Урок по химии в 9 классе силикатная промышленность

Урок химии "Силикатная промышленность" (9-й класс)

Тип урока: изучение нового материала.

Цели:

• дать понятие о силикатной промышленности; химизме производства; составе различных сортов стекла, их практическом значении и применении; составе керамики, фарфора, цемента, его применении.
• воспитывать у учащихся бережное отношение к стеклу, уважительное отношение к труду стеклодува, рабочего силикатной промышленности.
• развивать творческие способности, речь учащихся, умение работать с дополнительной литературой; развивать интерес к декоративно- прикладному искусству (керамика, фарфор, художественное стекло).

Оборудование: компьютер, мультимедиапроектор, экран, школьная коллекция “Стекло”, коллекция посуды из различного сорта стекла, керамики, фарфора (собранная учащимися).

Метод: лекция с элементами беседы, беседа с активизацией учащихся, самостоятельный поиск учащихся информации при направляющей роли преподавателя, элементы ролевой игры, лабораторная работа.

Структура урока:

1. Мотивационный этап.
2. Информационно-поисковый этап:

• стекло (производство стекла; сорта стекла);
• керамика (фаянс; фарфор);
• цемент.

3. Обобщение и систематизация (ролевая игра-лабораторная работа)
4. Домашнее задание.

Ход урока

1. Мотивационный этап (просмотр видеоролика красивая посуда)

Посмотрите на изображение красивых предметов нашего быта. Как вы думаете, если бы у вас было плохое настроение и вам подарили бы что-то из этих предметов, у вас поднялось бы настроение?

Что бы вы при этом почувствовали? Почему?

Для того, чтобы художник или ремесленник могли создать такую красоту, они должны обладать очень многими практическими знаниями. И мы с вами сегодня будем получать знания.

Обратите внимание на выставку. Что здесь представлено? Что объединяет все  эти предметы? (Все они сделаны из соединений кремния)

А какие предприятия выпускают такие изделия? (стекольный, цементный, кирпичный заводы, предприятия, выпускающие посуду из фарфора, керамики, хрусталя, сувенирные фабрики.

Все эти предприятия образуют отрасль промышленности, которая называется… (силикатной). Значит, сегодня на уроке мы будем изучать тему: «Силикатная промышленность»

На протяжении многих уроков мы изучаем неметаллы, на прошлом уроке мы изучали кремний и его соединения.

Что нам сегодня предстоит узнать на уроке?

Сегодня же нам предстоит изучить основы производства силикатной промышленности, познакомиться с продуктами силикатной промышленности их практическом значении и применении (посмотрите, сколько различных продуктов этой промышленности, собранных учащимися на демонстрационном столе). Выяснить, почему эта промышленность называется силикатной? (записывают тему урока и определение «Силикатная промышленность»)  

Силикатная промышленность – отрасль промышленности, которая занимается переработкой природных соединений кремния. Какие природные соединения кремния вам известны? (кремнезем и силикаты)

2. Информационно-поисковый этап:

1. Стекло.

“Пою перед Тобой в восторге похвалу
Не камням дорогим, ни злату, но стеклу”
М.В. Ломоносов

Учитель: в природе существует стекло вулканического происхождения – обсидиан. Открыто стекло очень давно. Достоверно известно, что еще в IV тысячелетии до н. э. в некоторых странах Востока умели выплавлять стекло. Имя его открывателя, естественно, неизвестно.

Старинная легенда, поведанная античным историком Плинием 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…»

Доля истины в легенде есть. Стекло действительно варят из нескольких компонентов. Основа – песок и сода (либо поташ).

Какова формула речного песка, соды, поташа? Составим уравнения реакций, лежащих в основе производства стекла (учащийся записывает на доске формулы исходных веществ, уравнения реакций при помощи учителя)

Сырье: смесь исходных веществ (шихта): песок SiO₂ , сода Na₂CO₃ (либо поташ - K₂CO₃), известняк CaCO₃ .

Химизм производства:

Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + CO₂
CaCO₃ + SiO₂ = CaSiO₃ + CO₂

Охарактеризуйте данные реакции (реакции гетерогенные, необратимые, эндотермические).

Образовавшиеся силикаты натрия и кальция сплавляют с песком, который берут в избытке.

Na₂SiO₃ + CaSiO₃ + 4 SiO₂ = Na₂O · CaO · 6SiO_2.

Варят стекло в течение нескольких часов в ванных печах непрерывного действия. Размер “ванны” таков, что самому крупному киту было бы в ней просторно. Процесс варки стеклоделы делят на три стадии: провар шихты, осветление (удаление мелких пузырьков газа), студка – осторожное охлаждение.

