Урок по химии "Силикатная промышленность"

Открытый урок
                                  по химии

9 класс
                                                 «Силикатная промышленность»

Учитель химии Вандышева С.Б.

2018 год

Типурока:Комбинированный.
Цели урока:  Сформировать представления о силикатной промышленности, о производстве керамики, стекла и цемента. Показать применение соединений кремния для нужд человечества. Познакомить учащихся с производствами силикатнойпромышленности.
Задачи урока:  Научить детей самостоятельно находить необходимый материал к изучаемой теме. Активизировать способность учащихся говорить “химическим языком”, выражать свои мысли терминологически грамотно и свободно.
Оборудование: образцы глины и кварцевого песка, изделий из стекла, фарфора и фаянса, компьютер, проектор.

Ходурока.

1.Организационныймомент.
2. Подготовка к восприятию нового материала.
Беседа с классом по вопросам:
1)  Где располагается элемент кремний в периодической системе элементов?
2)  Каково содержание кремния в земной коре?
3)  Какие наиболее распространённые соединения кремния вам известны?
4)  Как получают кремний в промышленности?
5)  Какую кристаллическую решётку имеет оксид кремния (IV)?
6)  В виде чего встречается оксид кремния (IV) в природе?
7)  Что представляет собой кремниевая кислота?
8)  Как называются соли кремниевой кислоты?
9)  Какими химическими свойствами обладают соли кремниевой кислоты?
Тем временем у доски работают два ученика.
1-й ученик: Написать уравнения реакций, характеризующих химические свойства оксида кремния (IV).
2-й ученик: Решить задачу.
Какая масса кремния образуется при восстановлении углём 60 г оксида кремния (IV), содержащего 5% примесей?
3. Изучение нового материала.
Слово учителя: А сейчас давайте перейдём к изучению нового материала, но тему объяснять сегодня буду не я. У нас в гостях представители трёх министерств: цементного, стекольного и керамического. Каждый министр пришёл со своим технологом и историком, они и познакомят нас с тем, что представляет собой силикатная промышленность и чем она занимается.
1. Цементное министерство.
Министр. Нам для производства цемента необходима глина (каолин). Цемент – это основной строительный материал. Без него не может существовать строительство любого масштаба – это и строительные блоки, и плиты, и трубы, и кирпич, и бетон, и шлакобетон, и железобетон. Посмотрите, сколько было построено благодаря цементу (показ слайдов).

и т.д.

Технолог. Цемент – это вяжущие материалы, употребляемые в строительстве для скрепления между собой твердых предметов. Только в редких случаях в природе встречаются такие известняковые глины, в которых глина и известняк находятся в том самом состоянии, которое требуется для изготовления портланд–цемента. Мощные залежи такого цементного камня находятся у нас на Черноморском побережье Кавказа. В промышленности цемент получают спеканием глины и известняка в специальных вращающихся печах. Цементным клинкером называют продукт обжига смеси глины и известняка, а цементом – мелкозернистый клинкер с минеральными добавками, регулирующими его свойства. Если смешать порошок цемента с водой, то образуется цементное тесто, или, как его называют строители, “раствор”, который постепенно затвердевает. Вяжущие свойства цемента обусловлены способностью цементных минералов взаимодействовать с водой и оксидом кремния (IV) и при этом затвердевать, образуя прочную камневидную структуру. При добавлении к “раствору” песка или щебня в качестве наполнителя получают бетон. Прочность бетона возрастает, если в него вводится железный каркас, - получается железобетон, из которого готовят панели для зданий, блоки перекрытий, фермы мостов и т. д. Недавно удалось совместить бетон и дерево, этот материал очень удобен, его легко резать и самое главное – он экологически чистый.

Историк. Цемент был известен еще римлянам, которые получали его из извести, вулканического пепла и жженой извести. Например, из цемента был сделан водовод, проложенный по самому большому из построенных римлянами мостов длиной 275 м и высотой 49 м, перекинутым через речку Гардон у города Ним свыше 2000 лет назад. А при восстановительных работах в Москве уже в 1817-1821 годах инженером Е. Г. Челиевым (Челидзе) был разработан способ получения цемента из глины и известняка. Но рецепт был забыт. А в 1824 году каменщик Д. Аспдин в Англии получил патент на производство цемента, похожего на портландский камень, который добывали около города Портланда.

2. Стекольное министерство.
Министр. Нам для производства стекла нужен кварцевый песок. Стекло — это твердый силикатный материал, основным свойством которого являются прозрачность и химическая стойкость. Сегодня невозможно представить жизнь без этого чудесного материала (показ слайдов).

