Розробка уроку з хімії "Синтетичні високомолекулярні сполуки та їх застосування"

Про матеріал

Урок-ділова гра дає можливість засвоїти новий матеріал на практичних прикладах використання високомолекулярних синтетичних сполук в будівництві.

Перегляд файлу

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕПАРТАМЕНТ ОСВІТИ І НАУКИ

ДНІПРОПЕТРОВСЬКОЇ ОБЛАСНОЇ ДЕРЖАВНОЇ АДМІНІСТРАЦІЇ

НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНИЙ ЦЕНТР

ПРОФЕСІЙНО-ТЕХНІЧНОЇ ОСВІТИ У ДНІПРОПЕТРОВСЬКІЙ ОБЛАСТІ

ПРОФЕСІЙНО-ТЕХНІЧНЕ УЧИЛИЩЕ №6

49006, м. Дніпро, вул. Антоновича, 72а

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

ВІДКРИТОГО УРОКУ З ХІМІЇ

на тему: «Синтетичні високомолекулярні сполуки та їх застосування».

Роботу виконала:

Викладач хімії вищої категорії

ПТУ №6

Забоєнко Л.В.

Дніпро

2021р

Тема уроку: Синтетичні високомолекулярні сполуки та їх застосування.

Мета: а) ознайомити учнів з синтетичними високомолекулярними сполуками, їх будовою, властивостями на прикладі поліетилену;

б) поглибити знання учнів про реакції полімеризації та їх особливостями, ввести поняття «мономер», «полімер», «структурна ланка», «ступінь полімеризації», розвивати вміння писати рівняння реакції полімеризації, логічно мислити, вміння аналізувати та робити висновки;

в) з′ясувати галузі застосування полімерів; розглянути екологічні проблеми, пов′язані з використанням полімерів; виховувати бережливе ставлення до оточуючого середовища.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Основні методи: словесні, наглядні, демонстраційні, ілюстративно-наочні, інформаційні.

Обладнання та реактиви: натрій гідроксид (NaOH), сульфатна кислота (H₂SO₄), калій перманганат (KMnO₄), поліетиленові пакети, спиртівка, сірники, металічна горілка, вироби із поліетилену, кулестержневі моделі.

Для лабораторного досліду: поліетилен, пробірки, склянка з водою, сірники, металічна голка, розчин хлоридної кислоти (HCl), натрій гідроксиду (NaOH), калій перманганату (KMnO₄).

Для демонстрації презентацій: мультимедійний пристрій, електронні носії інформації.

Базові поняття і терміни: високомолекулярні сполуки, поліетилен, поліпропілен, полімери, макромолекули, елементарна ланка.

Хід уроку

Організація учнів.

Привітання. Налаштування учнів на робочий лад.

ІІ. Перевірка домашнього завдання.

Самостійна робота з картками (тестові завдання).
Фронтальне опитування:

а) Які ви знаєте природні високомолекулярні сполуки? Яка будова їх молекул?

б) Поясніть суть процесу утворення молекул крохмалю з глюкози.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу. Повідомлення теми і мети уроку.

Викладач: При вивчені органічної хімії ми знайомилися з високомолекулярними речовинами природного походження – білками, нуклеїновими кислотами, крохмалем, целюлозою, природним каучуком. Синтетичні високомолекулярні полімери набувають великого значення в різних галузях економіки – машинобудуванні, транспорті, зв′язку, будівництві. Ми повинні розглянути особливості будови і властивості синтетичних високомолекулярних сполук та їх застосування на прикладі поліетилену; ознайомитися з новим типом хімічної реакції – реакції полімеризації, навчитися писати рівняння реакції полімеризації; з′ясувати галузі застосування поліетилену як пластмаси; розглянути екологічні проблеми, пов′язані з використанням поліетилену.

Вивчення теми будемо проводити за планом:

І. Коротка історія виникнення полімерів.

2. Будова полімерів.

3. Властивості поліетилену. Лабораторний дослід «Поліетилен та його властивості».

4. Добування полімерів.

5. Застосування полімерів.

6. Екологічні проблеми, пов′язані з використанням полімерів.

7. Біотехнології в будівництві.

Викладач: на уроці працюють групи: «Історики», «Хіміки-дослідники», «Технологи», «Будівельники», «Екологи», «Науковці».