Расплавленное стекло при охлаждении твердеет не сразу, а постепенно, образуя вязкую послушную массу. Благодаря этому свойству стекло подвергается формовке. Для формовки стеклянных изделий применяют: выдувание (ручным способом или стеклодувные машины), прессование (пуговицы, тарелки); прокатка (зеркальное стекло); вытягивание (листовое стекло).

Стекло обладает механическими свойствами твердых веществ, но имеет структуру переохлаждённых жидкостей, менее упорядоченную, чем у кристаллов, но более упорядоченную, чем у жидкостей. При охлаждении расплава стекла вязкость его увеличивается очень быстро и составляющие его молекулы не успевают перестроится  и образовать кристаллическую решётку. Значит, стекло -  вещество аморфного строения и не имеет постоянной температуры плавления и постоянной плотности.

Итак, какое вещество является основой стекла? (кварцевый песок, оксид кремния (IV)

Благодаря каким свойствам именно это вещество является основой стекла? (твердость, прозрачность)

Почему  стекло не изготавливают из чистого кварца (очень тугоплавкий Т пл.= 1700^о)

С какой цель  в стекло добавляют оксиды ЩМ и ЩЗМ (чтобы уменьшить температуру плавления)

Какие распространённые виды стекла вам известны? (называют)

Помимо “обычного” - силикатного стекла, изготовляют и многие другие сорта. Так, есть стекло на основе В₂О_3, Р₂О₅, GeО₂. Их называют боратными, фосфатными, перманатными.

У вас на столе лежат справочные материалы. Используя таблицу «Состав различных видов стекла», выполните задание №4 в РТ на стр. 194. Проверяем. (слайд)

Состав различных видов стекла (в%)

Стекло	Si2O	B2O3	Na2O	K2O	Al2O3	CaO	MgO	PbO	ZnO
Лабораторное	68,8	2,5	9,7	6,2	3,8	8,4	0,8	-	-
Оконное	72	-	14	-	2	9	3	-	-
Хрусталь	57,5	1,0	-	16,0	0,52	-	-	24,0	1,0
Оптическое	31,6	-	-	2,85	-	-	-	65,3	0,25
Кварцевое	99,99	-	-	-	-	-	-	-	-

С древних времен стекла окрашивали в разный цвет, добавляя в расплав соединения металлов, чаще всего оксиды. В современном производстве применяют следующие оксиды (слайд)

Оксид	Окраска стекла
CrO3, NiO, Fe2O3	желтый
CuO, CoO (мало)	голубой
FeO, Cr2O3, CuO	зелёный
V2O3, V2O5	оливково-коричневый
CoO(много), NiO,	фиолетовый
Mn2O3	сиреневый

Используя таблицу на слайде «Окраска стекла», выполните №1 части II в РТ на стр. 195, заполнив два первых столбца.

Рассказ учителя: Сорта силикатного стекла (по назначению):

Учащиеся записывают в тетради

• Оконное (натриевое) стекло Na₂O·CaO·6SiO₂.

Мне хотелось бы обратить ваше внимание на оконное стекло в нашей школе, точнее на разбитое стекло окон школы, теплицы. Разбитое стекло – это впустую затраченные миллионы тонн добытого в карьерах песка и мела, полученной на химических заводах соды, огромное количество напрасно сожженного в стекольных печах топлива, даром израсходованной электроэнергии, пущенного на ветер драгоценного человеческого труда. Разбитое стекло – это и твердые бытовые отходы, засоряющие окружающую среду.

• Бутылочное или посудное стекло Na₂O·CaO·6SiO₂ с примесью Al₂O₃
• Химическое тугоплавкое K₂O·CaO·6SiO₂, твердое и не такое пластичное, но зато обладает сильным блеском.
• Медицинское кварцевое стекло (из чистого песка SiO₂). Посуду, изготовленную из него можно накалить добела, бросить в холодную воду и оно не потрескается, пропускает УФ лучи.

Где применяется такое стекло? (кварцевые лампы в медицине).

• Хрустальное стекло (свинцовое стекло) K₂O·PbO·6SiO₂ (весьма тяжелое, сильно преломляет свет и хорошо полируется).
• Оптическое стекло (состав такой же, как у хрустального) для изготовления линз и призм, в котором недопустимо пузырьков газа.
• Фотохромное стекло (боросиликатные стекло В₂О₃ с равномерным включением кристалликов хлорида серебра, изменяет цвет и прозрачность в зависимости от освещения.
• Защитное стекло (защищает от УФ, инфракрасных, чрезмерно ярких видимых лучей). Используется при сварочных работах, в металлургии.
• Зеркальное стекло
• Художественное цветное стекло. Цветное стекло, по словам М. В. Ломоносова, было главным его увлечением. Он сварил более четырех тысяч опытных стекол. Эти работы легли в основу заводских методов получения прозрачных и непрозрачных цветных стекол. В своей мастерской Ломоносов с помощниками создал около 40 мозаик (сохранились 23 мозаики), из которых наиболее знамениты: “Нерукотворный Спас”, портрет Петра I, “Полтавская баталия” (42м²) (демонстрация слайда), ныне находящиеся соответственно в Историческом музее, Эрмитаже и в Российской Академии наук.

