Урок с элементами исследования по теме « Синтетические волокна»

Урок с элементами исследования по теме

« Синтетические волокна»,

учителя химии лицея города Астаны школа № 39

Жумабекова Гулим Галымовна

Химия – одна из интереснейших и практически значимых наук. Её роль в системе школьного образования обусловлена значением науки химии в познании законов природы и развитии производительных сил общества. Но с учётом современных условий химическое образование должно оптимально удовлетворять интересам личности.

Химическое образование – неотъемлемая часть естественнонаучного образования на всех ступенях школы. Развитие химического образования должно осуществляться на основе ведущих принципов государственной политики в области образования: его демократизации, дифференциации и гуманизации, а также положительных традиций и практического опыта отечественной школы. Для гуманизации химического образования (раскрытия связей между химическими знаниями и повседневной жизнью человека) я использую различные формы уроков. Так, например, на уроке по теме «Синтетические волокна» я применяю исследовательский метод. Привожу план этого урока.

Цель урока: а) ознакомить учащихся с современной классификацией волокон, их применением, промышленным осуществлением важнейших химических процессов, с общими научными принципами производства;

б) обучить исследовательским методам распознавания волокон.

Задачи урока: учащимися приобретаются навыки составления таблиц, оформления наблюдений в письменном виде, умения анализировать, сравнивать, обобщать.

Для проведения урока необходимы:

1. Таблица «Классификация волокон»;

2. Схема «Формование ацетатного волокна»;

На столах учащихся: коллекция «Волокна», таблица «Исследование свойств волокон», щипцы тигельные, палочка стеклянная, штатив для пробирок, пробирки химические – 4 штуки, спички, чашка Петри, два образца тканей, раствор H₂SO₄ (1:5), раствор H₂SO₄ (3:2), раствор HNO₃ (1:5), 10% - ый раствор NaOH.

Ход урока.

Учитель: Цель этого урока – познакомить с ещё одной областью народнохозяйственного применения синтетических высокомолекулярных веществ, современной классификацией волокон. Научиться различать их по внешнему виду, отношению к нагреванию, к действию реактивов.

1. Опрос домашнего задания

Учитель: В начале урока мы с вами вспомним основные положения предыдущего занятия.

Устный опрос:

1. Какие способы получения полимеров мы с вами изучили на предыдущем занятии? Приведите примеры уравнений реакций получения полимеров.

2. Почему отходы (брак, лом) из термопластичных полимеров можно отправлять на вторичную переработку, а отходы из термореактивных полимеров не подвергаются вторичной переработке?

(У учащихся, ответивших на вопросы, проверяются тетради с письменным домашним заданием. При этом предполагается поставить оценки 2-3 ученикам).

Письменные задания:

1. Индивидуальное (на карточке).

а) Относительная молекулярная масса бутадиенового каучука равна 80000 – 450000. Определить степень полимеризации бутадиенового каучука. Напишите уравнение полимеризации бутадиена.

Дано:

m_{бутадиен. каучука} = 80000 – 450000 n_н = 80000 / 54 = 1481,48

n_в = 450000 / 54 = 8333,33.

n - ?

Уравнение полимеризации бутадиена:

СН₂ = СН − СН = СН₂ → (−СН₂ − СН = СН − СН₂ −)_n .

б) Какой каучук обладает большей эластичностью и износостойкостью – бутадиеновый или дивиниловый и почему?

2. Задание для класса.

Напишите уравнение сополимеризации бутадиена – 1,3 и стирола.

n СН₂ = СН − СН = СН₂ + nСН₂ = СН → (−СН₂ − СН = СН − СН₂− СН₂− СН−)n

Так получают бутадиен-стирольный каучук, обладающий высокой механической прочностью.

Дополнительные вопросы:

1) Приведите примеры полимеров: а) термопластичных; б) термореактивных.

2) Какую геометрическую форму могут иметь молекулы полимеров? Как их можно различить?

(Итого оцениваются ещё не менее 5 учащихся.)

2. Тема «Синтетические волокна»

Введение: Когда перечисляют нужды людей, на втором месте после пищи упоминают одежду. Одежда защищает нас от холода зимой и от зноя летом, она нужна нам и весной и осенью, её мы пользуемся всю жизнь. Вот почему основная масса всех тканей, идет на одежду.

Кроме того, ткани используются при отделке помещений, для обивки салонов автомобилей, вагонов, самолетов и пароходов. Они нужны при производстве мебели, электроаппаратуры, всевозможных проводов и кабелей, и во многих других производствах.

Из прочных технических тканей делают брезенты, мешки, кули. Вместе с резиной мы видим их в покрышках автомобильных шин, в резиновой обуви, в плащах.

