Силикатная промышленность:вчера, сегодня, завтра.
план-конспект урока по химии (9 класс) по теме

Конспект урока – выставки

 « Силикатная промышленность: вчера, сегодня, завтра».

Цель урока:

Познакомиться с силикатной промышленностью и её продукцией.

Задачи урока:

1. Познакомиться с отраслями силикатной промышленности
2. Кратко познакомить с историей применения человеком природных силикатов
3. Рассмотреть химизм производства стекла, керамики, цемента
4. Показать многообразие изделий из природных силикатов
5. Провести профориентационную работу

Ожидаемый результат:

Ход занятия.

1. Организационный этап: учащиеся на своих рабочих местах, приветствуют учителя.
2. Подготовка учащихся к осознанному выполнению работы: учитель знакомит учащихся с целью занятия и расшифровывает понятие «природные силикаты».

Вступительное слово учителя: Изучив тему « Кремний и его соединения» мы познакомились с природными веществами, содержащими кремний. Это глина и  песок. Их называют природными силикатами. Глина и песок самый доступный природный материал, т.к. встречается повсеместно. Ещё в древние времена человек оценил возможности этих материалов и стал использовать в изготовлении строительных материалов и предметов быта.

           В XXI веке мы не мыслим свою жизнь без предметов сделанных из глины также как и в первом. К самым распространённым относятся: посуда , фарфор, керамика, облицовочная плитка, фаянсовая сантехника, кирпичи, цемент и стекло от оконного до увеличительного.

 Промышленность, которая занимается производством различных строительных материалов, стекла и керамики из природных силикатов называется силикатной  и включает в себя три основных направления: производство стекла, производство цемента и производство керамики.

Наш урок не обычный. Мы совершим экскурсию на выставку. В толковом словаре читаем « выставка – это собрание каких-нибудь предметов, расположенных где-нибудь для обозрения, а так же место такого обозрения.

И так, добро пожаловать на выставку «Силикатная промышленность: вчера, сегодня, завтра».

Стенд №1 « Керамика».

Экскурсовод№1.С химической технологией гончарного ремесла люди были знакомы ещё в древности. Основным сырьём для этого процесса стала глина. Изготовление керамических изделий основано на свойстве глины при смешивании её с небольшим количеством воды, образовывать пластическую массу. Этой массе можно придать любую форму, которая сохраниться после высыхания и закрепляется посредством обжига при высокой температуре. В состав глины входит каолин (  AI2O3 . 2SiO2 . 2H2O ) и в виде механических примесей песок ( SiO2)  и известняк( CaCO3). С тех далёких времён сырьё и технология не изменились, а процесс подготовки сырья и производства готовой продукции ускорился.

Перед вами два образца: кусок глины и глиняный горшок. Проследим , на примере ЗАО Лихославльская керамика, технологическую цепочку превращения сырья в готовую продукцию.

( включаем видео фильм)

Экскурсовод№2

Ты – глины ком.

Какая это мука, так долго спать!

Теперь тебе пора в нечёсаной, в звериной чаще слуха

Очнуться под руками гончара.

А он – гончар – не опускает руки.

И круг бежит, и ты на этом круге.

И так ли важно, что тебе дано:

 горшком предстать, иль амфорой родиться

Работа не должна остановиться!

Экскурсовод№3Самой благородной керамикой считается фарфор. Его родина – Китай, где уже в220 году до н.э. было освоено его производство. Природа создала благоприятные условия для его изобретения и  производства именно в Китае. Дело в том, что в одной из провинций имеются неисчерпаемые запасы уникального минерала « фарфорового камня», состоящего из кварца, полевого шпата и глины.

Естественно, что многие европейские учёные пытались разгадать тайну китайского фарфора. В России состав фарфора был разработан в 1746 году М.В.Ломоносовым и налажено его производство на императорском заводе под Петербургом.

Характерными признаками фарфора являются: тонкость изделия, белый цвет, отсутствие пористости, термическая и химическая прочность.

Стенд№2 «Строительные материалы».

Экскурсовод№4.Современная силикатная промышленность – важнейшая отрасль народного хозяйства. Она обеспечивает основные потребности страны в строительных материалах. Из всего многообразия строительных материалов, производимых из природных силикатов, мы представим вам сегодня кирпич и цемент, используемый для приготовления связывающего раствора.

8 000 лет назад появились первые города. Уже в то время широко применялся кирпич – древнейший строительный материал, изготовляемый из глины.

Красный глиняный кирпич изготавливают из замешанной с водой глины с последующим формованием, сушкой и обжигом. Плохо высушенный сырец при обжиге неизбежно приведёт к образованию трещин. Важнейшими характеристиками кирпича  являются влагопоглощение и морозостойкость. При понижении температуры, вода, попавшая, в поры кирпича замерзает, и может его разломать, поэтому кирпичную кладку защищают штукатуркой или окрашивают. Кстати, красный цвет кирпичу придает оксид железа (Fe2O3), встречающийся в глине в виде примесей.

