Конспект занятия "Стекло"

Разработала Кузьмина Светлана Анатольевна

Тема: «Стекло»

Дидактическая цель урока: создать условия для осознания и осмысления блока новой учебной информации.

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления нового учебного материала.

Цели по содержанию:

Образовательная: способствовать формированию знаний о составе и свойствах стекла, подвести учащихся к идее зависимости свойств веществ от их состава и строения

Развивающая: продолжать развивать умения сравнивать, делать выводы о наличие взаимосвязей между составом и свойствами веществ.

Воспитательная: воспитывать культуру межличностного общения при работе в группе, чувство патриотизма при ознакомлении с достижениями российских ученых.

Методы: объяснительно – иллюстративный, частично - поисковый.

Формы организации познавательной деятельности: фронтальная, индивидуальная, групповая.

Средства обучения: 1. Кузнецова, Н. Е., Титова, И. М., Гара, Н. Н. Химия: 9 класс: Учебник для учащихся общеобразовательных учреждений / Под ред. Н. Е. Кузнецовой.  – 4-е изд., перераб. – М.: Вентана – Граф, 2008 – 288с.: ил.

2. мультимедийная презентация с изображениями

3. Задания для работы в группах.

4. Коллекции «Стекло».

Ход урока:  

Мотивация урока

Мы начали сегодня урок с изображения М. В. Ломоносова и изображений красивых предметов нашего быта. Как вы думаете, если у вас было бы плохое настроение и вам подарили бы эти предметы, то какое воздействие это на вас оказало? Почему? Для того, чтобы ремесленник и художник могли создать такую красоту они должны обладать очень многими практическими знаниями, в том числе о свойствах стекла. Без развития науки невозможно было бы появление и многих произведений искусства, в том числе и таких прекрасных как на слайде.

Объявление темы занятия, целеполагание

Тема: «Стекло».

Прием: ЗХУ

Знаю	Хочу узнать	Узнал

Актуализация знаний

Опишите, пожалуйста, физические свойства стекла:

хрупкое,

t_пл (оконного стекла) = 425 – 600˚С,

ρ = 2,2 – 7 г/см

Стекло обладает свойствами твердых веществ, но имеет структуру жидкостей, при охлаждении расплава его вязкость увеличивается очень быстро и частицы не успевают перестроится и образовать кристаллическую решетку. Поэтому, стекло – вещество аморфного строения. Что значит аморфное строение?

Почему у стекла нет определенной температуры плавления и плотности? 

О чем нам это говорит? Вывод: стекло -  это смесь веществ.

Изучение нового материала. Осознание и осмысление.

В таблице представлен состав различных видов стекла в %

Стекло	SiO2	B2O3	Na2O	K2O	Al2O3	CaO	PbO	BaO
лабораторное	85	9	4		2
оконное	72		14		2	9
хрустальное	56			11			33
оптическое	34	13			3			46

Давайте посмотрим и попытаемся ответить на вопросы:

·         Какие существуют наиболее распространенные виды стекла? (листовое (оконное), стеклоизделия (бутылочное, ламповое, зеркальное, оптическое), строительно-техническое)

·         Какое вещество является основой стекла? Т.е. присутствует в составе любого стекла? Благодаря каким свойствам именно это вещество является основой стекла?

·         Почему не варят стекло из чистого оксида кремния?

·         С какой целью в стекло добавляют оксиды щелочных и щелочноземельных металлов?

Давайте подведем некоторые итоги. 

¾    Состав стекла (зафиксируйте это в тетради):

¾    Основа – SiO₂ (tпл = 1728˚С)

¾    Обязательные компоненты (оксиды щелочных металлов понижают t_пл):

¾    оконное стекло – Na₂O, CaO, Al₂O₃

¾    хрустальное стекло – K₂O, PbO

¾    лабораторное стекло – Na₂O, Al₂O₃, B₂O₃ 

¾    оптическое стекло – BaO, Al₂O₃, B₂O₃ 

¾    Вещества, придающие особые свойства: 

o   PbO – высокое светопреломление, 

o   BaO, TiO₂ – термическую устойчивость,

o   B₂O₃ – устойчивость к перепадам температуры, защиту от отпотевания 

¾    Вспомогательные компоненты:

¾    осветлители:As₂O₃, KNO₃, 

¾    обесцвечиватели: Sb₂O₃, MnO₂, GeO₂, ü красители

¾    С древних времен стекла окрашивали, добавляя в расплав соединения металлов, чаще всего оксиды. Например, в современном производстве используют:

o   желтый – CrO₃,

o   голубой – CuO,

o   зеленый – FeO, Fe₂O₃,

o   оливково-коричневый – V₂O₃, V₂O₅,

o   фиолетовый и сиреневый – NiO и Mn₂O₃, 

Окраска стекла зависит не только от вида оксида, но и от его количества. 