Технолог. Стекло – аморфный материал, представляющий собой переохлажденную жидкость. Стекло получают варкой шихты в специальных стекловаренных печах. Шихта – это сырьевая смесь, состоящая из песка, соды и известняка). Основные реакции, происходящие при плавке этой смеси, выражаются уравнениями: (записывает на доске)
Na2CO3 + SiO2 = Na2Si03 + CO2
СаСО3 + SiO2 = CaSiO3 + СО2 и наконец:
Na2SiO3 + CaSiO3 + 4SiO2 = Na2O • CaO • 6SiO2
Процесс осуществляют в печах при температуре 1100—1600 °С, после чего образовавшуюся стекломассу постепенно охлаждают. Стекло имеет ценное свойство — оно не сразу переходит из жидкого состояния в твердое, а сначала делается вязким. В этом состоянии стекло можно выдувать, вытягивать или обрабатывать прессованием.
Окрашенные стёкла получают введением в шихту различных оксидов:
NiO придаёт стеклу разнообразную цветовую гамму — от фиолетовой до жёлтой и серо-коричневой,
Сг₂ О₃ сообщает ему травянисто-зелёную окраску,
СuО или СoО — синюю,
оксиды железа — от голубовато-зелёной (FeO) до красно-бурой (Fe₂ O₃ ), Mn₂ O₃— фиолетовую или пурпурную,
Сu₂ О — красную,
Sb₂ O₃ — жёлтую,
U₃ O₈ — желтовато-зелёную (урановое стекло),
коллоидные растворы меди и золота — рубиново-красную (“медный рубин” и “золотой рубин”).
Молочное стекло образуется при введении в шихту порошка полевого и плавикового шпатов. Такое стекло используют для изготовления светильников.
При замене оксида кальция на оксид свинца получается хрусталь — стекло, обладающее способностью сильно преломлять лучи света. Его используют в оптике и для изготовления хрустальной посуды, ваз, подсвечников, люстр.
Обычное стекло размягчается при температуре 500—600 ° С, поэтому в лабораторной практике часто применяют термостойкое боросиликатное стекло (пирекс), содержащее оксид бора В₂ О₃. Такое стекло плавится при температуре выше 800 °С.
Историк. Природное вулканическое стекло (обсидиан) и тектиты — стёкла метеоритного происхождения — уже в каменном веке использовались людьми для изготовления примитивных орудий труда. Производство стекла также уходит своими корнями в глубокую древность. Древнее стекло обычно было цветным и непрозрачным.
Первые стеклянные изделия появились уже в 4 тысячелетии до н. э. В Древнем Риме делали листовое стекло. Центром стеклоделия в средние века был о. Мурано (в Венецианской лагуне). Муранское стекло и сегодня одно из самых знаменитых в мире.
На территории Древней Руси было много центров стеклоделия. В Древнюю Русь это искусство пришло из Византии. Промышленное производство стекла в России началось в первой половине 17 века. Основоположником научного подхода к стеклу был М. В. Ломоносов. Он провел более 2000 плавок стекла, создал 40 мозаик из цветного стекла.

3. Керамическое министерство.
Министр. Нам для производства нужна глина – каолинит. Керамика - это общее название многочисленных материалов, полученных при спекании глин с различными минеральными добавками. Универсальную классификацию керамик создать трудно, но можно выделить следующие типы.
1. Благодаря экономичности производства, высоким физико-механическим и художественно-декоративным качествам керамические материалы широко используются как строительные и декоративные. Это кирпич, пустотелые блоки для стен, перегородок, перекрытий, облицовочные плитки, изразцы, терракотовые и майоликовые детали в архитектуре, канализационные и дренажные трубы.
2. Огнеупорная керамика используется в производстве металлов, цемента, стекла, для кладки высокотемпературных печей, футеровки их внутренней поверхности.
3. Химически стойкие керамики заменяют или защищают металлы в производствах, связанных с агрессивными средами, например в химической промышленности.
Тонкая керамика включает в себя изделия из фарфора и фаянса. К ним относятся бытовая и химическая посуда, художественные изделия, изоляторы разных типов (показ слайдов).
Технолог. Процессы производства многообразны и в общих чертах сводятся к:
• обработке сырья;
• приготовлению керамической массы;
• формированию изделий и их сушке;
• обжигу;
• отделке.
В современном производстве эти операции обеспечиваются специальным оборудованием в оптимальных технологических режимах.
Глины представляют собой главным образом смесь каолинита со многими другими веществами. Глина, которая идет для изготовления кирпичей, содержит много железа. Эти соединения и придают кирпичам их специфическую красную окраску. Влажная глина мягка и пластична; ей легко можно придать любую форму. После высушивания глина становится твердой, но от воды снова размягчается. Если глину обжечь при высокой температуре, то получается масса, которая уже не способна размягчаться в воде. Этим и пользуются в производстве керамики. Глины, приближающиеся по своему составу к каолиниту, называются каолинами, или фарфоровыми глинами. Каолин обычно белоснежный, иногда с желтоватым оттенком. Из таких сортов глины изготовляют фаянсовые и фарфоровые изделия. Фаянс состоит в основном из глины, характеризуется высокой пористостью и водопоглощением. Фарфор – состоит из глины, кварца и полевого шпата. Характеризуется белым цветом, отсутствием пористости, высокой прочностью, химической и термической прочностью.
Историк. В древнем мире керамические изделия были распространены по всей территории Земли. Керамическая посуда встречается трех видов. Самой древней является майолика – пористая посуда, покрытая непрозрачной эмалью, обожженная при невысокой температуре. Расцвет майолики приходится на 15-18 века. В 16 веке в Европе появился фаянс. Свое название он получил от города Фаэнца в Северной Италии. А вот фарфор впервые появился в Китае в первые века новой эры. Долгое время китайские мастера хранили в строжайшем секрете рецепт производства фарфора, и в Европу фарфор попадал по Великому Шелковому пути, и здесь он считался предметом роскоши.
Рецепт фарфора в Европе открыл майсенский химик И. Беттгер в 1720 году. И до сих пор эта марка фарфора считается наиболее качественной наряду с английским фарфором из Веджвуда.
Первый русский фарфор был получен Дмитрием Ивановичем Виноградовым. В 1744 г. по указу императрицы Елизаветы Петровны под Петербургом была основана Порцелиновая мануфактура (Императорский фарфоровый завод).
Слово учителя. Подведение итогов урока.
Домашнее задание: §33, задача 11 на стр.56 (д.м.).