Урок по химии 11 класс "Полимеры"
материал по химии (11 класс) на тему

Открытый урок по химии в 11 классе. (слайд1)

Тема. Полимеры в современном мире. (слайд2)

Эпиграф: «Широко простирает химия руки свои в дела человеческие» (М.В.Ломоносов).(слайд3)

Цели:

образовательная: закрепить знание строения, свойства, способов получения; с целью расширения кругозора ознакомить учащихся с возможностями полимерных материалов; рассмотреть экологические проблемы.

развивающая: уметь четко и быстро отвечать на поставленный вопрос; умение постановки и поиска проблем.

воспитывающая: интерес к предмету; самостоятельность; ответственность; уяснить, что борьба за охрану природы это борьба за жизнь.

Тип урока: обучающий.

Форма урока: традиционный с элементами исследовательской и поисковой работы.

Оборудование:  компьютер с презентацией, тесты на карточках, химическая посуда, химические                                               .                            реактивы, сообщения учащихся, таблица полимеров.

Ход урока.

I. Организационный момент.

Учитель.   Ширкое внедрение полимерных материалов в различные области человеческой деятельности породило ряд новых важных проблем, с которыми человек сталкивается почти ежедневно. В частности, это проблема окружающей среды, знание особенностей, свойств и областей практического применения полимеров, возможности вторичного использования полимеров и т.д. и сегодня мы с вами рассмотрим некоторые проблемы.

II. Фронтальная беседа с классом. (слайд4,5,6)

1) Определение полимеров.  (полимеры  - вещества с очень большой молекулярной массой, содержащие многократно повторяющуюся группировку атомов)                                                                                                                                  2) Полимеры по получению. (природные – растительного происхождения (целлюлоза, крахмал), животного происхождения (белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук), минеральные (минералы, горные породы, волокно асбест); химические – химические полимеры, полученные переработкой природного полимера, называют искусственными (эфиры, целлюлоза), а химические полимеры, полученные синтезом, называют синтетическими (полиэтилен, полипропилен, капрон)                                                                                                                                       3) Полимеры по свойствам. ( разделяют на пластмассы, эластомеры, волокна)                                                                                                                                     4) Реакции синтеза полимеров.  (полимеризации – процесс соединения множества молекул мономеров в крупные молекулы – макромолекулы., то есть образование высокомолекулярного соединения (пример: синтез полиэтилена                                                                        ; поликонденсации – химический процесс соединения исходных молекул мономеров в макромолекуле, идущий с образованием побочного низкомолекулярного вещества (чаще вода) (пример: синтез крахмала

III. Изучение нового материала.

1. Беседа с классом о значении полимеров в современной жизни по следующим вопросам

• Где мы встречаемся с полимерами в повседневной жизни?
• Почему полимеры вытесняют традиционные материалы?
• Безопасное обращение с ВМС;
• А как же планета?
• Что же делать, чтобы полимеры не загрязняли природу? (слайд7)

Лабораторная работа: на столе у учащихся поставлены стаканчики с растворами серной кислоты, спирта, перманганата калия. Предлагается опустить в каждый стакан по полоске полиэтилена. Этот опыт требует времени, поэтому к нему мы вернемся по прошествии некоторого времени.

Обращаем внимание учащихся на записи на слайде8: “...В перспективе можно сказать, что знание общих свойств и специфических особенностей полимеров, в первую очередь синтетических, будет желательно для всякого образованного человека...”.

40% химиков мира работают в области технологии и химии ВМС.

1. Где мы встречаемся с полимерами в повседневной жизни? (слайд9)

Предлагаю учащимся совершить мысленно экскурсию по среднестатистической квартире. Ребята перечисляют предметы (телевизор, ковры, обои, холодильник, мебель, посуда и т.д.) выясняем, из каких материалов они сделаны. Оказывается, что полимеры окружают нас повсюду. Отсюда вытекает следующий вопрос.

2. Почему полимеры вытесняют традиционные материалы?