Например оксид кобальта (II) в малых количествах дает голубое стекло, а в больших – фиолетово-синее. Оксид меди (II) в натрий-кальцевом стекле дает голубой цвет, а в калиево-цинковом - зеленый.

          Окраску стеклу придают и чистые металлы в мелкораздробленном состоянии. Так, золото и медь придают красивый красный цвет. Такие стекла называют золотым и медным рубином. Порошок серебра окрашивает стекло в желтый цвет. Селен в виде порошка придает розовую окраску, а в виде соединения с кадмием (CdS*3CdSe) – красный

(селеновый рубин). 

        Старинная легенда гласит: «…много сотен лет назад финикийские купцы плыли по морю и вышли на остров отдохнуть и запастись едой. Для приготовления пищи на песчаном берегу, они быстро сложили очаг. За неимением камней для устройства очага мореплаватели воспользовались глыбами соды. Когда костер остыл, в золе купцы обнаружили маленькие прозрачные блестящие кусочки стекла.

Это было первое стекло, полученное человеком…»        

Как вы думаете, могло ли такое быть на самом деле? Почему?

История стекла

Согласно новейшим археологическим данным стекло было впервые получено человеком около 6 тыс. лет назад. 

           В гробнице египетской царицы Хатшепсут, жившей в 3,5 тыс. лет назад были найдены бусины из зеленоватого стекла. Во времена Тутанхамона и Нефертити из стекла делали не только бусы, но и кольца, кубки, сосуды и другие изделия. По египетской технологии стекло варили из трех основных компонентов: кварцевого песка, извести и соды. Такое стекло содержало до 30 % оксидов щелочных металлов и только 3-5 % извести. Такое стекло было плохо устойчиво к воде и достаточно хрупкое.  

           На Русь стекольное производство пришло из Византии. Многие храмы 10-11 веков украшали мозаики. Это стекло было калиево-свинцово-силикатным. Татаро-монгольское нашествие прервало развитие стекольного производства на несколько веков. Возрождается оно только в 16 веке – открываются два казенных завода: в Измайлове и на Воробьевых горах в Москве. Большой вклад в развитие стеклоделия внес М.В. Ломоносов. Он заинтересовался получением смальт – цветного стекла, которое использовалось для создания мозаичных картин. Задача эта вполне подходила характеру и вкусам Ломоносова: в ней переплеталось изобразительное искусство с химией цветного стекла, оптикой и техникой. Ему пришлось выполнить многие тысячи пробных плавок по изготовлению разных сортов цветного стекла.. В 1752 г с разрешения императрицы Елизаветы Петровны Ломоносов открывает стекольный завод в Усть-Рудице под Петербургом. В своем доме на Мойке Ломоносов создал первую из задуманных им мозаик – «Полтавскую баталию», из смальт, полученных по собственной новаторской технологии. К середине 19 века в России работало уже 153 стекольных завода.

Во второй половине 17 века практически одновременно на трех заводах в Богемии (Южная Чехия) было изобретено твердое калиево-кальциевое силикатное стекло. Это стекло получалось совершенно чистым, прозрачным, прочным и его можно было обрабатывать резанием. Для повышения коэффициента светопреломления и усиления блеска в него добавляли свинцовый сурик (Pb₃O₄). Богемский хрусталь быстро приобрел известность, и к 1690-м годам в Богемии работало уже свыше 70 стекольных заводов.

Задания для работы по группам

Вариант № 1 

Прочитайте текст. 

Ответьте на вопросы. Обсудите ответы в группах. 

Выберите, кто будет устно отвечать на вопрос.

Запишите в тетради уравнения соответствующих реакций.

Текст. 

          В Древнем Египте в 4 тысячелетии до н. э. многие изделия из глины покрывались глазурью, именно еѐ специалисты считают предшественницей первого стекла. Глину смешивали с речным песком (SiO₂) и содой (Na₂CO₃) и небольшим количеством извести (CaCO₃). Смесь тщательно перемешивали, увлажняли, формовали из неѐ фигурки и обжигали в печах. Оксиды натрия и кальция выступали на поверхности, сплавлялись с оксидом кремния и образовывали стекловидную корочку. Эта корочка и была первым стеклом. 

