Полезные свойства каменного угля 4 класс
Познание мира в 4 классе
Тема: Горючие полезные ископаемые. Каменный уголь.
Цели: Привести знания детей в систему, расширить и углубить знания о полезных ископаемых в народном хозяйстве.
Задачи: Усвоить понятия о видах, свойствах, способе образования, добыче и основных месторождениях каменного угля в нашей стране.
Оборудование: 1. Коллекция полезных ископаемых
2. Стакан с водой
3. Молоток
4. Карта Казахстана
Вопросы: 1. Применение каменного угля в хозяйстве
2. Свойства каменного угля
3. Добыча каменного угля
4. Образование каменного угля в природе
Ход урока.
I Психологический настрой
«Передай лучик солнца товарищу»
II Проверка домашнего задания
(на столе лежит коробка с коллекцией цветных металлов)
1. Какие руды цветных металлов вы знаете?
(Ученик достает из коробки металл любой-медь или алюминий, или цинк, или свинец и кратко рассказывает о нем)
2.Найди и покажи на карте Казахстана месторождения цветных металлов.
III Определение темы урока
Потрогайте батареи отопления — горячие! Почему? – в них циркулирует горячая вода. Откуда пришла в батареи горячая вода? (По трубам из котельной, где воду нагревают в специальных котлах).
Котельные поставляют нам горячую воду.
Чем нагревают воду в котлах? (Газом или каменным углем).
Демонстрация.
Щелчок выключателя-загорелись электролампы – мы получили свет. Почему загорелись электрические лампочки?
По проводам к лампам поступает электрический ток. Откуда поступает ток?
На специальных электростанциях ток вырабатывается с помощью каменного угля (углем нагревают воду – получают пар – пар вращают турбины, вырабатывающие электричество).
Как вы думаете, о чем сегодня мы будем говорить? Назовите тему урока.
(Каменный уголь)
IV Погружение в тему
1. Каменным углем отапливают ваши родители в доме печки, из каменного угля делают десятки нужных материалов: краски, пластмассы, резину, даже лекарства. Особые сорта каменного угля (коксующиеся) применяются при выплавке из руд металлов.
Вывод: Каменный уголь источник тепла и электроэнергии, важное химическое сырье. Без угля невозможна выплавка металлов.
2. Свойства каменного угля
(Работа с образцами каменного угля)
Демонстрация каменного угля (слегка поворачивая)
Какими же свойствами обладает каменный уголь?
Цвет – сравнение с цветной картинкой.
Твердость – сломать руками.
Хрупкость – удар молотком по куску угля (в смятой бумаге).
Растворение в воде.
Горение – главное свойство каменного угля.
Вывод: Каменный уголь черного цвета, блестит, твердый, но хрупкий, в воде не растворяется, хорошо и ярко горит.
3. Добыча каменного угля
(Рассказ учителя)
Каменный уголь в основном залегает под землей, но бывает, что его слои выходят и на поверхность, поэтому уголь находили давно… в оврагах, по берегам рек. Люди из любопытства бросали его в огонь, но при горении уголь сильно коптит и выделяет острый запах (много углекислого газа), поэтому в кострах уголь не применяли.
До нас дошло предание, что 250 лет назад русские войска шли в поход на Азов под руководством Петра Первого.
Армия шла в поход на конях, орудия тянули на быках – войска шли знойными степями. Чтобы избежать пожара в степи и не оставить животных без пищи (травы), солдатам был отдан жесткий приказ – на привалах обкладывать костры камнями. На одном из привалов солдаты обложили костер черными камнями, найденными в овраге, когда костер разгорелся – загорелись камни.
Петр Первый, когда ему показали эти странные камни ,вроде бы сказал: «Сей минерал ,ежели не нам, то нашим потомкам полезен будет».Слова его оказались пророческими.
Сейчас уголь добывают ,в зависимости от его залегания ,или в карьерах ,или в шахтах.
