучение химии может быть продолжено в качестве самостоятельных систематических курсов различного теоретического уровня. Тем самым выбор направления обучения обуславливает для учащихся и соответствующий уровень образовательной подготовки по химии.

Так, химическое образование в школах (или классах) гуманитарного профиля может быть реализовано следующим образом. Общеобразовательный курс химии для гуманитарных школ (5 - 11 классы) должен обеспечить освоение всеми учащимися необходимого минимума химических знаний в таком объеме, чтобы выпускник 11-го класса был в состоянии ориентироваться в общественно значимых проблемах, связанных с химией, и понимать химическую сущность ряда важнейших технологических процессов.

Содержание этого курса химии составляют наиболее общие понятия химии, учение об атомах и молекулах, ионах (с элементарными представлениями об электронном строении атомов для объяснения понятий иона, валентности элементов), периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева. На основе закономерностей, отраженных в периодической системе, учащиеся знакомятся со свойствами важнейших представителей металлов и неметаллов, химических соединений, их практическим значением, дают краткую характеристику строения и особенностей органических соединений. Учащиеся получают представления об общих принципах химического производства, особенностях химических реакций, лежащих в основе тех или иных производств, знакомятся с применением отдельных веществ и химических реакций в соответствующих отраслях промышленности.

Курс химии для школ гуманитарного профиля должен быть в значительной мере культурологическим, раскрывающим роль химии как элемента культуры в жизни людей.

Для профильных классов (школ) гуманитарной специализации: социально-экономического и социально-гуманитарного профиля предлагается ввести интегрированный курс «Естествознание», в котором интегрируются знания по физике, химии, биологии, астрономии, экологии. В этом курсе необходимая степень интеграции основана, прежде всего, на универсальности метода научного познания, присущего всем естественным наукам. Важно отметить, что химия в школах гуманитарного профиля (10 - 11 классы) может рассматриваться как элективный (по выбору) учебный предмет лишь при условии, что в них преподают интегрированный курс «Естествознание», включающий необходимые элементы химических знаний.

На старшей ступени школы приоритетной задачей становится социальное, гражданское и профессиональное самоопределение молодежи и подготовка выпускников школы к продолжению образования в учреждениях профессионального образования. Молодые люди гораздо лучше осваивают содержание образование, если оно преподнесено «… в форме, имеющей прямое отношение к их личному опыту, … их собственным нуждам, к их познавательным и профессиональным интересам» (А.М. Новиков Российское образование в новой эпохе). Поэтому подходы к построению содержания образования на старшей ступени школы должны быть дифференцированы. Для профильных курсов должна быть сохранена предметная структура, для базовых - может рассматриваться целесообразность построения интегрированных курсов.

Как показывает исследование, проведенное нами в профильных классах (социально-экономического и социально-гуманитарного профиля) учащиеся не заинтересованы в изучении химии, так как эта дисциплина не лежит в области их интересов. Но из вышеизложенного видно, что учебная дисциплина «Химия» входит в состав базисного учебного компонента и является обязательной для изучения во всех образовательных учреждениях различных профилей и необходимость обеспечения учащимся минимума химических знаний в соответствии требованиями государственного образовательного стандарта. Таким образом, с одной стороны мы имеем профессионально ориентированные интересы или склонности учащихся к изучению экономики и права, а с другой необходимость обеспечить учащимся минимальный уровень знаний в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта. Это противоречие необходимо решать через интеграцию знаний профильных предметов (в данном случае экономики) и базового курса «химии» (который изучается либо в составе интегрированного курса «Естествознание», либо как самостоятельный предмет). Т.е. мы должны привлекать (использовать) познавательные или профессиональные интересы учащихся для изучения Химии, в качестве мотивационного фактора. Можно использовать следующие дидактико-методические средства:

1. Введение экономических понятий в курс химии. Содержание экономических понятий раскрывается на химическом материале.

2. Решение химических задач, вопросов с межпредметным (технолого-экономическим) содержанием, при изучении тем связанных с химическим производством.

3. Моделирование деловых ситуативных игр. В процессе обучения в форме игровых ситуаций на практике моделируется экономическая деятельность (деловые игры, ролевые игры и т.д.), что существенно повышает интерес к предмету, возрастает мотивация.

