Силикатная промышленность Казахстана: стекло, керамика, цемент и география предприятий

Урок химии 9 класс

(2 часа)

Тема урока. Силикатная промышленность.

Девиз урока. «Ни одна наука не нуждается в эксперименте в такой степени как

химия. Её основные законы, теории и выводы, опираются на факты.

Поэтому постоянный контроль опытом необходим».

Майкл Фарадей (Слайд №1)

Цель урока. Познакомить учащихся с силикатной промышленностью, продуктами

производства и размещением её предприятий на территории

Республики Казахстан.

Образовательные задачи: расширить знания и кругозор учащихся о кремнии, его

соединениях и их применении, активизировать

мыслительную деятельность, раскрыть единство теории

и практики через химический эксперимент.

Развивающие задачи: развивать логическое мышление, умения анализировать,

выбирать главное, работать с раздаточным материалом,

совершенствовать навыки работы с лабораторным

оборудованием, сравнивать, делать выводы.

Воспитательные задачи: воспитывать культуру коллективного труда, патриотизм,

экологическую компетентность.

Оборудование: физическая карта Республики Казахстан, коллекции «Природные

силикаты», «Стекло, и изделия из стекла»,

листы ватмана и цветные маркеры.

Химические оборудование и реактивы: пробирки, держатели для

пробирок, спиртовки, спички, фильтровальная бумага, жидкое

стекло (жидкий силикатный клей), соляная кислота, вода.

Демонстрация слайдов:

№ 1.

№ 2.

№ 3.

№ 4.

№ 5.

№ 6.

№ 7.

№ 8.

Листы учёта знаний (для каждого ученика):

Содержание урока

1. Вступительное слово учителя …

2. «Мозговой штурм» - тест (два варианта): (Слайд №2)

1 вариант 2 вариант

1. Определите степени окисления элементов:

SiO₂ SiH₄

2. Назовите эти вещества.

3. Запишите формулы веществ:

Аморфный кремний Кристаллический кремний

Кремнезём Кремниевая кислота

Растворимое стекло Силикатный клей

4. Допишите уравнения:

SiO₂ + Mq SiO₂ + C 

5. Запишите формулы и названия природных соединений кремния.

3. Самопроверка теста, выставление оценки в лист учёта.

(Ответы тестов на слайде №3)

4. Определение темы, цели урока.

5. Учитель: Предлагаю поработать в группах, используя информационные листы и учебник: Нурахметов Н.Н. и др., Химия 9, Алматы, «Мектеп», 2009, §27

На столах у каждой группы есть информационные листы, учебники, лист ватман, цветные маркеры.

6. Работа в группах.

1 группа – «Стекло» (Слайд № 4).

2 группа – «Строительные материалы» (Слайд № 5).

3 группа – «Керамика» (Слайд № 6).

4 группа – «Силикатная промышленность» (Слайд № 7).

(Ребята работают в группах в течение 15 минут).

7. Защита кластера каждой группой учащихся ( 3 минуты).

Учитель устно оценивает результаты работы групп, учащиеся выставляют оценки в лист учёта.

8. Учитель обращает внимание учащихся на девиз урока, предлагает выполнить лабораторную работу: «Соединение кремния».

Опыт 1. Получение кремниевых кислот.

В пробирку с 1 – 2 мл жидкого стекла прилейте столько же воды, смесь перемешайте. К полученному раствору добавьте по каплям соляную кислоту. Объясните наблюдаемое. Составьте уравнение реакции.

Опыт 2. Применение жидкого стекла.

Пропитайте полоску фильтровальной бумаги жидким стеклом. Высушите над пламенем горелки, а затем внесите в пламя. Объясните наблюдаемое.

Задание 1.

Работа с коллекцией «Природные силикаты».

Обратите внимание на внешний вид природных соединений кремния.

Проверьте их на твёрдость. Запишите формулы и названия природных силикатов.

Задание 2.

Работа с коллекцией «Стекло, и изделия из стекла».

Рассмотрите образцы стекла различных видов, и различные изделия из стекла.

Запишите формулы и названия различных видов стёкол.

9. Рефлексия. Свободное письмо.

Учащиеся (по выбору) составляют пятистишие, или сказку, или оду, или эссе. (Можно использовать ключевые слова: мисс Стекло, страна «Кремний», мистер Цемент, жидкое стекло, солнечная батарея, кремнезём, асбест, ультрафиолетовые лучи, карборунд, мечта, путь в будущее и другие).

В конце урока учащиеся сдают лист учёта, учитель выставляет оценку в журнал.

Приложения.

1 вариант 2 вариант

1. + 4 1. – 4

2. Оксид кремния 2. Силан

3. Si 3. Si

SiO₂ H₂SiO₄

Na₂SiO₃ или K₂SiO₃ Na₂SiO₃ или K₂SiO₃

4. 4.

SiO₂ + 2Mq  2MqO + Si SiO₂ + 2C  Si + 2CO

5. 5.