Вы уже знаете устройство шахты и о труде шахтеров. Можно только добавить , что шахтеров угольных шахт нетрудно узнать — в ладони и под ногти въелась угольная пыль. При бурении угольного пласта бурильщики, несмотря на респираторы(маски) ,дышат мелкой угольной пылью. Она подает в легкие ,и человек много дней отхаркивает темную слюну(угольную пыль из легких).
Иногда шахтеры-бурильщики дышат каменной пылью ,образованной при бурении пласта, не везде лежит чистый уголь ,а каменная пыль , попадает в легкие , цементируется вних, и человек заболевает силикозом-профессиональным заболеванием шахтеров.
Вы видели конечно ,по телевидению,как работают в шахтах большие и умные машины ,помогающие шахтерам.Все это,конечно,есть,но машины применяются там ,где пласт угля имеет толщину около 1 метра и больше,но во многих шахтах уголь добывается там,где пласт имеет толщину 60-80 см ,здесь машину не применишь.И шахтер работает ,согнувшись,или даже лежа с тяжелым отбойным молотком (иногда можно видеть отбойный молоток на улице-им вскрывают асфальт,при этом молоток издает звук ,похожий на стрельбу из пулемета ,и сильно трясется).Удержать его в руках целую смену может только очень сильный человек.Представляете как болят у шахтера руки после смены?
К сожалению не смотря на все старания,в нашей стране в шахтах иногда погибают шахтеры .На каждый добытый 1млн.т угля приходится 2 человеческих жизни .Посчитайте, сколько погибнет шахтеров, если у нас в год добывается 700 млн.тонн (700*2=1400 человек). В среднем 4 человека в день.
Сколько детей становится сиротами- теряют отцов, чтобы у нас в классе и дома было тепло ,ходили поезда, работали станки, горел свет. Помните об этом ,не ленитесь выключать лишний свет- тогда меньше на электростанциях понадобиться угля ,и может чей-то папа придет домой с работы живым.
Место рождения угля на карте обозначаются черным квадратом.
В России много месторождения каменного угля.
Самые крупные из них: на Дону ,Кузбасс-около города Новокузнецка в Сибири,Печорское-около города Воркута на Севере-восточнее реки Печора.
Показ на карте-2 раза.
Закрепление
Учитель показывает –дети называют месторождения .
Интересна история открытия Печерского месторождения .Его нашел охотник Попов Виктор Яковлевич во время охоты (с сыном).Он набрал угля в рюкзак ,а добравшись до дома ,отправил посылку в Москву.
Посланная экспедиция геологов обнаружила богатейшее месторождение ,здесь вырос город шахтеров- Воркута.
В.Я.Попов был награжден орденом.
Это месторождение находится на далеком Севере,здесь безлесная суровая тундра ,долгая и суровая зима.
4.Образование каменного угля в природе
Рассказ
Каменный уголь-замечательный черный камень ,в нем спрятано тепло и свет.Если кто видел ,как горит уголь в печке,-зрелище завораживающее.
Откуда взялся каменный уголь ?
Люди ,раскалывая куски угля,часто натыкались на отпечатки листьев растений,коры деревьев.Это доказывает,что уголь образовался из остатков растений давно-давно.
Специальные приборы умеют определять возраст угля.Так вот,ему много миллионов лет (тогда на земле и людей-то не было).
По отпечаткам установили,что растения тогда росли совсем другие,чем сейчас,только папоротник есть сейчас в лесах.
Умирая ,растения (трава,деревья)образовывали слои,которые спрессовались и без доступа воздуха обугливались ,а не сгнивали.
Но главное чудо в другом-ведь эти растения законсервировали в себе свет и тепло Солнца,которые пришли на Землю миллионы лет назад.Когда мы зажигаем уголь ,мы видим свет Солнца и чувствуем (греемся) его тепло ,спрятанное в угле миллионы лет назад.
И неважно,где мы греемся,у печки или батарей отопления.
Вот так и получается ,что «уголь-солнечные консервы»-чудо консервы.
.Почему уголь в земле чаще залегает полосами на больших глубинах.Ширина полос всего несколько метров.Штрек в шахте 3-5 метров .Если уголь образовался при обугливании деревьев,то почему они обуглились полосами ,ведь они образовывали леса?