Для окрашивания стекла в стекломассу вводят различные оксиды, так FeO, Cr₂O₃ придают стеклу зеленый цвет (дем. цветной посуды, собранной учащимися), CoO – синий, MnO₂ - фиолетовый, соединения золота и меди, которые в процессе варки стекла восстанавливаются до металлов, красный цвет (рубиновое стекло Кремлевских звезд)

• Армированное стекло, внутри которого металлическая сетка (дем. школьной коллекции).

Как вы считаете, каково значение этой сетки? (Это безопасное стекло, при ударе не рассыпается, обладает противопожарной безопасностью, так как от пламени такие стекла не высыпаются из рамы, а растрескиваются. В результате нет сквозняков раздувающих огонь).

• Стекловолокно (хрупкое стекло становится гибким и прочным, когда его превращают в тонкую нить), стекловата и стеклоткань (несгораемая ткань для пошива одежды пожарных и электросварщиков, театральных занавесей, драпировок, декораций, тепло и электроизоляционные ленты)
• Стеклопластик (стекло + пластмасс). Триплекс – лист пластичной пленки с двумя листами стекла, прочно соединенных склеивающим составом. При ударе на триплексе образуются многочисленные радиальные и концентрические трещины, но не осколки.

Где используется это стекло, и какое значение имеет то, что при ударе не образуются осколки? (Используется для остекления автомобилей. Это резко снижает возможность ранения осколками стекла пассажиров).

• Пеностекло – пористый строительный материал, представляющий собой стеклянную массу, пронизанную многочисленными пустотами. Оно обладает тепло- и звукоизоляционными свойствами, небольшой плотностью (не тонет в воде), высокой прочностью, сравнимой с бетоном. Для изготовления пеностекла используют стеклянный бой и различные отходы стекольного производства.

И это далеко не весь список используемых сортов стекла.

2. Керамика.

Что является сырьем для керамических изделий? (глина nAl₂O₃·mSiO₂). Керамика – это общее название многочисленных материалов, полученных при сплавлении глины с различными минеральными добавками.

И действительно, керамика от греческого “керамос” - глиняная посуда. Керамическая промышленность одна из самых древних на Земле (гончарное ремесло). Еще в глубокой древности (с эпохи неолита – 8-3 тысячелетия до н. э.) было обнаружено свойство глины, приобретать твердость и прочность после обжига в огне. Керамические изделия делятся на грубые (строительные материалы – кирпич, облицовочные плиты, черепица; канализационные и дренажные трубы) и тонкие (предметы быта – посуда и фаянс).

Кирпич – ровесник цивилизации. Его изготовляли и использовали для строительства еще в Древнем Египте и Вавилоне. Когда-то изготовление кирпича было очень тяжелой работой. Сначала босыми ногами месили глину, потом вручную придавали ей форму кирпича и обжигали в печах при высокой температуре. Производство кирпича в наше время механизировано. У нас в селе есть свой кирпичный завод, который изготавливает красный кирпич.  Какие вы знаете виды кирпича?

Виды кирпича:

• Красный глиняный кирпич. Красная окраска обусловлена наличием в глине оксида Fe₂O₃.
• Пустотелый кирпич, т.е. имеющий внутри полости определенной формы. Не теряя свои теплоизоляционные свойства, такой кирпич позволяет уменьшить массу жилого здания на 30-40%.
• Силикатный кирпич (светло-серого цвета). Сырьем для него служат известь и кварцевый песок. Этот кирпич обладает меньшей морозостойкостью, не выдерживает длительного воздействия высоких t? (нельзя для кладки печей). Используется в качестве стенового материала для возведения надземных частей зданий.

Основные стадии: смешение глины и воды (тесто); формирование предмета; сушка; обжиг в печах.

Лабораторная работа. (ТБ)

Влажная глина – мягкая и пластичная, ей можно придать любую форму. Если глину обжечь при очень высокой температуре, то изделие приобретает камневидное состояние.

У вас на столах лежат кусочки влажной глины. Возьмите их в руки и придайте им плоскую форму, затем зажмите в тигельных щипцах и внесите в пламя спиртовки. Это имитация обжига глины. Почему имитация? потому что температура горения спиртовки низка для обжига.