SiO₂ – кремнезём

Al₂O₃ 2SiO₂ 2H₂O – каолинит

K₂OAl₂O₃ 6SiO₂ – ортоклаз (полевой шпат)

Стекло (информационный лист)

« Пою перед тобой в восторге похвалу

Не камням дорогим, ни злату, но Стеклу»

М.В. Ломоносов.

Человеку ещё с глубокой древности было известно производство стекла.

силикатное стекло получают сплавлением соды, известняка и песка,

при этом образуется смесь силикатов натрия и кальция.

Вследствие сложности состава силикатов записывают в виде соединения оксидов. Так, оконное стекло имеет состав приблизительно выражаемый формулой Na2O.CaO. 6 SiO2 Na2O – 12%; CaO – 116%; SiO2 – 755%

Обыкновенное стекло часто в той или иной степени окрашено в зелёный цвет, содержащимися в нём силикатами железа.

Из стекла в полужидком состоянии выдувают или прессуют всевозможные изделия, а так же вытягивают листовое стекло, стеклянные трубки и волокно.

Все эти процессы механизированы, машина для вытягивания листового стекла выглядит так …

Для придания стеклу тех или иных физико-химических свойств, в него вводят различные добавки. Так, если вместо соды взять для варки стекла поташ К2СО3, то образуется калиевое стекло, температура размягчения которого выше, чем у натриевого стекла. Поэтому калиевое стекло используется для изготовления специальной лабораторной посуды и приборов. Замена оксида кальция на оксид свинца, а оксида натрия на оксид

кальция повышает показатель преломления стекла. Из такого стекла (хрусталя) изготавливают оптические стёкла и художественные изделия, Добавление к стеклу соединений кобальта придаёт ему синюю окраску, соединений хрома- изумрудно-зелёную, соединений марганца- фиолетовую.

Окрашенное стекло используется для создания мозаики, художественных витражей, в качестве светофильтров в приборах

Существенно изменяются свойства стекла при частичной замене оксида кремния SiO2 на другой оксид, получается стекло высокой термической и химической стойкости. Его применяют для изготовления труб и аппаратуры химических производств. Прочность стекла удаётся повысить, если придать ему стеклокристаллическую структуру. Промышленность выпускает так называемые ситаллы (стеклокристаллы), прочность которых приближается к прочности чугуна.

Пользуясь примитивной техникой, древние мастера уже в четвёртом тысячелетии до нашей эры изготовляли простейшие стеклянные украшения.

В Берлинском музее хранятся бусы бледно-зелёного цвета, найденные более 5500 лет назад. Предполагают, что в Средней Азии стекло появилось в 10-11 веках. Основоположником научного подхода к изготовлению стеклянных изделий был гениальный М.В.Ломоносов. Он провёл 2000 плавок стекла, получив при этом новые виды окрашенных стёкол. В своей мастерской

Ломоносов создал 40 мозаик (сохранилось 23), из которых наиболее знамениты: « Нерукотворный спас», Портрет Петра 1 и другие, которые находятся сейчас в Эрмитаже.

Родиной стекла считается Египет (4000 лет до нашей эры). Греческие мастера сделали следующий и очень важный шаг в развитии стеклоделия, они научились свободно выдувать стёкла с помощью трубки. Римлянам удалось освоить изготовление сложных изогнутых форм, к сосудам они приделывали ручки. Известно было римлянам и производство хрусталя, впоследствии заново открытое европейцами уже в 19 веке. Со второй половины 15 века в Венеции наряду с цветным, молочным и зеркальным стеклом появилось кристальное стекло, то есть бесцветное высококачественное стекло без огранки , не содержащее солей свинца, хотя в обиходе его часто называют хрусталём. В Англии в 17770 годах началось производство стекла с добавкой солей свинца – лидского хрусталя, его называют также «английским стеклом», Обработка хрусталя алмазной гранью создала эффект преломления света.

В настоящее время не существует универсальной теории строения стекла.

В 1961 году получили лазерный эффект на стекле, активизированным редкоземельным элементом- неодимом, такие виды стёкол применяются в лазерной технике. 1965 год- дата рождения фотохромных стёкол, у которых облучение ультрафиолетовым светом, вызывающее потемнение, а затем просветление после прекращения действия света. Это боросиликатные стёкла с равномерным включением кристаллов галогенида серебра. Эффект потемнения и просветления вызывается обратимым переходом ионов серебра в нейтральное состояние. Такие стёкла применяются в защитных очках и в запоминающих устройствах (компьютер). Ситаллы, например, имеют твёрдость, близкую к твёрдости стали. Антихрупкость некоторых ситаллов позволяет применять их во фрезеровании, сверлении, нанесении резьбы.

Органические стёкла готовят из полиакрилатов, полистирола и других органических соединений. Этим не ограничивается разнообразие видов стёкл. Можно добавить ещё электровакуумные, электротехнические стёкла, диапазон использования которых широк: от космоса до быта. Стеклопластики, содержащие в качестве наполнителя стеклянное волокно: текстолиты и волокниты.

Стекловолокно, формуют из расплавленного стекла, обладает

устойчивостью к химическим реагентам, низкой теплопроводностью.