Почему в угольных шахтах часто просачивается из трещин метан- природный газ (он иногда взрывается –гибнут шахтеры)?
.
Наводит на размышление состав веществ ,образующих каменный уголь –это углеводороды.Иначе говоря углерод и водород.Но такой же состав имеют метан,нефть,газы горючие.Скорее всего углеводороды образуются глубоко в Земле (там горячо)-возможно даже в мантии и по трещинам разломам поступают вверх в земную кору ,где давление и температура меньше ,и застывают обращаясь в уголь.Качество состава углеводородов определяет качество угля и его разновидности.
Полосы угля в земле образованы в разломах земной коры.
Углеводороды продолжают поступать по разломам в виде метана-вот откуда он в шахтах .Разломы в земной коре идут в виде трещин,заполненных горными породами обычно осадочного типа ,возможно это вулканический пепел или наносные материалы.
По такой схеме много становится на свои места.По такой схеме,по мнению автора образуется нефть,газ,газовый конденсат,угли.
Но возникают тогда новые вопросы:почему в пластах угля находят отпечатки листьев и целые обугленные деревья,почему встречаются месторождения с широким залеганием мощных пластов угля (их добывают карьерным способом)?
Дело в том ,что отпечатки листьев находят и на поверхности слоев осадочных пород,находят целые куски «окаменевших»деревьев и даже раковины.Но …?Это не само дерево ,а его слепок ,при разложении древесины в земле дерево пропитывают силикатные растворы (типа цементных)и копируют структуру дерева с ходами личинок ,кору и древесину.Силикатных растворов в земле много типов(если силикатов более 200),то и углеводороды пропитывают древесину и копируют древесину.Вэтом окаменевшем дереве древесины нет .
Также углеводороды,затвердевая,срисовывают-сохраняют отпечатки листьев.
Большие площади залегания угля –скорее всего углеводороды заполняли понижения и застывая,образовывали чистые угли ,либо углеводороды пропитывали рыхлые ,пористые слои пород и застывали –в таком угле много породы .В случае,когда порода и уголь образуют отдельные слои возможен вариант,когда сверху застывших углеводородов воды приносили пески и глины ,или на слой углеводородов ложился слой вулканического пепла.
V Работа с учебником.
1.Чтение о применении и образовании каменного угля.
2.Работа по вопросам.
_ В каких местах образуется каменный уголь?
_ Почему не разлагаются упавшие растительные останки?
_ Назовите растения, которые участвовали в образовании каменного угля.
_ Чем отличаются отдельные разновидности каменного угля друг от друга?
_ Что можно получить из каменного угля?
VI Работа с картой
_ Ученики, зная условные обозначения, находят на физической карте Казахстанские крупные месторождения каменного угля.
_ Рассказ учителя о том, что наша страна имеет богатейшие запасы каменного угля.
VIIМузыкальная физминутка.
VIII Работа в группах (постеры)
_ Ученики делятся на группы: чугун и сталь (карточки со словами)
а) «Чугун» — назвать и описать предметы из чугуна, встречающиеся в повседневной жизни.
б) «Сталь» (задание подобное чугуна)
г) Защита постеров.
е) Оценивание друг друга (солнышко-хорошо, тучка-удовлетворительно).
IX Рефлексия
X Домашнее задание: Прочитать главу «Горючие полезные ископаемые. Каменный уголь.».
Источник
Для обогрева помещений, получения химических соединений, редких элементов, производства лаков, красок, пластмассы и прочих нужных продуктов используется каменный уголь. Он недорог, несложен в обработке и незаменим в промышленности.
Что такое каменный уголь
Каменный уголь – это полезное ископаемое, добыча которого необходима для жизнедеятельности человека. С его помощью осуществляются многие процессы, где требуется тепловое воздействие, добываются редкие химические элементы. Ранее им топили печи, но это уходит все дальше в прошлое.
Внешне это блестящий или матовый, неровный черный или темно-бурый экземпляр, напоминающий камень, но не являющийся таковым. В отличие от камня, он крошится в руках при нажиме и горит.