Обращаю внимание учащихся на результаты опыта. Беседуя, выясняем, что полимеры обладают такими свойствами, которых нет у традиционных материалов - это устойчивость к агрессивным средам (используются для изготовления упаковки), легкие (пенополистирол в строительстве), прочные (фенопласты) и т.д. В качестве примера исключительных свойств полимеров рассказываю о тефлоне. (слайд10)

Физические свойства

Тефлон — белое, в тонком слое прозрачное вещество, по виду напоминающее парафин или полиэтилен. Обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остается гибким и эластичным при температурах от —70 до +270 °C, прекрасный изоляционный материал. Тефлон обладает очень низкими поверхностным натяжением и не смачивается ни водой, ни жирами, ни большинством органических растворителей.

Химические свойства

По своей химической стойкости превышает все известные синтетические материалы и благородные металлы. Не разрушается под влиянием щелочей, кислот и даже смеси азотной и соляной кислот. Разрушается расплавами щелочных металлов, фтором и трифторидом хлора.

Применение

Тефлон применяют в химической, электротехнической и пищевой промышленности, в медицине, в военных целях, в основном, в качестве покрытий

Уход за посудой с тефлоновым покрытием

Тефлоновое покрытие не обладает большой прочностью, поэтому при приготовлении пищи в такой посуде следует использовать только мягкие — деревянные, пластиковые или покрытые слоем пластика — принадлежности (лопатки, половники и т.п). Посуду с тефлоновым покрытием нужно мыть в тёплой воде мягкой губкой, с добавлением жидкого моющего средства, без использования абразивных губок или чистящих паст.

Пищевая промышленность и быт

Благодаря несмачиваемости и термостойкости тефлон в виде покрытия широко применяется для изготовления  форм для выпечки, а также сковород и кастрюль. Тефлоновое покрытие в виде тончайшей плёнки наносят на лезвия бритв, что значительно продлевает срок их службы и облегчает бритьё.

Опасность тефлона

Сам по себе полимер очень устойчив и инертен в обычных условиях. Однако при нагревании свыше 200 °C, политетрафторэтилен разлагается с образованием токсичных продуктов. Кроме того, в производстве и при деструкции полимера, возможно образование перфтороктановой кислоты (сокращённо PFOA, или C-8) [4], которая по-прежнему используется в производстве тефлоновых покрытий.

Однако в январе 2006 г. фирма DuPont, единственный производитель в США, согласилась удалить остатки реагента со своих предприятий до 2015 г.[, хотя и не обязалась полностью исключить её применение.

Недавно тефлон стали связывать с повышением уровня холестерина и триглицеридов у людей, у животных заметны изменения объемов мозга, печени и селезенки, одновременно рушится эндокринная система, повышается риск рака, бездетности и отставания в развитии. Доказано, что C-8, попадая в организм лабораторных крыс, вызывает у них злокачественные опухоли, может привести к мутациям у потомства и нарушениям иммунной системы. Научные исследования доказали, что выделяемые из тефлона вещества могут увеличить риск ожирения, инсулиновые проблемы, рак щитовидной железы. Кроме того, тефлон угрожает, по крайней мере, девяти видам клеток, которые влияют на работу иммунной системы

Делаем вывод о том, что полимеры прочно вошли в нашу повседневную жизнь, но...

3. Безопасное обращение с полимерами.(отвечает ученик)

ВМС несут большую опасность, если не знать их свойства. Так как производство полимеров приносит большой доход, то в погоне за прибылью недобросовестные производители могут выпускать некачественную продукцию. В этом случае могут помочь различные журналы, которые начали учить потребителей разбираться в том многообразии товаров, которые предлагает рынок. На телевидении появилась очень интересная передача “Контрольная закупка”. Посуда из полимерных материалов безвредна, если использовать ее по назначению. Обязательно следует обращать внимание на маркировку и рекомендующие надписи типа; “Для пищи”, “Не для пищевых продуктов”, “Для холодной пищи”. Использование посуды не по назначению может вызвать не только изменения вкуса, но даже переход в пищу веществ, опасных для организма. Тарелки, кружки и другая пластмассовая посуда предназначена в основном для кратковременного контакта с пищей, а не для хранения ее, при котором из полимерных материалов могут выделяться нежелательные продукты. Не рекомендуется хранить, например, в полиэтиленовой таре жиры, варенье, вино, квас.

4. А как же планета? (отвечает ученик)

Если бы удалось собрать в одно место все металлы, выплавляемые за год, то получился бы шар диаметром около 500 м., на втором месте бумажный шарик –450 м., четвертый пластмассовый шар – 400 м. Темпы прироста производства полимеров во всем мире необычайно высоки. Где же в конце концов все это богатство окажется? На мусорной свалке.