Перечисленные дидактико-методические средства проиллюстрируем на конкретных примерах. 1. Для того чтобы выделить ряд экономических понятий, которые возможно включать в курс химии при изучении той или иной темы, были проанализированы учебные программы и учебники по химии и экономике. В результате анализа были выявлены следующие экономические понятия: экономическая эффективность, себестоимость, экономия сырья, которые можно расширить при изучении тем «Предельные углеводороды», «Спирты»; сырье, комплексное использование сырья, оптимальные условия производства, продукция - эти экономические понятия наполнить химическим содержанием можно при изучении любой темы, связанной с химическим производством. Рассмотрим формирование интегрированного понятия «себестоимость» в курсе химии рассмотрим на примере темы «Получение поливинилхлорида (ПВХ)». В химической промышленности в большинстве случаев себестоимость продукции определяет сырьевой фактор. Прежде всего, учащиеся дают определение понятию «сырье». «Сырьё - природные материалы (природные ресурсы), используемые в промышленности для получения различных продуктов и не прошедшие промышленной переработки». При формировании понятия «сырье» учащиеся раскрывают следующие понятия, отраженные в таблице 1 (на примере конкретной темы).

Таблица 1 - Химическая и экономическая составляющая понятия «сырье»

Основной критерий выбора сырья - его экономическая эффективность.

Исходным сырьем для получения поливинилхлорида служит винилхлорид, который можно получить: а) из этилена и б) ацетилена. Учащиеся оценивают экономическую эффективность сырья (этилена и ацетилена) для получения винилхлорида.

Этилен: Источником для получения этилена для промышленных нужд являются газы, образующиеся при переработке (крекинге) нефти, в которых он содержится в значительных количествах (27%).

При содержании в природном газе более 3 % из него экономически целесообразно получать этилен путем дегидрирования.

Ацетилен: Получают следующими способами:

1. Прямой синтез веществ (в электрической дуге, при t = 1000єС). В настоящее время этот метод не применяется из-за высоких затрат.

2. Карбидный способ:

Сначала получают карбид кальция в электрических печах при очень высоких температурах = 1400єС. Это установки, рабочие места, отходы в виде гидроксида кальция.

3. Действие высоких температур на метан (t = 1400єС), метан из природного газа. Себестоимость ацетилена, полученного из природного газа, почти в 2 раза ниже, чем себестоимость ацетилена из карбида кальция.

Таким образом, экономически более выгодно получать винилхлорид из ацетилена, полученного из природного газа путем действия высоких температур на метан. В таблице 2 представлены способы получения винилхлорида (сырья для ПВХ) из этилена и ацетилена.

Вывод: получение поливинилхлорида будет экономически более эффективно, если сырье для полимера (винилхлорид) получать, исходя из ацетилена, полученного из природного газа: действием высоких температур на метан.

2. Под задачами с межпредметным содержанием мы понимаем задачи, вопросы, при решении которых учащиеся привлекают знания из химии и экономики. Примеры задач с межпредметным (технолого-экономическим) содержанием можно рассмотреть при изучении любой темы курса органической химии, связанной с химическим производством. Например, учащиеся «гуманитарного» профиля с большим интересом занимаются поиском ответов на следующее задание:

Объясните слова Д.И. Менделеева: «Нефть не топливо - топить можно и ассигнациями (деньгами)». «Нефть - продукт природы редкий, ей должно дать совершенно иное применение, чем для топлива». В связи с чем Д.И. Менделеев высказал эти мысли?

Также находят ответы и на следующие задачи и вопросы межпредметного содержания: 1. Перечислите природные источники углеводородов. Какое значение и применение находят в современном экономическом производстве попутные и природные нефтяные газы?

Таблица 2 - Получение винилхлорида из этилена и ацетилена

2. Получите ацетальдегид тремя различными способами. Сравните экономическую эффективность, указанных способов, исходя из стоимости сырья.

3. На какие основные стадии разделяется производственный процесс получения уксусной кислоты из карбида кальция? Какие аппараты для этого существуют? В каких из них осуществляются: а) каталитические процессы; б) окислительные процессы; в) гидратация; г) принцип противотока; д) принцип прямотока; е) циркуляционные процессы.

4. Что понимают под безотходной технологической системой? Перечислите основные направления, в которых развивается безотходное производство.

5. Переход к безотходным технологиям переработки нефти осуществляется двумя основными путями:

а) увеличение полноты использования сырья (при внедрении комбинированных технологических установок больших единичных мощностей);

б) замена водяного охлаждения на нефтеперерабатывающих заводах на воздушное. Приведите примеры, раскройте пути перехода к безотходным технологиям.

6. Предложите оптимальную (безотходную) схему синтеза винилхлорида, исходя из этилена.