Коротка історія виникнення полімерів.

Викладач: Коли з′явилися полімери? Повідомлення від групи «Істориків».

Вперше промислове виробництво полімерів почалося в 20-30 рр. ХХ ст., коли почали застосовувати методи полімеризації. Масове виробництво полімерних матеріалів та їх застосування в будівництві почалося в 60 рр. ХХ ст. В наш час в світі виробляється більше 100 млн. тонн полімерних матеріалів. Останній час різко збільшився випуск таких важливих полімерів, як поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, полістирол. 25% полімерів застосовують для виготовлення будівельних і лицювальних матеріалів.

Будова полімерів.

Викладач: Яку будову мають полімери?

«Хіміки-дослідники»:

Полімери можуть мати таку будову: лінійну, розгалуджену, просторову.

Лінійні полімери характеризуються прямим нерозгалуженим ланцюгом макромолекули. Таку структуру мають поліетилен і поліпропілен. Наприклад:

А-А-А-А-А-А-А-…,

де А – елементарна ланка макромолекули.

Розгалуджені полімери – це полімери, в молекулах яких, крім головного ланцюга, є бокові ланцюги. Наприклад:

А-А-А-А-А-А-А-А-…

А А

Просторові полімери – це полімери, лінійні молекули яких сполучені між собою хімічними зв′язками. Наприклад, в резині – вулканізованому каучуку.

А – А – А – А – А – А –А - …

Поняття «Молекулярна маса» для полімерів має деякі особливості. В процесі полімеризації в макромолекули сполучається різна кількість молекул мономера. В результаті утворюються макромолекули різної довжини і відповідно різної маси.

«Хіміки-дослідники»: молекула етилену – С₂Н₄ – це молекулярна формула, а структурна – СН₂=СН₂. В молекулі етилену атоми вуглецю сполучені між собою подвійним зв′язком. За допомогою шаростержневих атомів можна побудувати його молекулу (учні демонструють модель молекули етилену).

Властивості поліетилену. Лабораторний дослід «Поліетилен та його властивості».

Викладач: «Хіміки-дослідники» продемонструють досліди, що підтверджують властивості поліетилену. Виконаємо лабораторну роботу «Поліетилен та його властивості», не забуваючи про правила техніки безпеки.

Інструкція до лабораторної роботи «Властивості поліетилену».

Ознайомтеся із зразками виробів із поліетилену, опишіть зовнішній вигляд.
Випробуйте зразок на дотик. Що відчуваєте?
Спробуйте розтягти, розірвати, зім′яти поліетиленову плівку. Що ви можете сказати про міцність поліетилену?
Занурте шматочок плівки у воду. Що спостерігаєте?
Шматочки поліетиленової плівки помістіть у пробірки з розчинами хлоридної кислоти HCl, натрій гідроксиду NaOH, калій перманганату KMnO₄, концентрована HCl._.Чи відбувається реакція з цими речовинами?
Обережно підпаліть шматочок поліетилену. Що спостерігаєте? Якого кольору полум’я? Чи утворюється кіптява?
Загасіть полум′я, спробуйте за допомогою стальної голки із розплаву витягти нитку. Чи можна назвати поліетилен термопластичним?
Чи можна назвати поліетилен токсичною речовиною?
Який висновок про хімічні властивості полімеру можна зробити на основі проведених дослідів?

Спостереження запишіть в зошит. Зробіть висновки.

Використовуємо презентацію.

$C:\Users\USER\Desktop\2016-2017\фото 16-17\Відкритий хімія\IMG_4309.JPG$

«Властивості поліетилену»

Ознака	Фізичні властивості поліетилену
Колір	Білого кольору
На дотик	Масний на дотик
Міцність	Міцний (важко розірвати)
Розчинність у воді	Нерозчинний у воді
Температура плавлення	Легкоплавкий
Пластичність	Термопластичний
Горіння	Горить блакитним полум′ям
Дія кислот, основ, окисників	Стійкий до дії кислот, лугів, окисників (виняток HNO₃ конц. роз′їдає поліетилен)
Розчин KMnO₄	Не окислює

Добування полімерів.

Викладач: Із якої сировини добувають поліетилен та інші полімери? Яким же способом отримують цей матеріал?