Классификация каменных углей
В основе классификации лежат химические и физические свойства ископаемого. Общее разделение:
- Бурый уголь – образовался позднее других видов. Отличается низкой температурой сгорания.
- Каменный – самый распространенный и используемый вид. Добывается открытым способом или в шахтах.
- Антрацит – наиболее древний и твердый представитель. Имеет самую большую температуру сгорания из всех видов.
Бурый уголь отличается от каменного:
- цветом;
- меньшим содержанием азота и углерода;
- тем, что легче горит;
- дает больше дыма;
- выделяет меньше тепла.
Минерал разделяется по степени углефикации и размерам. На основе этих параметров была придумана и внедрена маркировка, отражающая характеристики конкретного сорта ископаемого. Это удобно для использования в промышленности.
Смотрите познавательный видеообзор про минерал:
По степени обогащения
Перед использованием добытую породу подвергают обработке – обогащению. Это увеличение содержания углерода за счет очищения от минеральных примесей, что повышает горючесть.
Часто применяется мокрый способ – ископаемое загружают в водную среду, в которой идет расслоение на примеси и камень. Это происходит из-за того, что минеральные добавки имеют меньшую плотность. Машины для такого обогащения называются отсадочными.
Промышленное разделение по степени обогащения минерала:
- Промпродукты. Используются в металлургии.
- Концентраты. Из них получают энергию для электростанций, отопления.
- Шламы – мелкая угольная пыль. Идет для нужд населения, для этого ее прессуют в брикеты.
По степени углефикации
Углефикация – процесс превращения торфа в бурый уголь или каменного – в антрацит. Это степень насыщения углеродом конкретного куска ископаемого, определяющая его свойства – горючесть, спекаемость, теплоту сгорания. Зависит от возраста – чем он меньше, тем ниже степень углефикации.
Наивысшей степенью углефикации обладает антрацит, низкой – блестящие угли марок М и Д, остальные типы относятся к средней степени.
По размерам
Добываемые ископаемые отличаются по длине и ширине (это называется фракция), потому существует классификация, где куски определенного размера имеют свое название, сокращенно обозначаемое одной буквой.
Иногда такое разделение называется сортом. Хотя используется буквенное обозначение, к маркам это не имеет отношения.
Классификация по размерам (фракциям):
| Название | Размер, мм |
| Плитный (П) | Более 100 |
| Крупный (К) | 51–99 |
| Орех (О) | 25–50 |
| Мелкий (М) | 13–24 |
| Семечко (С) | 6–12 |
| Штыб (Ш) | Менее 6 |
| Рядовой (Р) | Несортированный, имеющий в составе куски разного размера |
Марки каменного угля
Минерал подразделяют на марки, деление основано на составе и способности к горению:
- длиннопламенные (Д);
- газовые (Г);
- газовые жирные (ГЖ);
- жирные (Ж);
- коксовые жирные (КЖ);
- коксовые (К);
- отощенные спекающиеся (ОС);
- тощие (Т);
- слабоспекающиеся (СС);
- полуантрациты (ПА);
- антрациты (А).
Каменный уголь марки Д чаще других используется в ЖКХ и энергетике благодаря следующим свойствам:
- много летучих веществ (от 39 %);
- мало серы (менее 0,5 %);
- мало золы;
- теплота сгорания 4700–5400 ккал/кг – это хороший показатель;
- содержание воды – 15–16 %;
- высокая теплоотдача.
Камень отличается ярким блеском, добывается на территориях Красноярского края и Хакасии.
Происхождение каменного угля
Минерал начал образовываться задолго до появления человека. Примерный возраст – 400–200 миллионов лет. До сих пор у ученых нет однозначного мнения касательного того, растения какой группы образовали залежи каменного угля. Большинство считают, что это папоротниковидные.
