Силикатная промышленность

Разработка урока химии с использованием  мультимедийных   презентаций  для 9 класса.

(Селиверстова Ольга Александровна, учитель химии МОУ СШ № 64 г.Волгограда)

Тема:«Кремний.Силикатная промышленность»

Цель урока:

Познакомиться с соединениями кремния, их ролью в жизни человека.

Задачи урока:

1. Сформировать понятие о силикатной промышленности.

2. Познакомиться с производством стекла, керамики и строительных материалов.

План урока.

Природные соединения кремния.

Применение кремния и его соединений.

Керамика.

Стекло.

Цемент.

Выводы.

Домашнее задание.

Вступление.

Глина и песок, природные вещества, содержащие кремний, самый доступный природный материал, т.к. встречается повсеместно. Глину и песок называют природными силикатами.

Ещё в древние времена человек оценил возможности этих материалов и стал использовать в изготовлении строительных материалов и предметов быта.

ВXXI веке мы не мыслим свою жизнь без предметов, сделанных из глины и песка: посуда, фарфор, керамика, облицовочная плитка, фаянсовая сантехника, кирпичи, цемент и стекло.

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.

Урок изучения нового материала сегодня пройдет в форме презентации. Класс был заранее разделен на три группы. Каждая группа приготовила сообщения с показом видеоряда по своей тематике и представила своим одноклассникам для дальнейшего обсуждения. Итак, начнем… Слово предоставляется …

Керамика

Ученик 1.С химической технологией гончарного ремесла люди были знакомы ещё в древности. Основным сырьём для этого процесса стала глина. Изготовление керамических изделий (глиняная, фарфоровая, фаянсовая посуда, керамическая плитка, фарфоровые куклы и другие изделия) 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.

Ученик 2.Самой благородной керамикой считается фарфор. Его родина – Китай, где уже в 220 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.

Стекло

Ученик 3.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 М.В. Ломоносов открыл секрет изготовления цветных стёкол, сейчас существуют следующие разновидности стекол: обыкновенное стекло, химическое, хрустальное, рубиновое, кварцевое, жидкое. Поговорим о каждом чуть подробнее.

Ученик 4. 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 получило развитие при ПетреI.

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 1500º. Образовавшиеся при этом силикаты натрия и кальция сплавляются.

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.

Ученик 5. Производство 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.

Ученик 6. 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.).

Кварцевое стекло получают из чистого песка. Расплавленный песок, остывая, образует стекловидную массу. В отличие от обычного стекла кварцевое мало изменяется в объёме при изменении температуры. Посуду, изготовленную из него можно накалить добела, 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.

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.

Ученик 7.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.

Триплекс - безопасное безосколочное стекло с высокой тепло- и шумоизоляцией (лобовые стекла автомобилей и др.). 

Жидкое стекло. 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.

Ученик 8.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 начале XVIII 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.

Ученик 9.Витраж (от лат. vitrum — стекло) — вид монументального искусства, произведение изобразительного декоративного искусства или орнаментального характера из цветного стекла. С давних пор витражи использовались в храмах.

Строительные материалы

Ученик 10.Современная силикатная промышленность – важнейшая отрасль народного хозяйства. Она обеспечивает основные потребности страны в строительных материалах.

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

Ученик 11. 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 влаго- 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

Ученик 12.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 каолина, разложение известняка и образование силикатов и алюмосиликатов кальция:

AI₂O₃×2SiO₂×2H₂O = AI₂O₃×2SiO₂ + 2H₂O

CaCO₃=CaO + CO₂

CaO+SiO₂ =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.

Бетон — искусственный камень, получаемый в результате формования и твердения смеси воды и заполнителей (песка и щебня или гравия). Смесь этих материалов до затвердения называют бетонной смесью.

Железобетон — строительный композиционный материал, состоящий из бетона и стали.

Подведем итоги урока:

- Что вам понравилось на сегодняшнем уроке?

- Какие продукты силикатной промышленности вызвали у вас наибольший интерес, что вы используете в быту?

Рефлексия

Соотнесите название вещества и формулы (соедини стрелками):

Ответьте на вопросы:

Что производит силикатная промышленность?

Что такое благородная керамика?

Как получают цветные стекла?

Какую роль в вашей жизни играет силикатная промышленность?

Заключение. 

Силикатная промышленность играет огромную роль в жизни человека.

Мы живём в домах, построенных из бетона и кирпича, едим из фарфоровой посуды, носим украшения из природных силикатов, украшаем свои жилища художественными произведениями из стекла, фаянса и фарфора. 

Домашнее задание: § 31, упр. 2 - 4. Подготовьте сообщение об использовании цветного стекла для создания витражей в Русской Православной Церкви.

Литература:

1.      Габриелян О. С. Химия 9 класс: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – М.: Дрофа, 2008

2.      Книга для чтения по неорганической химии. В 2 ч.: Ч. 2/Сост. В. А. Крицман. – М.: Просвещение, 1992

3. http://www.openclass.ru/

4. http://festival.1september.ru/