Представники групи «Технологи»

Сировиною для добування синтетичних високомолекулярних сполук є етилен, пропілен та ін.. ненасичені вуглеводні, які добувають із природного газу, попутного нафтового газу та кам′яновугільної смоли. Високомолекулярні полімери синтезуються реакцією полімеризації низькомолекулярних речовин. Останнім часом полімеризацію проводять при атмосферному тиску і кімнатній температурі в присутності триетилалюмінію і хлориду титану (IV). Синтезований таким шляхом поліетилен плавиться при більш високій температурі, має більшу механічну стійкість.

Полімерізація – це процес послідовного сполучення молекул низькомолекулярної речовини з утворенням високомолекулярної. Наприклад, реакція полімеризації поліетилену із етилену відбувається так:

Рівняння реакції полімеризації:

t°, Р

CH₂= CH₂+ CH₂= CH₂+ CH₂= CH₂+… - CH₂ - CH₂ - + - CH₂ - CH₂

мономер

- + - CH₂ - CH₂ - + … (- CH₂ - CH₂ -)_n

полімер

Група атомів - CH₂ - CH₂ - структурна ланка.

n - показує скільки молекул мономера сполучилося в процесі полімеризації, її називають ступіню полімеризації, а структурні ланки – СН₂ – СН₂ – структурні ланки поліетилена. Число n може мати значення від 300 до 100 тис. одиниць. Два представника полімерів – поліетилен і поліпропілен відносяться до лінійних полімерів, але фактично мають зигзагоподібну будову.

Які речовини можуть вступати в реакцію полімеризації? Це речовини, які мають подвійний зв′язок, а саме ненасичені сполуки, так як при розриві одного подвійного зв′язку в молекулі звільняється дві валентності. А це дає можливість з іншими молекулами. Молекула мономера і структурна ланка однакові за складом, але різні за будовою.

Мономер – вихідна низькомолекулярна речовина.

Полімер – це високомолекулярна речовина, що утворюється в результаті реакції полімеризації.

Структурна ланка (елементарна, мономерна ланка) – фрагмент (група атомів), що багаторазово повторюється в молекулі полімеру.

Ступінь полімеризації (n) – число, яке показує, скільки молекул мономеру вступило в реакцію.

Ступінь полімеризації (n) в молекулі поліетилену може коливатися в певних межах:

n=20 – рідина, має властивості мастил;

n=1500-2000 – тверда, пластична, гнучка;

n=5000-6000 – тверда, міцна.

Застосування полімерів.

Викладач: «Поліетилен – матеріал, який широко почали використовувати люди. В яких галузях промисловості використовують поліетилен?».

«Технолог»: Полімери застосовують в різних галузях промисловості:

для електроізоляції,
виготовлення шланг, труб, плівок, шестерен, деталей приборів.
предметів побутового призначення (відра, кухлі, фляги, каністри),
використовується як пакувальний матеріал для харчових продуктів, харчові продукти в упаковці із поліпропілену можна стерилізувати, варити, розігрівати.

Викладач: чи застосовуються полімери у будівництві та побуті?

$C:\Users\USER\Desktop\2016-2017\фото 16-17\Відкритий хімія\IMG_4299.JPG$

Представники групи «Будівельники»:

Полімери – це матеріали, які широко почали використовувати люди в будівництві. Спектр застосування полімерів в будівництві дуже широкий:

покриття підлоги;
внутрішнє лицювання стін та стель;
виготовлення тепло- і звукоізоляційних матеріалів (пінопласти, поропласти);
кровельні і антикорозійні матеріали;
віконні блоки і двері;
труби для водопостачання та водовідведення;
смола для покращення властивостей цементобетонів;
використання лаків, фарб, емалів, мастик (на полімерній основі) і т.д.

Екологічні проблеми, пов′язані з використанням полімерів.

Викладач: Чи забруднюють полімери навколишнє середовище?

Представники групи «Екологи»

Пластмасові вироби мають досить вагомі переваги для використання, але ще більше, на нашу думку, недоліків. Так, як їх стійкість до дії зовнішнього середовища призвела до глобальної проблеми забруднення навколишнього середовища. (Демонстрація слайдів, що підтверджують це).