Силикатный кирпич имеет светло-серый цвет, меньшую влага- и морозостойкость, его нельзя применять для кладки печей, т.к. он не выдерживает длительного воздействия высоких температур, и для кладки фундаментов, т.к. не выдерживает длительного воздействия влаги.

Сырьём для производства силикатного кирпича служит известь (Ca(OH)2) и кварцевый песок (SiO2). Подготовленную массу прессуют и высушивают. В процессе сушки идёт химическая реакция с образованием силиката кальция, который и придаёт прочность и долговечность изделию.  

Ca(OH)2 + SiO2 = CaSiO3 + H2O

Экскурсовод№5. Цемент- это собирательное название различных порошкообразных вяжущих  веществ, способных при смешивании с водой образовывать пластическую массу, приобретающую со временем камневидное состояние. Слово « цемент» в переводе с латинского означает битый камень. Самая распространённая марка – портландцемент, была запатентована английским каменщиком в 1824 году. А первый цемент был открыт во времена Римской империи.

Основным сырьём для производства портландцемента являются известняк(CaCO3)  и глина, содержащая оксид кремния (IV). Эти вещества тщательно перемешиваются и их смесь обжигается в наклонных цилиндрических печах, длинна которых достигает 200м, а в поперечнике – около 5м. В процессе обжига печь медленно вращается  и исходные материалы постепенно движутся навстречу потоку раскалённых газов – продуктов сгорания поступающего топлива.

При повышенной температуре между глиной и известняком происходят сложные химические реакции. Простейшими из них являются обезвоживание каолини, разложение известняка и образование силикатов и алюмосиликатов кальция:        

AI2O3.2SiO2.2H2O            =      AI2O3. 2SIO2 + 2H2O

                CaCO3=CaO + CO2

CaO + SiO 2  =      CaSiO3

Образовавшиеся в результате реакций вещества спекаются в виде отдельных кусков. После охлаждения их размалывают до тонкого порошка.

Процесс затвердевания цементного теста объясняется тем, что различные силикаты и алюминаты, входящие в состав цемента, реагируют с водой с образованием каменистой массы. Чтобы цементное тесто не лопнуло, при затвердевании в него добавляют песок. Приготовить цементный раствор может любой из нас. Давайте попросим выйти из зала… Вот тебе все необходимые компоненты. Я буду говорить, а ты делай. Берём одну часть цемента, три части песка, добавим воды, всё тщательно перемешаем и зальём в форму , в результате получаем  готовое изделие.

Стенд№3. «Стекло».

Экскурсовод№6 Пою перед тобой в восторге похвалу

                            Не  камням дорогим, не злату, а стеклу.

                    Так писал Михаил Васильевич Ломоносов в « Оде стеклу» в1736 году. В словаре Ожегова читаем: Стекло- это прозрачный твёрдый материал, полученный из кварцевого песка и оксидов ряда металлов.

История стекла уходит своими корнями в Древний Египет, где впервые из него сделали бусы. На Руси стеклянные вещи: бокалы, браслеты  изготовлялись ещё в XI-XIII веках.          

           ВXVIII  веке Ломоносов открыл секрет изготовления цветных стёкл, а в XX веке существуют следующие его разновидности: Обыкновенное стекло, химическое, хрустальное, рубиновое, кварцевое, жидкое. Поговорим о каждом  чуть подробнее.

Экскурсовод№7. Обыкновенное стекло. История стекла своими корнями уходит в глубокую древность. Право изобретения его принадлежит древним финикийцам. Не будем пересказывать легенду об открытии стекла, известную каждому пятикласснику и сразу перейдём к более близким временам.

Первый стекольный завод в России был построен в 1636 году под Москвой, но особенно быстро стеклоделие развилось при Петре I.

Главный потребитель стекла в настоящее время – строительная индустрия. Больше половины всего вырабатываемого стекла приходится на оконное. Для его изготовления берут только чистый кварцевый песок, соду и известняк. Эти вещества тщательно перемешивают и подвергают сильному нагреванию, до 15000. Образовавшиеся при этом силикаты натрия и кальция сплавляются с песком, который берут в избытке.

Na2CO3+ SiO2               =       CO2  +  Na2SiO3

CaCO3 + SiO2      =       CaSiO3 + CO2

Стекло не является индивидуальным веществом, а представляет собой сплав нескольких веществ. Примерный состав обычного оконного стекла можно выразить формулой  Na2O .  CaO . 6SiO2 .

Экскурсовод№8Производство стекла: Расплавленное стекло при охлаждении твердеет не сразу, а постепенно загустевает, образуя сначала вязкую массу. Благодаря этому свойству стекло подвергается формовке – в разогретом состоянии ему можно придавать любую форму. Для формовки стеклянных изделий применяют выдувание ( бутылки, электролампы), прессование (пуговицы), прокатку ( зеркальное стекло), вытягивание (листовое стекло, стеклянные трубки). Вытягивание листового стекла путём вытягивания происходит при помощи специальных машин. В них полужидкое стекло выдавливается через щель, и при помощи специальных вальцов вытягиваются листы.