Существуют 4 основные теории, пытающиеся объяснить, как образовался каменный уголь:
- Самая распространенная – образование торфа, а затем угля произошло из-за распада папоротников, плаунов, хвощей. Однако эта теория не может объяснить пласты ископаемых толщиной в 400–700 метров. Ведь для образования 500 метров ископаемых требуется 2000 метров торфа, т. е. растения одних видов должны были произрастать на территории миллионы лет без изменений погодных условий.
- Термическая теория – медленное тление растительных остатков в условиях среды с малым содержанием кислорода с постепенным превращением в обычный уголь, а затем – в каменный. Однако при этом внутри ископаемых не сохранились бы части растений.
- Версия с морской водой. Упав в океан, растения подвергались длительному процессу углефикации, находясь под давлением и без кислорода. Теория подтверждается морскими находками – водорослями, песком.
- Абиогенная – уголь появлялся путем нагревания метана в присутствии водорода и углекислого газа. По этой теории, находки в пластах являются не остатками растений, а пиролитическим графитом, потому нельзя достоверно определить возраст добываемых ископаемых.
При добыче и обработке в пластах ископаемого иногда встречаются удивительные находки:
- вертикально стоящие стволы деревьев;
- огромные каменные глыбы весом до 73 кг, имеющие метаморфическое или вулканическое происхождение;
- изделия из золота и металла, что указывает на продолжающийся процесс углеобразования;
- моллюски, раковины, кольчатые черви;
- округлые предметы, напоминающие яйца динозавров.
За происхождение каменный уголь называют консервами солнечной энергии – растения способны накапливать ее в листьях, побегах.
Месторождения и добыча породы
Ископаемое широко распространено – его запасы составляют 15 % от всей суши. Тройка стран-лидеров по добыче каменного угля:
- США – мировой лидер. Процент залежей составляет 23 – это более 1600 миллиардов тонн.
- Россия. Залежи оцениваются в 13 %.
- Китай. Показатель стремится к 11 %.
В России каменный уголь добывают в Кемеровской области, в Кузнецком месторождении, где находится 640 миллиардов тонн ископаемых. Открытие произошло в 1721 году М. Волковым. В 1842 году П. Чихачев оценил запасы бассейна. Во 2-й половине XIX века в Кузбассе начали добывать каменный угль.
В Якутии находится Эльгинское месторождение, его запасы составляют около 2 миллиардов тонн, в Тыве перспективны для разработки Элеготсткие залежи. Другие бассейны – Ленский, Тунгусский, Иркутский, Южно-Якутский, Печерский.
В США самые большие залежи расположены в штате Иллинойс (запас более 360 миллионов тонн).
В Казахстане находится 162 миллиарда тонн ископаемого. Одно из самых крупных месторождений – Экибастузское, другие бассейны:
- Шубарколь и Кызылтал – по 2 миллиарда тонн;
- Шоптыколь, Мамыт и Эгинсай – по 1 миллиарду тонн;
- Каражыра – 890 миллионов тонн.
Месторождения каменного угля обозначают на карте в виде определенного символа – черного квадрата, а бурого – заштрихованного.
В республике Хакассия основное месторождение находится в Минусинской котловине. Разработки ведутся с 1904 г. Хакасский каменный уголь добывают в Изыхском и Черногорском бассейнах.
В Африке добывают минерал на территориях:
- Зимбабве;
- Мозамбика;
- ЮАР.
Страны-экспортеры каменного угля по рейтингу, объем указан в миллионах тонн в год:
- Австралия – 193;
- Китай – 91;
- ЮАР – 69,3;
- Индонезия – 66,4;
- США – 44,1;
- Россия – 41;
- Колумбия – 37,1;
- Канада – 30,6;
- Казахстан – 28;
- Польша – 23.