Учитель. Предлагаю учащимся заглянуть в ведро для мусора. Ставлю на стол ведро, в котором лежат предметы, которые почти ежедневно попадают в него - пакет из-под молока, картофельные очистки, стаканчик из-под сметаны, капроновый чулок, консервная банка, бумага и т.д. Задаю учащимся вопрос: что будет с этим мусором через год, через 10 лет? (плавный переход к следующему вопросу).

5. Что же делать, чтобы полимеры не загрязняли природу?

Учитель. Для начала задаю вопрос: что объединяет мусор из ведра? Почти все они полимеры, но одни гниют, другие нет. Вывод: необходимо идти по пути подражания природе. В лаборатории хемоавтотрофного биосинтеза Красноярского института биофизики приспособили для целей синтеза полимеров водородные бактерии. Они вырабатывают полимер, получивший название “полиоксибутират” (слайд11,12) и по свойствам аналогичный полиэтилену. При этом новый материал за несколько недель полностью распался, а продукты распада - вода и углекислый газ.

Предлагаю учащимся рассмотреть некоторые  “Современные проблемы утилизации пластмассового мусора” (Приложение 1). (слайд13-15).

Приложение 1

Современные проблемы утилизации пластмассового

мусора.

Изделия из пластмасс, не содержащих хлора

(прозрачные пакеты (полиэтилен), пористые обувные подошвы (полиуретан), пластмассовые бутылки (полиэтилентерефталат), пенопласт, корпуса шариковых ручек, одноразовая посуда (полистирол)).

Признак, позволяющий отличить их от хлорсодержащих пластмасс: при аккуратном нагревание плавятся.

Ущерб природе: препятствует газообмену в почвах и водоёмах. Могут быть проглочены животными, что приводит к гибели последних. Кроме того, пластмассы могут выделять токсичные для многих организмов вещества.

Вред человеку: пластмассы могут выделять при разложении ядовитые вещества.

Пути разложения: медленно окисляются кислородом воздуха. Очень медленно разрушаются под действием солнечных лучей.

Конечный продукт разложения: углекислый газ и вода.

Время разложения: около 100 лет, может быть больше.

Способ вторичного использования (в больших масштабах): переплавка.

Способ обезвреживания (в небольших масштабах): сжигание.

Продуты образующиеся при обезвреживании: углекислый газ и вода.

Категорически запрещено сжигать указанные материалы в присутствии пищевых продуктов (могут образоваться диоксины).

Изделия из хлорсодержащих пластмасс

(непрозрачные тетрадные обложки, изоляция проводов, игрушки и т.д. (поливинилхлорид)).

Ущерб природе: препятствует газообмену в почвах и водоёмах. Выделяют токсичные для многих организмов вещества. Могут быть проглочены животными, что приводит к гибели последних.

Вред человеку: выделяют при разложении ядовитые вещества.

Пути разложения: очень медленно окисляются кислородом. Очень медленно разрушаются под действием солнечных лучей.

Время разложения: на земле и в пресной воде - несколько сотен лет, в солёной воде - несколько десятков лет.

Способ вторичного использования (в больших масштабах): не существует (из-за технологических трудностей).

Наименее опасный способ обезвреживания (в любых масштабах): вывоз на свалку.

Продуты образующиеся при обезвреживании: углекислый газ, вода, хлороводород, ядовитые хлорорганические соединения.

Категорически запрещено сжигать указанные материалы, так как при этом образуются огромные количества диоксидов.

Упаковки для пищевых продуктов

Материал: бумага и различные виды пластмасс, в том числе хлорсодержащих. Иногда - алюминиевая фольга.

Ущерб природе: могут быть проглочены крупными животными, что вызывает гибель последних.

Пути разложения: медленно окисляются кислородом воздуха. Очень медленно разрушаются под действием солнечных лучей. Иногда используется в пищу некоторыми микроорганизмами.

Время разложения: зависит от изделия. Обычно - десятки лет, может быть больше.

Способ вторичного использования (в больших масштабах):  как правило не существует (из-за трудностей разделения на компоненты).

Наименее опасный способ обезвреживания (в любых масштабах): захоронение. Продуты образующиеся при обезвреживании: зависят о пластмассы. Обычно углекислый газ, вода, хлороводород, ядовитые хлорорганические соединения.