3. Следующее дидактико-методическое средство - моделирование деловых ситуативных игр. Разработана деловая игра «Целлюлозно-бумажное производство в Нижегородской области», которая может быть проведена как с целью усвоения химических, экономических и интегрированных понятий. В ходе этой игры смоделирована ситуация «совещания при директоре». Решается вопрос разработки оптимальных условий производства бумаги и сбыта продукции на комбинате. Выступают с докладами и принимают участие в обсуждении производственных вопросов: «Отдел снабжения», «Технический отдел», «Лаборатория», «Экономический отдел», директор, эколог.

Вопрос: За счет чего будет достигаться снижение себестоимости выпускаемой бумаги?

Экономист: Основные факторы, за счет которых удается снизить себестоимость выпускаемой продукции, следующие:

1) Сырьевой фактор: лес поступает из ближайших к нашей области лесных массивов. В основном сырье поставляется самым дешевым видом транспорта - железнодорожным.

2) Снижение процентного содержания целлюлозы в композиции бумаги, что позволяет значительно снизить себестоимость выпускаемой газетной бумаги, от которой особой прочности не требуется, а печатные свойства получаются хорошие.

3) Для сокращения потерь волокна со сточными водами, устанавливают специальные ловушки, через которые пропускают все отходящие воды.

Также в ходе игры решаются экологические вопросы: Главный инженер: Для целлюлозно-бумажного производства особенно актуален вопрос охраны окружающей среды. Работа нашего предприятия связана с большими затратами воды и электроэнергии. На каждой стадии производства возможно загрязнение окружающей среды. Каков объем выбросов предприятия и как обеспечивается очистка сточных вод и отходящих газов с предприятия?

Эколог: Для изготовления 1 т газетной бумаги необходимо 150 м³ воды. В среднем в сутки на предприятии производится 1500 т. газетной бумаги. В целях предотвращения сброса загрязненных вод в водоемы и экономии воды необходимо создавать замкнутые водооборотные системы.

Деловые игры вырабатывают у учащихся навыки совместной деятельности, правила поведения в ходе дискуссии.

ГЛАВА 2 ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ У VIII КЛАССОВ

В VII классе в процессе осуществления экономического образования учащихся полученные знания, полученные ими при изучении курсов природоведения, ботанике, зоологии, география и физики.

Подсчитано, что внесение 1 т минеральных удобрений (стоимость их 40-70 р.) на 1 га дает от 1 до 15 т различной дополнительной продукции: хлопка, зерна, овощей, фруктов. Причем прибыль исчисляется 77-180 р.

Рассказывая о веществах, отмечают, что химическая промышленность выпускает вещества с определенными свойствами, которые нужны в сельском хозяйстве (ядохимикаты, пластмассы, каучук, химические волокна и т. п.). Подчеркиваем, что стоимость одной теплицы, построенной из пластмассы, в 4-5 раз дешевле стоимости теплиц, сооруженных из обычных строительных материалов. Демонстрируют учащимся коллекции минеральных удобрений, ядохимикатов, изделий из пластмасс, каучука, химических волокон, применяемых в сельском хозяйстве.

При изучении кислорода акцентируем внимание школьников на широком применении его в промышленности. Сообщаем, что большое количество кислорода идет на производство химических средств защиты растении, которые способствуют повышению урожая сельскохозяйственных культур.

Рассматривая применение воздуха, учитель приводит доступные учащимся сведения об использовании основных компонентов воздуха (например, азота) в народном хозяйстве.

Элементы экономических знаний формируются также у учеников при изучении водорода и воды. Учитель сообщает школьникам, что водород в настоящее время относится к важнейшим видам химического сырья. Ученикам предлагается самостоятельно по учебнику ознакомиться с использованием водорода в различных отраслях народного хозяйства. Затем рассказываем им об экономической выгоде производства водорода из природного газа (по сравнению с получением его из воды). Учащиеся получают задание самостоятельно составить уравнение реакции получения водорода из воды. При изучении воды сообщают учащимся, что получение различных кислот (фосфорной, серной, азотной), щелочей и на их основе минеральных удобрений невозможно без воды. Кроме того большое количество воды используется для полива сельскохозяйственных культур. Так, установлено, что наиболее высокие урожаи хлопка (по 40-50 ц/га) можно получить при 8 поливах, что составляет 3200-3800 м³ воды на 1 га. Высокие урожаи приносят и большие прибыли.