Из материи специальных сортов делают парашюты, аэростаты, палатки, надувные лодки и матрацы. А из тканей и сжатого воздуха строят большие склады, навесы, временные производственные помещения и зрелищные залы, например для цирковых представлений.

То есть современная промышленность использует волокна различного типа.

1. Классификация волокон.

Таблица «Классификация волокон»

Волокна
природные		химические
растительного происхождения	животного происхождения	искусственные	синтетические

Учащиеся изучают коллекцию тканей и волокон и переписывают таблицу в тетрадь (5 минут).

Учитель: В зависимости от происхождения и способа получения волокна делятся на следующие группы:

а) Природные волокна растительного происхождения получают из соответствующих растений (лён, хлопок, конопля).

б) Природные волокна животного происхождения получают из различных животных: шерстяное волокно – из шерсти коз, овец, лам, кроликов и др.; шёлковое волокно – из коконов тутового шелкопряда (крепдешин, креп-жоржет и др.) или дубового шелкопряда – (чесуча).

в) Искусственные волокна получают путем химической обработки природных полимеров, например целлюлозы, которую выделяют из древесины или хлопкового пуха (вискоза, ацетатное волокно, медноаммиачное).

г) Синтетические волокна в отличие от искусственных получают из синтетических полимеров (капрон, лавсан, нитрон, хлорин).

2. Выступление ученика с сообщением.

Ученик дает историческую справку о том, в каких странах и в каких объёмах производились волокна природного происхождения. Как это производство влияло на экономику, внутреннюю и внешнюю политику и в целом на развитие государств (5 минут).

Учитель: Почти до начала 20 века для изготовления волокон и тканей использовалось сырьё природного происхождения. Производство волокон из такого сырья требует большого количества труда. Так, чтобы получить 160 –170 кг волокна нужно снять урожай: хлопка – с 0,5 га; льна – с 1 га; шерсти – с 35 –38 овец; шёлка – 900 –920 коконов.

А за последние 100 лет население Земли увеличилось вдвое. Но ещё больше возросли потребности людей. Выработка природных волокон стала заметно отставать от спроса. Так, за последние 40 лет она увеличилась лишь на 25%, а спрос – на 100%. Устранить это несоответствие помогла химия. Ежегодно на заводах производятся миллионы километров химических волокон. На 1985г. производство химических волокон составляло более 28% от общего производства тканей.

Огромное значение химических волокон очевидно. Если затраты труда для производства капрона принять за 100%, то для вискозного шёлка они составят 60%, для шерсти 450%, а для натурального шёлка ещё больше – 25000%. Очевидно, что применение химических волокон особенно в технике оказывается наиболее выгодным.

3. Формование химического волокна.

Схема «Формование ацетатного волокна», см. Цветков Л.А. «Органическая химия» стр. 161

Учитель: Химические волокна получают путем формования, как из раствора, так и расплава. Суть формования в том, чтобы полимер неупорядоченной структуры превратить в материал с упорядоченным расположением молекул.

4. Получение важнейших синтетических волокон.

Учитель: Волокно капрон – продукт поликонденсации ε – аминокапроновой кислоты. Для производства капрона используют производное этой кислоты – капролактам.

СН₂ NH

O

H₂C C=0

+H₂O → H₂N − СН₂ − СН₂ − СН₂ − СН₂ − СН₂ − C

H₂C СН₂ OH

СН₂

(Учащиеся самостоятельно пишут поликонденсацию ε – аминокапроновой кислоты).

O Н О

nH₂N−СН₂−СН₂−СН₂−СН₂−СН₂−C → (−N−СН₂−СН₂−СН₂−СН₂−СН₂−C−)_n+nH₂O

OH

Капроновое волокно не впитывает влагу, не гниет, не поедается молью, очень устойчиво к многократной деформации, в чем превосходит натуральные волокна.

Это волокно относят к группе амидных волокон.

Вопрос к классу: Как вы думаете, почему эта группа так называется?

Волокно лавсан – продукт поликонденсации двухосновной терефталевой кислоты и этиленгликоля.

(Учащиеся самостоятельно пишут уравнение реакции).

О О О О

n C― ―C + nСН₂−СН₂→(− C− − C−O−СН₂−СН₂−O−)_n + 2nH₂O

НО ОН ОН ОН

Волокно лавсан отличается большой прочностью, значительной устойчивостью к высоким температурам, свету и другим реагентам. Ткани из лавсана не мнутся и не теряют форму.

Вопрос к классу: Волокно лавсан относится к полиэфирным волокнам. Почему?

(На этом этапе можно оценить ещё от 2-х до 3-х учеников.)

5. Исследование волокон (на 25 минут)

Учитель: В век полимеров крайне важно уметь различать волокна по внешнему виду, отношению к нагреванию, характеру горения и растворимости в растворах кислот и щелочей.