Вопросы:

1. Какие вещества образуются при варке стекла? (дать им химическое название).          

Химические процессы, происходящие при изготовлении стекла (Т=1200-1300 С)

Сырьѐ: песок SiO₂, сода Na₂CO₃ или поташ K₂CO₃, известь CaCO₃ сплавляются

Na₂CO₃ + SiO₂ → Na₂SiO₃ + CO₂↑      K₂CO₃ + SiO₂ → K₂SiO₃ + CO₂↑ 

CaCO₃ + SiO₂ → CaSiO₃ + CO₂↑

 Na₂SiO₃ + CaSiO₃  + 4SiO₂ → Na₂O *CaO *6SiO₂ 

Вариант № 2 

Прочитайте текст. 

Ответьте на вопросы. Обсудите ответы в группах. 

Выберите, кто будет устно отвечать на вопрос.

Запишите в тетради уравнения соответствующих реакций.

Текст.

         Стекла, изготовлявшиеся в Египте, Месопотамии и Финикии существенно отличались от современных. Древнейшее стекло было непрозрачным, содержало много пузырьков и имело зеленоватый оттенок, который придает ему примесь оксида железа (II). С незапамятных времѐн для получения бесцветного стекла мастера использовали минерал пиралюзит, содержащий оксид марганца (IV) MnO₂, который называли «стекольным мылом». 

         На современных предприятиях для получения бесцветного стекла в состав шихты (смеси, из которой получают стекло) вводят оксид марганца (IV) MnO₂ или нитрат калия KNO₃. В процессе варки эти соединения разлагаются с выделением кислорода, который взаимодействует с оксидом железа (II).

Вопросы:

1. Какую роль выполняют оксид марганца и нитрат калия с точки зрения протекающих в расплаве реакций?

Химические процессы, происходящие при обесцвечивании стекла:

2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂↑ 

2MnO₂ → 2MnO + O₂↑ 

4FeO + O₂ → 2Fe₂O₃

Вариант № 3 

Прочитайте текст. 

Ответьте на вопросы. Обсудите ответы в группах. 

Запишите в тетради уравнения соответствующих реакций.

Выберите, кто будет отвечать на вопросы перед классом.

Текст.

        Уже в 17 веке в европейских стеклодувных мастерских широко использовался метод, основанный на травлении стекла плавиковой кислотой (HF). Во второй половине 19 века большую известность в деловых кругах приобрел французский мастер Эмиль Галле, разработавший технологию создания многослойных, украшенных цветным рельефным рисунком стеклянных ваз. Растительные и пейзажные мотивы в этой технологии создавались путем травления и удаления слоев стекла по специально разработанному рисунку. 

Вопросы:

1. Почему фтороводородную кислоту называют также плавиковой?

В какой таре можно хранить плавиковую кислоту?

Химические процессы, происходящие при травлении стекла

SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O

Na₂SiO₃ + 6HF → SiF₄↑ + 2NaF + 3H₂O

CaSiO₃ + 6HF → SiF₄↑ + CaF₂ + 3H₂O

Изучив состав и свойства стекла, какой более общий вывод можно сделать?

От чего зависят свойства веществ?

Вывод: Свойства веществ зависят от их состава и строения. (запишите в тетрадь)

Домашнее задание: найдите материал об истории производства зеркал. 

Каким образом нанося тонкий слой металла на поверхность стекла?

Как поступали в древности ?

Вариант № 4

Прочитайте текст. 

Ответьте на вопросы. Обсудите ответы в группах. 

Запишите в тетради уравнения соответствующих реакций.

Выберите, кто будет отвечать на вопросы перед классом.

Текст.

        Первые металлические зеркала из бронзы и серебра получили распространение у народов Древнего Востока в III тысячелетии до н.э. В начале нашей эры в Римской Империи появились маленькие стеклянные зеркала с оловянной основой. Вновь появились зеркала только в 13 веке. Начиная с 15 века, лучшие зеркала производились в Венеции. Их отражающая поверхность изготавливалась из оловянной амальгамы (т.е. сплава со ртутью). Для получения зеркал на поверхность стекла наносили сплав олова и ртути. Затем, предмет нагревали, при этом слой олова прочно сплавлялся со стеклом. Способ покрытия стекла тонким слоем серебра был обнаружен только в 1846 году. Понадобилось почти 10 лет, чтобы французский химик Птижан и знаменитый немецкий ученый Юстус Либих разработали простой способ нанесения металла на стеклянную поверхность.      