Экскурсовод№9. Химическое стекло. Если при производстве стекла соду заменить на поташ K2CO3, то получают более тугоплавкое стекло. Примерный состав такого стекла можно выразить следующей формулой K2O . CaO.6SiO2. Тугоплавкое стекло используют для изготовления химической посуды ( пробирок, колб и т.д.).

Экскурсовод№10. Кварцевое стекло получают из чистого песка. Расплавленный песок, остывая, образует стекловидную массу. В отличии от обычного стекла кварцевое  мало изменяется в объёме при изменении температуры. Посуду, изготовленную из него можно накалить до бела, а затем бросить в холодную воду и она не трескается. Другое специфическое свойство – это способность пропускать ультрафиолетовые лучи, поэтому из него изготовляют  кварцевые лампы для физиокабинетов и посуду для микроволновых печей.

Экскурсовод№11. Хрустальное стекло.  Если в качестве сырья берут поташ, оксид свинца(II) и песок, то дополучают хрустальное стекло. Считают, что хрусталь был открыт в Англии в XVII  столетии и характеризуется высокой прозрачностью, хорошим блеском, характерным звоном и большой плотностью. Изделие из хрусталя в руке чувствуется по массе. Хрустальное стекло сильно преломляет свет, поэтому применяется в оптике для изготовления линз и призм.

Экскурсовод№12. Для приготовления цветных стекол к сырью добавляют оксиды соответствующих металлов. Так, например, при добавлении оксида кобальта (II) получают синее стекло, оксид хрома(III) придаёт стеклу зелёный цвет, а железа(III) -жёлтый. Добавлением небольших количеств мелкораздробленного золота получают рубиновое стекло. Из такого стекла сделаны звёзды, украшающие московский кремль на Красной площади. Кремлёвские звёзды  были изготовлены на заводе « Красный май» Вышневолоцкого района. 

Экскурсовод№13. Выступающие передо мной рассказывали о стёклах в твёрдом агрегатном состоянии, а я хочу рассказать о жидких стёклах. К ним относят концентрированные растворы силикатов натрия  и калия, получаемые при сплавлении оксида кремния(IV) со щелочами или карбонатами.

SiO2 + Na2CO3 = Na2CO3 + CO2

Пропитанные жидким стеклом изделия из дерева и ткани плохо загораются, поэтому таким способом обрабатывают материалы, идущие на изготовление театральных декораций. ( демонстрация опыта).

Экскурсовод№14. В своём стихотворении « Письмо о пользе стекла» М.В.Ломоносов писал:

 Так в бисере стекло, подобяся жемчугу,

Любимо по всему земному ходит кругу.

Им красится народ в полунощных степях,

Им красится арап на южных берегах…

Почти 6 000 лет назад возникло стеклоделие и появились стеклянные бусы разных форм и размеров. Благодаря совершенствованию технологии изготовления со временем бусы становились всё мельче и мельче. Так появился бисер – мелкие бусинки с отверстиями для продевания нитки. В те далёкие времена стекло варили на кострах в толстостенных глиняных горшках. В них засыпали шихту – смесь чистого кварцевого песка, соды, извести и мела. Венеция на многие века стала единственным центром бисерного производства. Громадный сбыт бисера шёл в Европу. Особенно ценился очень мелкий ( диаметром 0,5 мм) и блестящий бисер.

В началеXVIII века становится популярным чешское стекло. Бисер из него легче поддавался обработке, гранению и шлифованию. Расцвет бисерного рукоделия в России пришёлся на начало XX века, но и сейчас искусство бисероплетения не забыто и мы предлагаем вам коллекцию изделий из бисера, выполненную девочками из кружка «Бисероплетение»

Итоги урока:  Заключительное слово учителя.

Сегодня мы с вами побывали на выставке изделий из таких природных материалов как песок, глина, известняк. Увидели всё многообразие окружающих нас предметов, сделанных на основе природных силикатов.

В заключении хочу попросить вас ответить на два вопроса и выполнить контрольное.

1. Понравилось ли вам сегодняшнее занятие?
2. Что из услышанного и увиденного сегодня особенно удивило?

Контрольное задание:

1. Из предложенного списка выбрать формулы оконного стекла, химического стекла, мела, соды, известняка, песка.

а/ CaCO3;    б/Na2O. CaO. 6SiO2;  в/SiO2;  г/Na2CO3;  д/K2O. CaO. 6SiO2.

2. Особые свойства хрусталю придаёт оксид свинца (PbO), оксид железа (Fe2O3),      

оксид алюминия(AI2O3)?

3. Благородной керамикой считается: фарфор, фаянс, изделия из красной глины?
4. Линзы делают из оконного стекла, из кварцевого стекла, из хрустального стекла?
5. Из какого кирпича кладут печи красного или силикатного?

Домашнее задание: Вы журналист местной газеты. Ваша задача рассказать о проходящей в городе выставке « Силикатная промышленность: вчера, сегодня, завтра».