Урок химии на тему "Натуральный каучук. Резина". 10-й класс

Разделы: Химия

Класс: 10

Цель: изучить строение и свойства натурального каучука и резины.

Задачи.

  • Предметные. Через исследовательскую деятельность установить строение натурального каучука, причинно-следственные связи между строением и свойствами каучука и резины.
  • Метапредметные.
    • познавательные: развивать навыки использования основных интеллектуальных операций: формулирование гипотез, анализ и синтез, сравнение, обобщение, систематизация, выявление причинно-следственных связей, поиск аналогов; умения генерировать идеи и определять средства, необходимые для их реализации.          
    • коммуникативные: совершенствовать умения продуктивно общаться, поддерживать диалог, взаимодействовать в процессе совместной деятельности; развивать навыки использования средства информационных и коммуникационных технологий, работы с источниками информации [1,2]
    • регулятивные: совершенствовать  умения контроля и коррекции собственных действий; самостоятельного оценивания правильности своих действий.

Результатом  данного урока должно стать не только знание химической природы каучука, но и развитие личности учащихся, их готовности и способности к самообразованию, к целенаправленной познавательной деятельности. Включение в урок истории отечественной науки и промышленности должно способствовать формированию ценностно-смысловых установок, отражающих личностные и гражданские позиции.

ХОД УРОКА

1. Постановка учебной задачи.

– Каждый день при встрече мы здороваемся, т.е желаем друг другу здоровья. А как сохранить здоровье в городе, где дождь и мокрый снег обычное явление? Самый простой совет озвучил известный профессор Преображенский – носите галоши.
– Вы можете возразить, что галоши – это вчерашний день и сейчас созданы новые материалы для обуви. А знаете ли вы, что с 90-х годов интерес к галошам возрождается.
– И что интересно, галоши активно используют обладатели очень дорогой кожаной обуви, которые умеют считать деньги.
– И сегодня я хотела бы поговорить с вами про галоши. Почему именно про них? Потому что история галош – это история познания одного из самых интересных  веществ. И наша задача сегодня повторить исторический путь познания химии галош и при этом … «не сесть в галошу». Возражения есть? Тогда приступаем.
– Вы знаете, из чего изготовлены галоши?
– Отметьте те утверждения на опросном листке, с которыми вы согласны. В конце урока вы вернетесь к этим вопросам.

1. Состав материала галош не изменялся на протяжении полутора веков, менялся только  дизайн                        
2. Резиновую обувь носят только бедные    
3. Галоши появились после создания резиновой промышленности    
4. Материал галош – синтетический, аналога в природе  не существует    
5. Производство галош – секретное производство.    
6. Вулканизация – это обжиг материала    
7. Каучук – это синоним резины    
8. Каучук – это углеводород    
9. В нашем городе и сегодня действует старейшее в стране производство резиновой обуви    

2. Совместное исследование проблемы

– И начнем с истории галош и материала, из которого они были впервые получены. Такое домашнее задание получили …

1) Выступление учащихся с сообщением

Сообщения включает историю первых галош и технологию получения природного каучука.

2) Совместный поиск химической формулы каучука

– Индейцы знали, как получить каучук, но ничего не могли сказать о химическом составе этого вещества.
– Я предлагаю вам спроектировать, как экспериментально мы можем доказать состав каучука. [7]
– Вы должны предположить, из каких элементов может состоять каучук. Обосновать вывод и предложить способ доказательства состава.
– Можете ли вы экспериментально доказать насыщенность химических связей?

Выдвижение идей:

(Возможная логика рассуждений: урок органической химии – углерод, водород – при горении образуется вода и углекислый газ, последний можно установить по помутнению известковой воды, наличие воды устанавливаем с помощью безводного сульфата меди.
Насыщенность связей определяем с помощью раствора брома или перманганата калия. )

Действительно, Качественный анализ показывает, что в состав каучука входят два элемента – углерод и водород. Это свидетельствует о том, что это соединение относится к классу углеводородов.
Первоначально формула каучука была принята С5Н8, но позднее выяснилось, что молекулярная масса этого вещества достигает несколько сот тысяч (150000-500000).
Отсюда делаем вывод, что он является природным полимером. Молекулярная формула его выглядит как (С5Н8)n (Приложение 1. Слайд 2)

3) Исследование свойств каучука, резины экспериментально и при работе с текстом (работа в группах)

А теперь я предлагаю вам поработать в группах. Задание у вас в конвертах. Через 7 минут вы должны быть готовы озвучить результаты опытов и обосновать их с теоретической точки зрения.

Группа №1. Можете ли вы по формуле сделать вывод о принадлежности каучука к непредельным соединениям.

Примерная логика ответа. В структурном звене 2 связи участвуют в присоединении соседних структурных звеньев, после этого 5 атомов углерода могут образовать еще 10 одинарных связей, но они соединяются только с 8 атомами водорода. Следовательно, в структурном звене содержится двойная связь.

Лабораторный опыт.

К раствору капли брома в бензине  добавляют 1 мл резинового клея. Исчезновение окраски свидетельствует о непредельности каучука. Аналогичный результат получаем при проведении реакции с раствором перманганата калия. [9]

Теперь мы можем записать структурную формулу каучука

(слайд 4)

Группа 2. Задание. На столах находятся научные тексты – физические свойства каучуков

Проанализируйте текст (http://www.e-plastic.ru/specialistam/rezina-elastomeri/kauchuk). Выберите и запишите в тетрадь те, которые могут иметь значение при использовании природного каучука в качестве материала галош. Объясните, почему галоши из натурального каучука не могли удовлетворить потребителя и что можно сделать для решения этой проблемы

Ответ: А. Эластичность  — способность каучука восстанавливать свою исходную форму после прекращения нагрузки, вызвавшей деформацию.
Имеет низкую водо- и газопроницаемость, не растворяется в воде.
Пластичен — он сохраняет форму, приобретённую под действием растяжения.