Демонстрируют учащимся табл. 1, показывающую расходы воды и эффективность числа поливов на урожаи хлопка.

Можно составить также таблицы о расходе воды и эффективности влияния поливов на урожай других культур (злаков, картофеля, капусты и т. п.). На основе первоначальных представлений об экономической эффективности химизации сельскохозяйственного производства, полученных учащимися в VII классе, в следующем, VIII классе расширяются и углубляются знания школьников по данному вопросу, используя курс экономической географии России.

При изучении темы «Расчеты по химическим формулам и уравнениям» учащиеся узнают, что практически не удается полностью превратить исходные вещества в нужные продукты. На примере производственного объединения «Навоазот» ученикам сообщается, что на нем достигнуты хорошие результаты по снижению потерь перерабатываемых химических продуктов.

Школьникам предлагается провести расчеты для определения содержания питательных элементов в минеральных удобрениях. При этом учащиеся убеждаются в экономической выгоде использования минеральных удобрений с большим содержанием питательных элементов. При изложении учебного материала об изотопах отмечаем, что некоторые из них повышают урожай сельскохозяйственных культур и продуктивность животноводства. Приводим данные о том, что облучение семян хлопка изотопами ускоряет рост и повышает его урожай до 20%.

Опыты, проведенные по внекорневой подкормке хлопчатника удобрениями, содержащими меченый фосфор, показали, что двухразовая внекорневая подкормка увеличивает урожай хлопка на 25%.

При объяснении материала о применении хлора в промышленности сообщают ученикам о его использовании для выработки разных ядохимикатов (гекеахлоран, хлор, пикрин и др.), применяемых для уничтожения вредителей и болезней сельскохозяйственных растений. В качестве примера приводим данные о том, что ежегодно по стране вредители уничтожают более 1,5 млн. т зерна, вредят хлопку и другим культурам. В результате обработки растений ядохимикатами удается сохранить до 15% урожая хлопка, зерна-до 10%, овощей-до 20% и т. п. Применение ядохимикатов на 1 га посевной площади экономит от 40 до 90 р. за счет сохранения урожая.

Изучая применение серы, подчеркивают, что использование молотой серы для борьбы с грибками и вредными насекомыми, паразитирующими на растениях, повышает урожай хлопка на 10-11%, сера и ее препараты сохраняют сельскохозяйственные продукты от вредителей и от порчи при хранении в складах и амбарах. Далее сообщают, что 10-15% вырабатываемой в стране серы и ее препаратов применяются в сельском хозяйстве.

Рассказывая о нахождении сероводорода в природе, сообщают учащимся, что многие природные газы содержат в виде примеси сероводород, который может отравлять окружающую среду и выводить из строя газопроводы. Сероводород - дешевое сырье для производства серы и серной кислоты. Использование дешевой серной кислоты, получаемой на основе сероводорода, в производстве минеральных удобрений ведет к снижению их себестоимости и соответственно повышению урожая сельскохозяйственных культур.

При изучении оксидов серы (IV, VI) указывается, что сернистый газ широко применяется для окуривания сельскохозяйственных продуктов для предохранения их от порчи. В Средней Азии сернистый газ используют при выращивании высококачественных сортов урюка.

Далее сообщают учащимся, что при производстве цветных металлов в результате обжига руд образуются и выделяются в атмосферу газы, содержащие диоксид серы. В настоящее время 30% серной кислоты и ее солей в нашей стране производится из этих отходов, причем себестоимость их на 30% ниже себестоимости серной кислоты и ее солей, получаемых из железного колчедана, что способствует в конечном итоге снижению себестоимости минеральных удобрений, производимых на основе такой серной кислоты.

При объяснении материала о народнохозяйственном значении серной кислоты отмечают, что много ее расходуется на заводах минеральных удобрений, причем больше всего для получения фосфорных удобрений. Экономическую эффективность применения таких удобрений можно показать на примере следующих данных: при внесении 1 т фосфорных удобрений урожайность хлопка повышается на 1,5 т, зерна - на 1,2 т с каждого гектара.

Рассказывая о производстве серной кислоты, ставим перед учащимися вопрос: какие вещества служат сырьем для производства серной кислоты? Ученики должны ответить на этот вопрос, так как при изучении сероводорода они уже знакомились с данным учебным материалом. Поэтому использование сероводорода для производства серной кислоты увеличивается, доля железного колчедана за период с 1958 по 1975 г. уменьшилась с 74,4% до 41,8%. Учащимся предлагается вопрос: почему производство серной кислоты из железного колчедана считается малоэффективным? На него большинство учащихся затрудняется ответить, но некоторые ученики высказывают мысль, что в железном колчедане серы содержится меньше, чем в сероводороде. В сероводороде содержание серы составляет 94%, а в железном колчедане - 53,3%. Кроме того, производство серной кислоты на основе сероводорода способствует очистке природных горючих газов и атмосферы.