Категорически запрещено сжигать указанные материалы, так как при этом могут образоваться диоксиды.

Учитель. Получается, что этот мусор не подлежит захоронению и сжиганию. В результате беседы приходим к выводу, что надо употреблять вторично, но перед этим необходимо сортировать.

2. Работа у доски.

Осуществить превращения, написать уравнения реакции. (слайд16)

CaO CaC2 C2H2 CH3COH  CH3СООН  CH2Cl – COOH дипептид

СаO + 3C CaC2 + 2CO

CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 +C2H2

C2H2 + H2O CH3COH

CH3COH + [O] CH3СООН

CH3 СООН + Cl2 CH2Cl – COOH + HCl

CH2Cl – COOH + NH3 NH2 – CH2 – COOH + HCl

3. Учитель: Автором принципиально новых представлений о полимерах как о веществах, построенных из макромолекул, был Шаудингер, победа его идей (к 40-м годам ХХ века) привела к тому, что полимеры стали рассматриваться как качественно новый объект исследования химии и физики.

Широко вошли в наш быт
Разные пластмассы,
За короткий очень срок
Их признали массы

Учитель: Да, полимеров много. Давайте послушаем  альманах “В царстве полимеров”

Ученики:   1) Полимеры – прошлое, настоящее и будущее!

Сегодня выражения век химии и век полимеров звучат как синонимы.

“Тридцать две минуты не билось сердце… не хватало одной перегородки. Сердце было трехкамерное. За тридцать две минуты врач выкроил из белой синтетической ткани перегородку и вшил ее в сердце. Это факт, синтетические полимеры проникли в самые потайные уголки человеческой жизни”.

По данным департамента науки и техники Японии на планете в 1990г. искусственные кости и суставы получили 1,5•104 человек, клапаны сердца 9,0•105 и искусственную почку 1,1•106.

2) Пластмассы. Это материалы, изготовленные на основе органических полимеров, способные приобретать при нагревании заданную форму и сохранять ее после охлаждения. По масштабу производства они занимают I место среди органических полимеров. Полипропилен идет на изготовление высокопрочной изоляции, труб, деталей машин, химической аппаратуры. Высокая устойчивость к многократным изгибам и истиранию позволяет получать из него очень прочные канаты, сети, технические ткани.

3) Конкурент полиэтилена. Продукт жизнедеятельности некоторых почвенных бактерий. Выделенное из биомассы и очищенное вещество представляет собой природный полимер. Обладает исключительно ценными свойствами: способностью разлагаться под воздействием микрофлоры и бесследно исчезать, не загрязняя окружающую среду. Из этого вещества – он недавно получен – будут изготавливать хирургические нити, распадающиеся через определенное время и не вызывающие воспалительного процесса, пленочную упаковку для фруктов, подлежащих длительному хранению и другие изделия.

4) Разновидностью полистирола является пенополистирол. Его получают, используя при изготовлении материала вещества – вспениватели. В результате полистиролприобретает структуру застывшей пены с закрытыми порами. Пенополистирол – очень легкий материал, он используется в качестве тепло и звукоизоляционного материала в строительстве, холодной технике, в мебельной промышленности, а также идет на изоляцию трубопроводов, упаковку транспонируемых приборов, пищевых продуктов и т.д.

5) Вы наверное слышали о стеклопластиках. Из них делают покрытия межконтинентальных и космических кораблей. Во время полета в атмосфере оболочка ракеты разогревается до t0 в несколько тысяч. Конечно, пластмассовый кожух при этом сгорает, но медленно слоями и успевает, таким образом, защитить корпус ракеты на самом опасном участке полета.

6) Синтетические волокна – это волокнистые материалы, характеризуются упорядоченным расположением макромолекул. Где хранится хлопок, там надпись: “Огнеопасно”. И тем не менее именно из хлопка удалось получить искусственное волокно, которое не боится космической температуры 36000. А при такой температуре Al – металл! превращается в пар, замечательное волокно состоит на 99% из С, имеет тугоплавкость графита и в тоже время сохраняет строение и гибкость органического полимера. Применяется оно в космической технике.