Вопросы:

Почему изготовление зеркал в 16-19 веках было очень опасным для здоровья производством?

Какие реактивы в качестве восстановителя серебра вы бы предложили, если бы оказались на месте изобретателя?

Напишите уравнение реакции, соответствующей ответу на второй вопрос.

Вариант № 5.

Прочитайте текст. 

Ответьте на вопросы. Обсудите ответы в группах. 

Запишите в тетради уравнения соответствующих реакций.

Выберите, кто будет отвечать на вопросы перед классом.

Текст.

          Ещѐ в 17 веке изготовление стекла во многих европейских странах превращается в самостоятельную отрасль производства. Важнейшим достижением в стеклоделии стало изобретение стеклоплавильных печей новой конструкции. Варка стекла проходила в специальных печах. В 1615 г английские мастера начали применять для нагрева печей каменный уголь, что позволило повысить температуру варки стекломассы. Одной из важнейших проблем для организации производства стекла были поиски сырья, прежде всего соды. Открытие сделал французский химик-технолог Николя Леблан. Он предложил получать из поваренной соли (NaCl) сначала глауберову (Na₂SO₄), а затем, прокаливая еѐ с углем и мелом, получать соду (Na₂CO₃).

Вопросы:

Почему французское стекло в 17 веке называли «стекло из папоротника» ?

Составьте уравнения химических реакций, отражающих способ получения соды по Леблану (NaCl → Na₂SO₄ → Na₂CO₃) ?

V. Закрепление изученного материала

Решите задачи:

1.      Рассчитайте массу оксида кремния (IV), карбоната кальция и карбоната натрия, которые потребуются для получения стекла состава Na₂O *CaO *6SiO₂ массой 10 кг.

2.      Рассчитайте массу поташа (массовая доля K₂CO₃ 80%), мела (массовая доля CaCO₃90%) и песка (массовая доля SiO₂ 95 %), необходимых для приготовления стекла состава  К₂O *CaO *6SiO₂ массой 100 кг.

3.      Осуществите цепочку превращений

Н2SiO3           SiO2             Si                  Na2SiO3             стекло Na2O *CaO *6SiO2

Подведение итогов.  

 Еще раз обратитесь к прекрасным произведениям рук человека и на высказывание М.В. Ломоносова в его стихотворении «О пользе стекла».

Вернитесь к приему ЗХЗ.

Изучив состав и свойства стекла, какой более общий вывод можно сделать? От чего зависят свойства веществ (Свойства веществ зависят от их состава и строения. (запишите в тетрадь)

Домашнее задание: подготовить сообщения на тему «Керамика»,

«Цемент, бетон, железобетон», «М. В. Ломоносов о пользе стекла».

Использованная литература:

1.  Габриелян О.С. Химия. 9 класс: Учебник для общеобразовательных учебных заведений.

– М.: Дрофа, 2007.

2.  Габриелян О.С. Настольная книга учителя. Химия. 9 класс. – М.: Дрофа, 2002.

3. Кузнецова. Н.Е. Титова И.М., Гара Н.Н. Химия: 9 класс: Учебник для учащихся общеобразовательных учреждений / Под ред. Н. Е. Кузнецовой.  - 4-е изд., перераб. – М.: Вентана – Граф, 2008 – 288с.: ил.

4. Кузнецова Н.Е. Задачник по химии (9 класс: (для учащихся общеобразовательных учреждений) / Н.Е. Кузнецова, А.Н. Левкин. - М.: Вентана - Граф, 2010.

5.  Кукушкин Ю. Н. Химия вокруг нас.  – М.: Высшая школа, 1992.

6.  Хомченко И.Г. Сборник задач и упражнений для средней школы.  – М.: Новая волна, 2006.

Краткое описание документа:

Тема: «Стекло»

Дидактическая цель урока: создать условия для осознания и осмысления блока новой учебной информации.

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления нового учебного материала.

Цели по содержанию:

Образовательная: способствовать формированию знаний о составе и свойствах стекла, подвести учащихся к идее зависимости свойств веществ от их состава и строения

Развивающая: продолжать развивать умения сравнивать, делать выводы о наличие взаимосвязей между составом и свойствами веществ.

Воспитательная: воспитывать культуру межличностного общения при работе в группе, чувство патриотизма при ознакомлении с достижениями российских ученых.

Методы: объяснительно – иллюстративный, частично - поисковый.

Формы организации познавательной деятельности: фронтальная, индивидуальная, групповая.