Малая эффективность использования железного колчедана в качестве сырья для производства серной кислоты объясняется еще тем, что при выработке серной кислоты расходуется много электроэнергии для обжига колчедана.

ГЛАВА 3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

На уроках химии при изучении вопросов, связанных с производственной тематикой, уделяется большое внимание не только рассмотрению химических процессов, лежащих в основе производства, но и в доступной форме знакомит школьников с некоторыми общими понятиями и закономерностями химической технологии, выделяют экономическую сторону производства. Это можно рассмотреть на примере изучения производства серной кислоты в VIII классе.

На первом уроке в ходе беседы прежде всего выясняют значение серной кислоты в народном хозяйстве страны, устанавливают, на каких свойствах кислоты основано ее применение. Предлагается учащимся вспомнить нахождение серы в природе, назвать, какие виды сырья можно использовать, для получения серной кислоты. Они называют серу, пирит, сульфидные руды цветных металлов (меди, цинка, свинца). Из них на предприятиях цветной металлургии получают оксид серы (IV), который также используется для получения серной кислоты. Дополняя ответы, говорим, что наша страна обладает большими и разнообразными ресурсами сырья для производства серной кислоты. Она может быть получена из оксида серы (IV), содержащегося в дымовых газах, а также сероводорода, входящего в состав некоторых природных горючих газов и в коксовый газ. Поэтому вопрос о выборе сырья всегда решают, исходя из экономической эффективности. Следует разъяснить учащимся принцип комплексного использования сырья: превращение отходов одной отрасли промышленности в другой, извлечение оксида серы (IV) из дымовых газов (подчеркиваем, как это важно в связи с проблемой защиты окружающей среды от загрязнений).

Основным сырьем для производства серной кислоты являются обогащенный серный колчедан (флотационный колчедан) и сера. Далее обращают внимание учащихся на экономическую эффективность используемых технологических процессов. Ставятся вопросы, позволяющие выяснить оптимальные условия окисления оксида серы (IV) в оксид серы (VI): 1. Как можно окислить оксид серы (IV) в оксид серы (VI)? (Учащиеся рассказывают об окислении его кислородом в присутствии катализатора.) 2. Каковы особенности, данной реакции? Как можно сместить равновесие данной системы в сторону образования SO3? В ходе беседы выясняется, что данная реакция обратима и экзотермична. Чтобы сместить равновесие в сторону образования SO3, надо вести реакцию при низкой температуре, но такой, чтобы и скорость реакции была достаточной. Следовательно, вещества предварительно должны быть нагреты. Но необходимо учесть и то, что сама реакция идет с выделением тепла. Учащиеся делают вывод, что тепло продуктов реакции можно использовать для подогрева исходных веществ. Использование теплоты экзотермических реакций дает возможность экономить энергию. В то же время можно охлаждать продукты реакции исходными веществами.

Для повышения скорости реакции необходим катализатор, но каталитические реакции требуют большой чистоты исходных материалов. Следовательно, нужны Очистные сооружения для тщательной очистки исходных веществ. Рассказываем об использовании наиболее эффективных катализаторов. Так, для окисления S0₂ в SO3 вместо платинового катализатора используют ванадиевый, как более дешевый, достаточно активный и стойкий.