Работа в группах

Группа 1

После обжига глиняные изделия получаются пористыми.  Для чего керамику глазируют, т.е. покрывают глазурью? (Чтобы изделия были водонепроницаемы)

Группа 2

В природе встречается красная и белая глина. Какое соединение придает глине красный цвет? (Окcид железа (III)

Группа 3

Изделия из обожжённой глины пористы. Объясните, почему вода в глиняном сосуде прохладнее, чем та, что находится в стеклянном сосуде. (молекулы воды просачиваются через поры и испаряются с его поверхности, тем самым охлаждая кувшин)

Группа 4

Прочтите текст. Ответьте на вопросы:

1.      Что такое форфор?

2.      От чего происходит слово фаянс?

3.      Чем фарфор отличается от фаянса

Фаянс и фарфор

Фарфор – керамический материал, состоящий из обычной глины, кварца и полевого шпата. Этот материал характеризуется свойствами: белый, с высокой прочностью, химической и термической стойкостью. Родина фарфора – Китай, где он был известен уже в 220- году до н.э. в Европу был завезён по Шелковому пути, и стал предметом роскоши.

К ценным керамическим материалам относят и фаянс. Слово «фаянс» произошло от названия города Фаэнц (Северная Италия), в окрестностях которого в XIV-XV веках было широко развито керамическое ремесленничество. От фарфора, фаянс отличается, гораздо, большим содержанием глины (до 85%) и характеризуется гораздо более высокой пористостью. Фаянс характеризуется непрозрачностью. На всех старинных фаянсовых изделиях на глазури имеется сетка мелких трещин. Для коллекционеров и ценителей керамики сетка трещин служит признаком возраста изделия.

Полюбуемся иллюстрациями изысканных фарфоровых изделий, хранящихся в Государственном Эрмитаже (слайд)

3. Цемент (хлеб строительства).

Слово “цемент” происходит от латинского “цементум”, что означает битый камень. Цемент – собирательное название различных порошкообразных вяжущих веществ, способных при смешении с водой образовывать пластическую массу, приобретающую со временем камневидное состояние. Первый цемент был открыт во времена Римской империи. Примерно в это же время жители Древней Руси заметили, что устойчивость к воде придает извести измельченная обожженная глина.

Основным сырьём для производства цемента является известняк и глина, содержащие оксид кремния (IV). Эти вещества тщательно перемешивают, и их смесь обжигают в наклонных в наклонных цилиндрических печах. При повышенной температуре между глиной и известняком происходят сложные химические реакции. Простейшими из них являются обезвоживание каолина, разложение известняка и образование силикатов и алюминатов кальция:

AI2O3*2SiO2*2H2O→ AI2O3 *2SiO2 + 2H2O↑

CaCO3 → CaO+CO2↑

CaO+SiO2 → CaSiO3

Основными строительным материалом являются цемент, бетон, шлакобетон и железобетон.

Бетон – смесь щебня и песка с цементом. При смешивании цемента со шлаком получают шлакобетон. Бетонные сооружения получают ещё более прочные, если в бетон закладывают каркас из железных стержней. Такой строительный материал называется железобетоном. Из него воздвигают капитальные строительные объекты: заводские корпуса, плотины и другие сооружения.

Деловая игра

Давайте представим, что вы все работники лаборатории цементного завода. Главным технологом завода. Директор завода получает жалобу на плохое качество цемента от строительного комбината «Промжилстрой» . Технолог обращается в экспресс-лабораторию с заданием, исследовать пробы цемента на наличие известняка, т.е. карбоната кальция.

Лабораторная работа (ТБ)

Задание: исследовать пробы цемента на наличие известняка, т.е. карбоната кальция.

Вывод: результаты анализа показывают, что пробы не содержат карбонат кальция, что говорит о том, что в технологии производства нет нарушений.

3. Обобщение и систематизация.

А теперь каждая группа выступит в роли работников экономического отдела. Задание:

1.      Рассчитать массу сырья, необходимую для получения 1 тонны оконного стекла.

2.      Рассчитать массу сырья, необходимую для получения 1 тонны калиевого стекла.

 IV.            Рефлексия

Давайте вернемся к задачам урока. Достигнуты ли они? Какие новые знания вы получили сегодня на уроке? Давайте сравним свои качества характера со свойствами веществ, о которых мы говорили на сегодняшнем уроке. Например, Вова имеет такой же твердый характер, как кремнезем, а Таня похожа на художественное стекло, она часто краснеет  и т.д.

4. Домашнее задание: § 30 полностью, записи в тетрадях.