Смотрите передачу о добыче камня в России:
Физико-химические свойства камня
Основной элемент камня – углерод, потому он хорошо и долго горит. Помимо этого, в нем содержится вода. Соотношение элементов зависит от возраста минерала:
| Название угля | % воды | % углерода | % летучих веществ | Как воспламеняется | Как горит | Теплоотдача |
| Бурый | До 43 | До 45 | До 50 | Хорошо | Хорошо | Низкая |
| Каменный | До 12 | 75–95 | До 32 | Отлично | Хорошо | Средняя |
| Антрацит | 1–3 | 85–95 | Менее 9 | С трудом | Слабо, без дыма из-за малого объема летучих примесей | Высокая |
Свойства:
- удельный вес – 1,5–1,7 г/см2;
- температура горения в печи – 700–1100 °С;
- блеск – выраженный, с металлическим оттенком, реже – золотистый;
- удельная теплоемкость – 1300 Дж/(кг × К);
- удельная теплота сгорания – 5700 ккал/кг;
- излом – неровный, раковистый;
- твердость угольной золы по шкале Мооса – 2;
- срок хранения каменного угля – 6–18 месяцев.
К просмотру передача, где ученый в занимательной форме рассказывает про свойства минерала:
Применение каменного угля в промышленности
В отношении каменного угля, используемого в промышленности, применяется ГОСТ 32464-2013 – постановление, в котором описаны технические требования, методы определения химического состава, классификация по разным параметрам.
В основе использования ископаемого лежит реакция пиролиза каменного угля – нагревание без каких-либо реагентов. В современной промышленности все чаще используются различные химические добавки, ускоряющие реакцию. Этапы пиролиза:
- конденсация;
- полимеризация;
- ароматизация;
- алкилирование.
Отдельно выделяют:
- Низкотемпературный пиролиз, протекающий при 500–600 °С. Это полукоксование.
- Высокотемпературный процесс, или коксование. Идет при 900–1100 °С.
Все продукты коксования делятся на 3 группы:
- Твердые – кокс. Используется в черной и цветной металлургии.
- Жидкие – каменноугольная смола. Из нее получают более 250 химических соединений. Основные – технические масла, синтетическое топливо, нафталин, бензол, аммиак. Из толуола делают красители, тротил и сахарин.
- Газообразные – пиролизный газ. Альтернативный источник энергии и тепла.
При переработке ископаемого можно получить следующие продукты, используемые в промышленности:
- ванадий, серу, цинк, свинец;
- ксилол и бензол – используются в лакокрасочной промышленности;
- твердое топливо, идущее на обогрев домов и обеспечивающее работу предприятий;
- жидкое топливо – получается при сжижении твердого;
- светильный газ, применяемый для освещения;
- золу – применяется в строительстве.
Ископаемое относится к 4-му классу опасности, как легковоспламеняющееся вещество, способное к нагреву.
Для личного использования ископаемые применяют с целью получения тепла. Там, где мало древесины или сложно заготовить дрова, можно топить баню углем. Во многих домах до сих пор стоят печи. Помещения, отапливаемые с помощью каменного угля, хорошо прогреваются и приемлемы даже для суровых зим.
Разжечь каменный уголь непросто – нужны охапка дров, древесная щепа или лучины, солома, бумага. Сначала укладывают несколько дров, на них – щепу (лучины), сверху – солому. Поджигают бумагу, с ее помощью – солому. Далее постепенно загорается древесина. Остальные дрова подкладывают по мере освобождения места. В самый жар кладут каменный уголь. Процесс подготовки окупается длительным временем сгорания и хорошей теплоотдачей.
В качестве удобрения золу каменного угля не применяют – в ней мало питательных веществ, могут быть примеси тяжелых металлов. Единственное приемлемое решение – использование на высоко щелочных почвах для нормализации кислотности – зола закисляет грунт.
Некоторые люди предлагают жарить шашлык на нем, но делать этого не стоит.
Предлагаем посмотреть зарубежную передачу о том, какая ситуация сложилась с полезным ископаемым в Европе:
Стоимость ископаемого
Каменный уголь – недорогое ископаемое. Антрацит стоит от 8000 до 11000 рублей за тонну, длиннопламенный уголь мелкой фракции можно купить за 4000–6000 рублей.
Каменный уголь – универсальное и удивительное по функциональности для человека творение природы. Он помогает производить много используемых повседневно вещей, а также топить дома и бани.
Вам доводилось использовать каменный уголь? Поделитесь статьей с друзьями и знакомыми.
Источник