Ваши задачи:

а) исследовать характер горения и характер остатка двух образцов тканей;

б) определить растворимость этих образцов тканей в растворах кислот и щелочей;

в) по таблице определить тип волокна;

г) результаты исследований оформить в виде таблицы.

Учитель: Обратите внимание на скорость сгорания волокна, запах продуктов разложения.

В конце урока подвести итоги, проверить результаты.

3. Задание на дом (глава 8, §3, повторить §§1,2).

1. Перечислите достоинства и недостатки искусственных и синтетических волокон.

2. Какие экологические проблемы возникают в отношении синтетических волокон?

3. Какая масса ε─аминокапроновой кислоты была взята для получения капрона, если в результате реакции выделилась вода массой 72 кг?

Дано:

m_(H2O) = 72 кг

m _{ε─аминокапроновой к-ты} = ?

Решение:

O O

nH₂N─(CH₂) ─C → (─NH─(CH₂) ─C─)_n + nH₂O

OH

X г кислоты – 72000 г H₂O

n131 г кислоты – n18 г H₂O

Х = 524000 г = 524 кг

Ответ: m _к-ты = 524 кг.

4.Волокно амид получают поликонденсацией гексаметилендиамина NH₂─(CH₂)₆─NH₂ и адипиновой кислоты НООС─(CH₂)₄─СООН. Составьте уравнение реакции. Какая масса этих продуктов расходуется для получения поликонденсата массой 5 т, если массовая доля потерь составляет 5%.

Дано mанида=5т Wпотерь=5%	Решение 1) 5 т – 95% mтеор. – 100% mтеор. = 5 т * 100% / 95% = 5,263 т 2) X г амина – 5,263 т анида 116 г амина – 244 г анида Х = 116 * 5,263 / 244 = 2,5022 т 3) Y г кислоты – 5,263 т анида 146 г кислоты – 244 г анида Y = 146 * 5,263 / 244 = 3,149 т H O │ ║ H2N─(CH2)6─NH2+HOOC─(CH2)4─COOH→H2N─(CH2)6─N─C─(CH2)4─COOH + H2O Ответ: mамина = 2,5 т; mкислоты = 3,15
mамина=? mкислоты=?

Заключение

При проведении урока с элементами исследования были опрошены и оценены не менее 10 учащихся. Как правило, нестандартная форма проведения уроков вызывает интерес к предмету, повышает усвояемость материала, снижает эмоциональные нагрузки.

Разносторонняя подача учебного материала заинтересовывает учащихся в дополнительном изучении предмета и работе с литературой за пределами школьной программы.

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ВОЛОКОН

№ п/п	Название волокна	Характер горения	Характер остатка	Действие продуктов на индикатор разложения	Действие кислот и щелочей
					H2SO4 (1:5)	H2SO4 (3:2)	HNO3 (1:3)		NaOH (10%)
1 2	Льняное Хлопковое	Горит быстро с запахом жжёной бумаги	Серая зола (пепел)	Окрашивает лакмус в розовый цвет	Устойчиво	Растворяется		Устойчиво		Устойчиво
3 4	Шерстяное Шёлковое	Горит медленно, вспучивается, с запахом жженых перьев (рога)	Черный хрупкий шарик, растирающийся в порошок	Окрашивает лакмус в синий цвет	Устойчиво	Теряет прочность через 30 мин.		Устойчиво		Растворяется. Теряет прочность
5	Вискозное	Горит быстро с запахом жжёной бумаги	Легко рассыпающийся светло-серый пепел	Окрашивает лакмус в красный цвет	Устойчиво	Теряет прочность		Устойчиво		Растворяется
6	Ацетатное				Устойчиво	Устойчиво		Устойчиво		Теряет прочность (омыляется)
7	Капроновое	Размягчается, затем плавится, издавая запах мышиного помета	Блестящий шарик с окраской от коричневой до черной	Окрашивает лакмус в синий цвет	Устойчиво	Растворяется		Устойчиво		Устойчиво
8	Хлориновое	Не воспламеняется, а спекается, издавая резкий запах (хлороводорода)	Спекшаяся масса черного цвета	Окрашивает лакмус в красный цвет	Устойчиво	Устойчиво		Устойчиво		Устойчиво
9	Нитроновое	Горит быстро, с потрескиванием, желтым пламенем, запахом жжёного рога	Твердый осадок черного цвета	Окрашивает лакмус в синий цвет	Устойчиво	Теряет прочность		Устойчиво		Набухает
10	Лавсановое	Воспламеняется с трудом, плавится, а затем горит медленно коптящим пламенем, образуя коричневые пары	Твердый темный блестящий шарик	Окрашивает лакмус в синий цвет	Устойчиво	Устойчиво		Устойчиво		Устойчиво