7) Волокно лавсан – хороший диэлектрик, обладает большой прочностью, устойчив к действию кислот и щелочей. Изделия из лавсана широко известные. Это ткани для одежды, трикотажные изделия, тюль, обивочные материалы. Ткани из лавсана несминаемые. Высокая прочность позволяет готовить из него канаты, транспортерные ленты, фильтровальные ткани, пожарные рукава и т.д.

8) А вы знаете, что 1 января 1928г. в СССР родился первый в мире синтетический каучук. Его создатель русский ученый С.В. Лебедев. Получение синтетического каучука было ответом на требования “века моторов” дать шины для автомобилей молодой Советской Республики, не имеющей природного каучука.

4. Решение задачи у доски. (слайд17)

Рассчитаем, сколько лизина можно получить из парафинового углеводорода метана массой 1600 т по схеме метан лизин (С6Н14N2О2)

если выход лизина составляет 62 % от теоретически возможного

Дано:

m (CH4) – 1600 т
w % выход лизина 62%
m (лизина) - ?

Решение:

1) 1600 : х = 16 : 146
х = 14600 m

2) W% = * 100%
m (пр) = = 9000 т

Ответ: m лизина – 9000 т

   Лизин – это незаменимая аминокислота, входящая в состав практически любых белков, необходима для роста, восстановления тканей, производства антител, гормонов, ферментов, альбуминов. Лизин улучшает усвоение кальция из крови и транспорт его в костную ткань, поэтому он может быть неотъемлемой частью программы лечения и профилактики остеопороза. Получают лизин из рыбы, мяса, молочных продуктов, завязи пшеницы, ржи, орехов, бобов, фруктов и овощей. В растительных продуктах содержание лизина почти всегда ограничено, то есть даже малые количества лизина существенно повышают пищевую ценность этих продуктов.

5. Домашнее задание. (слайд18)

Экологические тесты. (на карточках)      Укажите один правильный ответ из нескольких предложенных.

1. Вещества, вызывающие раковые заболевания называют:                                                                                                                                                                        а) биогенными;
б) пирогенными;
в) канцерогенными;
г) абиогенными.

2. Наибольшее количество веществ, загрязняющих биосферу приходится на:                                                                                                                                        а) предприятия химической и угольной отраслей промышленности;
б) сельское хозяйство;
в) бытовую деятельность человека;
г) транспортные средства.

3. Большую часть мусора, загрязняющего землю, составляет:                                                                                                                                                                    а) пластмасса;
б) стекло;
в) металл.

4) Для того, чтобы переработать пластмассу, ее необходимо:                                                                                                                                                                     а) компостировать;
б) сжечь при специальных условиях;
в) переплавить.

5. Вредные выбросы оказывают влияние:                                                                                                                                                                                                        а) только на те регионы, где появилось загрязнение;
б) только на те регионы, где появилось загрязнение и на близлежащие к ним;
в) не только на те регионы, где произошли вредные выбросы, но, возможно, даже на территории, удаленные от места, где загрязнение появилось.

6. Самая страшная добавка к воде:                                                                                                                                                                                                                     а) бытовой мусор;
б) пестициды;
в) минеральные удобрения.

7. Бутылка или банка из пластмассы, брошенная в лесу, пролежит без изменения:                                                                                                                                 а) 10 лет;
б) 50 лет;
в) 100 лет и больше.

8. Основа для санитарных норм, а также для решения об открытии того или иного производства:                                                                                                                       а) предельно допустимая концентрация вещества;
б) наличие тяжелых металлов;
в) государственный стандарт качества.

Ответ: 1 - а, 2 - а, 3 - а, 4 - б, 5 - в, 6 - б, 7 - в, 8 - а.

6. Итог урока. (слайд19-22)

Учитель.  Итак, подводим итоги, выставляем оценки. Пожелание всем – развивайте свою интуицию, углубляйте знания по химии. Это поможет вам стать грамотными, успешными людьми.

• Ткань хлорин болезни лечит, ревматизма порок излечит, надо б в жизнь ее внедрить, чтоб лентяев излечить.
• Как посмотришь на лавсан, так дивишься чудесам – ткань плотна, она не мнется и дождю не поддается.
• Полимер бы для волос, стимулирующий рост, поскорей изобрели, чтобы косы выросли.
• Каучук в природе редок, без него не проживешь, мы ходили бы по лужам в валенках и без калош.

Список используемой литературы

Интернет ресурсы

Учебник химия 11 класс О.С. Габриелян