Пластмаси: переваги і недоліки

Перевага пластмас	Недоліки пластмас
легкі; хімічно стійкі; низька теплопровідність; можливість забарвлювання; високі оптичні якості.	низька термостійкість; горючість; крихкість; пластмаси дуже важко розкладаються під дією світла і бактерій.

«Екологи»: основними критеріями оцінки екологічності будівельних матеріалів і виробів є їх екологічна чистота і екологічна безпека. Полімерні будівельні матеріали – це високомолекулярні сполуки, важлива складова частина пластмас. Сировиною для одержання полімерів є природний газ, попутний нафтовий газ, кам′яно-вугільний дьоготь. До їх складу входять 3 групи хімічних сполук:

а) зв′язуючі (різні смоли, полістирол, фенолоформальдегідні сполуки);

б) пластифікатори;

в) наповнювачі.

При оцінюванні екологічної чистоти полімерних будівельних матеріалів керуються такими вимогами:

а) полімерні матеріали не повинні створювати в приміщеннях стійкого специфічного запаху;

б) виділяти в повітря леткі сполуки в небезпечних для людини концентраціях;

в) стимулювати розвиток патогенної мікрофлори на своїй поверхні;

г) погіршувати мікроклімат приміщень.

Дослідження показали, що всі полімерні матеріали можуть виділяти токсичні леткі компоненти, які негативно впливають на здоров′я людини.

З екологічної точки зору при використанні полімерних матеріалів необхідно застосовувати нетоксичні матеріали, зменшити використання малотоксичних матеріалів.

Проблемною є утилізація полімерних матеріалів. Виділення газоподібних токсичних речовин в результаті горіння полімерних будівельних матеріалів є суттєво небезпечно для навколишнього середовища. При горінні пінопласту, лакофарбових матеріалів виділяється токсичний газ фосген, оксид вуглецю, діоксини, які викликають отруєння у людини і небезпечні для її здоров′я. (Демонстрація презентації).

Альтернативним варіантом вважається термічна переробка полімерних матеріалів в спеціальних камерах для отримання із них вторинної сировини.

Біотехнології в будівництві.

Викладач: Чи ведуться розробки по створенню нових екологічно чистих будівельних матеріалів? Повідомлення групи «Науковців».

Науковці: біологічні технології являються одним з основних загальносвітових напрямків науково-технічного прогресу, що забезпечують прорив отримання нових матеріалів. Вченими проводяться дослідження будівельних матеріалів, до складу яких вводяться бактерії, гриби. При використанні лактату кальцію (компонент молока) в бетонному розчині відбувається хімічна реакція, під час якої утворюється вапняк. Саме він і заповнює мікротріщини. Будівельні матеріали на основі біотехнології є екологічно чистими і безпечними для здоров′я людини. (Демонстрація презентації).

Узагальнення й систематизація знань.

Бесіда.

Що є сировиною для одержання полімерів?
Які властивості має поліетилен?
Яке застосування мають полімери?
Чи виділяють полімерні матеріали токсичні леткі компоненти?
Які екологічні проблеми пов′язані з використанням полімерів?

Скориставшись словами для довідки, підпишіть основні компоненти реакції полімеризації пропілену:

CH₂= CH + CH₂= CH + … ( - CH₂ – CH - )_n

CH₃ CH₃ CH₃

Слова для довідки: мономер, полімер, ступінь полімеризації, структурна ланка, хлорвініл, поліхлорвініл.

Тестове завдання «Встановіть відповідність».

Встановіть відповідність між галузями використання поліетилену та його властивостями.

Заповніть таблицю.

Тестове завдання «Встановіть відповідність»

Виготовлення предметів А. Нетоксичність, легкість.

побутового призначення (по-

суд, каністри, пакети).

Виробництво пакувальних Б. Пропускає ультрафіолетові

матеріалів, поліетиленової промені, не пропускає воду і

плівки. гази.

Виготовлення деталей, труб. В. Не проводить електричний

струм.

Виготовлення ізоляційних Г. Хімічна стійкість.

матеріалів.

Відповіді:

1	2	3	4

IV. Узагальнення і систематизація знань.

Бесіда.

Які сполуки називаються високомолекулярними?
Що спільного і що відмінного між молекулою етилену і елементарною ланкою поліетилену?
Обчисліть середню молекулярну масу полімеру, якщо його ступінь полімеризації дорівнює 10000.