Далее демонстрируем действующую модель производства серной кислоты из серы. Кислород из газометра поступает в U-образную трубку с натронной известью, а затем в трубку с предварительно расплавленной серой. Сера вспыхивает, продукты горения проходят через сосуд с асбестом, играющим роль пылеуловителя, затем промываются и сушатся концентрированной серной кислотой и поступают в теплообменник, в котором по трубам идет SO2 и кислород. Из теплообменника исходные вещества поступают в контактный аппарат, в котором находится ванадиевый катализатор (пятиокись ванадия). Необходимая температура получается за счет электроспирали, намотанной на изолированный алюминиевый стержень. Продукты реакции поступают в межтрубное пространство теплообменника, а из него в поглотительную колонку, заполненную обрезками стеклянной трубки, играющими роль насадки. Сверху навстречу оксиду серы (VI) Поступает вода. Создается противоток. Образование серной кислоты видно по появлению тумана в поглотительной колонке. Полученный раствор испытываем с помощью растворов лакмуса и хлорида бария. Учащиеся знакомятся с важнейшими научными принципами химического производства: очисткой исходных веществ, подготовкой их к процессу, выбором оптимальных условий, противотоком, увеличением площади соприкосновения реагирующих веществ, теплообменом. Вся демонстрация длится 4-5 мин. Пользуясь схемами, разъясняем принцип работы каждого аппарата сернокислотного производства. Некоторые затруднения вызывает изучение устройства контактного аппарата. Но после просмотра кинофрагмента «Контактный аппарат в сернокислотном производстве» непонятных вопросов обычно не возникает. В ходе заключительной беседы заостряем внимание на таких вопросах: как устроена печь для обжига колчедана в «кипящем» слое и каков принцип ее работы! В чем заключается эффективность контактного аппарата с «кипящим» слоем?

Второй урок - урок-экскурсия. Учащиеся заранее получают перечень вопросов, на которые они должны получить ответы в процессе посещения сернокислотного цеха: 1. Какое сырье используется для получения серной кислоты? Откуда поступает? В чем заключается подготовка сырья? 2. Какое устройство имеет печь для сжигания серы, работа ее? 3. Как происходит очистка печного газа? Устройство и работа очистных сооружений. 4. Как происходит окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI). Устройство контактного аппарата, его работа.

5. Поглощение Оксида серы (VI). Устройство и работа поглотительной башни.

6. Научные принципы химического производства серной кислоты. При решении этого вопроса обращаем внимание на такие моменты:

а) в чем заключается подготовка сырья;

б) как обеспечивается непрерывность процесса;

в) как поддерживается оптимальная температура, в чем заключается принцип теплообмена;

г) как используется теплота реакции;

д) как осуществляются противоток, увеличение площади соприкосновения реагирующих веществ;

е) что можете рассказать об автоматизации производства, контроле за производством, использовании новейших достижений науки и техники на данном производстве?

Во время экскурсии ученики должны собрать и такие сведения:

7. Данные о потреблении серной кислоты (куда поставляется).

8. Планы завода. Почему необходимо строгое выполнение плана, от каких факторов зависит выполнение и перевыполнение планов? Как добиваются на заводе максимального выхода высококачественной серной кислоты (олеума)?

9. Охрана окружающей среды от загрязнений,

10. Профессии, необходимые на данном предприятии. Где их можно получить?

Третий урок - заключительный по данной теме. В ходе беседы выделяем главные вопросы - общие научные принципы химического производства, оптимальные условия протекания химических реакций. Подробно обсуждаем вопросы 7, 8, 9, 10 из предлагаемого выше перечня. Отдельным учащимся предлагаем карточки-задания с расчетными задачами производственного содержания. Например: 1. В 1980 г. на Гомельском химическом заводе планируется довести выпуск серной кислоты до 1 млн. т. Сколько для этого надо серы в пересчете на химически чистую?

Изучение основных закономерностей и технологических принципов на примере конкретных химических производств и ознакомление учащихся с экономическими особенностями производства является одной из форм экономического образования и воспитания школьников.

ЛИТЕРАТУРА

1. Карасева О.Ю. О способах активации мыслительной деятельности. - // Химия в школе. - 2005. - №10. - С.13-17.

2. Гузик Н.П. «Обучение органической химии: Кн.для учителя: Из опыта работы» - М.: Просвещение, 1988. - 224 с.

3. Иванова Р.Г. «Урок химии в средней школе. Типы, структуры и самостоятельная работа учащихся» - М.: Педагогика, 1974. - 88 с.

4. Гузеев В.В. «Структура образовательного процесса. Типы и структуры уроков» // Химия в школе. - 2002. - №1. - С.56-58.

5. Обучение химии в 10 классе: Кн.для учителя. В 2-х ч. 4.1. / Под ред. И.Н. Черткова. - М.: Просвещение, 1992. - 96 с.

6. Химия: Программы и учебно-метод. материалы - М: ВЛАДОС,2000. - 144 с.

7. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия 10 класс - М.: Просвещение, 2007. - 192 с.

8. Ефимкина А.И. «Организация и проведение исследовательского урока» // Химия в школе. - 2008. - №4. - С.28-31.

9. Спиридонова Е.Г. Урок по теме: «Изомерия. Изомеры углеводородов». // Химия в школе. - 2005. - №7. - С.67-70.