– Чем же можно объяснить эластичность каучука?  Макромолекулы каучука в пространстве располагаются подобно нитям в клубке. При растяжении «клубок» разматывается – происходит увеличение линейных размеров каучука, а после снятия нагрузки – молекулы возвращаются в исходное состояние в результате внутреннего теплового движения звеньев. Если приложить очень большую силу к тонкому образцу каучука, то макромолекулы будут не только вытягиваться в одном направлении, но и сдвигаться относительно друг друга. Образец каучука разорвется (Слайд 3).

Ответ: Б. К недостаткам натурального каучука можно отнести хрупкость при низкой температуре, размягчение при повышении температуре).
Выдвижение идеи – т.к. каучук содержит двойные связи, он должен быть химически активен, а значит можно попробовать его химически модифицировать.

– С химической модификации натурального каучука, которая состоялась в средине 19 века, начинается эра резиновой промышленности, историю которой в нашей стране  представит…

4) Выступление учащихся с сообщением, включает историю открытия резины и историю «Треугольника») «От Т.Р.А.Р.М. до наших дней» .

5) Проблемное изучение процесса вулканизации

– Итак, резина – это продукт вулканизации каучука. В чем же она заключается? Этот процесс назван в честь Вулкана, древнеримского бога огня. Следовательно, процесс идет при нагревании. Мы уже отметили непредельный характер каучука, что свидетельствует о том, что для него должны быть характерны реакции присоединения. Так что же было присоединено? Ответ на этот вопрос дает следующий опыт.

Демонстрационный опыт. В пробирке нагревают  кусочки резины. Выделяются пары, в которые вносят бумажку, пропитанную раствором соли свинца. Бумажка чернеет. О чем это свидетельствует?

Ожидаемый ответ: Вещество черного цвета, образующееся в реакции с солями свинца – сульфид свинца. Следовательно, в состав резины входит сера, которой в каучуке не было.
Резина – химический материал, авторство которого принадлежит Чарльзу Нельсону Гудиеру из штата Коннектикут. В 1844 г. Гудиер получил патент № 3633 на свой метод Metallic Gum Elastic Composition (обработка каучука серой), позже названный вулканизацией (слайд 4). Вулканизация — технологический процесс взаимодействия каучуков с серой, при котором происходит сшивание молекул каучука в единую пространственную сетку (слайд 5).

– У меня в руке – материал полученный вулканизацией каучука – эбонит. Похоже это на резину? Почему? (Резина – эластичная, а эбонит – нет.)
– Как вы думаете, почему при вулканизации каучука мы не получили резину? (Дело в количестве серы, (для каучука – 5%). Если ответа нет – вопрос можно оставить на домашнее задание).

Группа 3

Сравнение свойств каучука и резины. Что было сделано?

Ответ: Немного резинового клея наливают на стеклянную пластинку, нагревают на водяной бане. Растворитель улетучивается, остается тонкая пленка каучука. Свойства каучука сравнивают со свойствами резины..
Различие по свойствам: каучук растворим в неполярных растворителях, резина нерастворима; каучук легко размягчается при нагревании, при охлаждении становится хрупким, резина сохраняет эластичность в широком интервале температур.

3. Рефлексия

– Теперь вспомним основные понятия урока.

  • Каучук –
  • Химическая формула –
  • Особое свойство каучуков –
  • Резина отличается от каучука –
  • Вулканизация –

(Определения сначала дает ученик, затем проверяем текстом слайда 9)

– У вас есть возможность оценить, насколько нужным для вас оказался этот  урок. Пожалуйста, ответьте еще раз на вопросы, которые вам были предложены в самом начале урока.
– Изменилось ли ваше мнение? Есть ли среди вас, кто остался при первоначальном мнении? Есть ли неясности?

Домашнее задание: 

  1. Подумайте над следующей информацией. Несмотря на то, что на смену натуральному каучуку пришли синтетические, в последнее время наблюдается увеличение объемов производства природного полимера [10]. Как это можно объяснить?
  2. стр. 43-44 учебника (О.С.Габриелян, Химия 10, базовый уровень, – М, Дрофа 2009)

При разработке урока использованы:

  1. http://standart.edu.ru/
  2. http://old.mon.gov.ru/dok/fgos/
  3. Селевко Г.К. Современные образовательные технологии: Учебное пособие. – М.: Народное образование, 1998
  4. Кузнецова Л.Е., Проектирование урока с позиций требований стандартов нового поколения http://www.ufa-edu.ru/
  5. Формирование универсальных учебных действий в основной школе: от действия – к мысли. Система заданий /Под ред. А.Г. Асмолова. М.: Просвещение, 2011. Серия «Работаем по новым стандартам».
  6. Современные средства оценивания результатов обучения: Учебное пособие /Сост. Е.В.Телеева – Шадринск: Изд-во Шадрин. пединст-та, 2009
  7. Габриелян О.С., Попкова Т.Н., Карцова А.А. Органическая химия: Методическое пособие. 10 класс. – М.: Просвещение, 2005
  8. Цветков Л.Л. Эксперимент по органической химии: Методика и техника / Пособие для учителей. —  М.: Школьная Пресса, 2000. — 192 с.
  9. Габриелян О.С., Ватлина Л.П. Химический эксперимент по органической химии. 10 класс. – М.: Дрофа, 2005.
  10. http://rcc.ru/Rus/Plastics/?ID=487850
  11. http://www.e-plastic.ru/main/articles/r14/rez