Текстолиты,слоистые пластики на основе ткани, пропитанной термореактивной синтетической смолой, из них, например, изготавливают корпуса судов, вкладыши подшипников, применяют для теплозащиты ракет. Мировое производство- около 500 тыс. тонн в год.

Волокниты, пластмассы, состоящие из рубленого волокна, пропитанного синтетической термореактивной смолой. Таким образом, даже короткий экскурс в историю и современное состояние стеклоделия свидетельствует о той исключительной роли, которую стекло играет в нашей жизни, ибо мир вокруг нас – громадная экспозиция применения стекла. Жидкое стекло сиропообразный раствор силиката натрия (Na2SiO3)n или калия (K2SiO3)n В смеси с различными наполнителями, такими как глинозём, гипс или опилки его можно использовать для изготовления замазок. Оно находит широкое применение для получения огнеупорной краски и огнеупорных покрытий.

Керамика (информационный лист)

Каменная и костяная утварь с огнём были главными пособниками в обиходе человека в древнейшие времена каменного века, так называемого палеонтологического периода. Во время перехода от древнейшей к более поздней каменной эпохе появляется новый материал, имеющий громадное значение для человечества, - обожженная глина. В датских становищах – доисторических остатках человеческих поселений и в кучах более позднего

периода древнего каменного века находят черепки очень грубых горшечных изделий. Без сомнения, человек обязан случаю, научившему его искусству

изготовления вещей из обожженной глины. Первые глиняные горшки, без сомнения, были сделаны так, что находящаяся везде в больших количествах

на поверхности земли глина была замешена с водой в мягкую пластическую массу; эта масса руками была распластана в пластины, из которых были вылеплены пластины, а потом обожжены. Этот первоначальный метод ещё до сих пор в ходу у многих африканских и американских племён. Гораздо позже, вероятно в Египте, был изобретён вращающийся круг.

Обыкновенная глина окрашена в серый цвет органическими веществами.

Она обычно содержит соединения железа, которые сообщают черепице красный цвет. Многие глины, содержащие силикат железа, окрашены в зелёный цвет. Чистая глина называется каолином. Её состав выражается химической формулой (SiO2). AL2O3.2H2O Каолин тугоплавок. Он плавится при T = 1800 С, но спекаются уже при 1400 С. Примеси понижают точку плавления. Почти во всех глинах находится слюда. В гончарном деле,

после очистки материала, производятся следующие операции: 1) замешивание с водой, 2) формовка, 3) высушивание и обжигание, 4) если нужно – глазуровка.

Глазурь есть то же стекло, состоящее главным образом из соединений натрия, свинца, олова, бора вместе с кремнезёмом и глиной. Самая простая глазуровка называется соляной (просто бросают в печь поваренную соль)

Она при этом улетучивается, и влажные пары её соприкасаются с глиняным предметом, благодаря чему кремниевая кислота вступает во взаимодействие с хлористым натрием и образует стекло, остающееся на поверхности глины

и покрывающее её. Впоследствии нашли, что окись свинца очень удобна для глазури, и стали покрывать неглазурованные предметы смесью соли свинцовых белил или сурика с кварцевым песком, глиной и мелом и нагревать достаточно сильно для плавления этого слоя. Для получения непрозрачной белой глазури прибавляют окись олова, дающей молочно –белую окраску. В фаянсовых глазурях применяют олово с четырьмя частями свинца. Чтобы получить настоящий просвечивающий фарфор, его нужно при обжиге нагреть настолько сильно, чтобы наполовину расплавился.

Для того чтобы не потерялась форма, делают подпорки. Эти изделия остаются дорогими. Значение имеет гончарная глина, которая при обжигании плавится частично и этим подходит к настоящему фарфору. Она отличается

от этого последнего, однако, тем, что не просвечивает; это зависит от примеси грубого кварцевого стекла, который не растворяется в остальной массе. Она, кроме того, сильно окрашена соединениями марганца и железа.

Фарфор был известен в Китае уже в древние времена, а в Европе его стали изготовлять фабричным способом впервые в Мейсене. Для изготовления твёрдого фарфора обычно применяют около 50% каолина, 25% полевого шпата и 25 % кварца. Качество китайского фарфора объясняется добавлением тонкозернистой калийной слюды. При определённых условиях калийный полевой шпат распадается на кварц и слюду. Один из таких продуктов распада, называемый путенцией, встречается в Китае и прибавляется к каолину при приготовлении глины. Начало китайской фарфоровой промышленности относится приблизительно к 200г. и достигает развития при династии Минк (1368 – 1664). Ещё 300 лет назад Европа не представляла, из чего делается фарфор - китайцы старательно оберегали тайну его изготовления. Фарфору приписывались магические свойства, так, например, способность изменять цвет, если положенная в фарфоровую посуду пища или налитая в фарфороровый сосуд жидкость отравлена. Может быть, в этом и заключалась причина появления первых образцов китайской фарфоровой посуды при дворах европейских монархов и на территории Московского кремля ещё в 13-14 веках. 1 февраля камергер императрицы

барон Николай Корф, находящийся с дипломатическим поручением, заключил договор с неким Христофором Гундером, который обязался «учредить в Санкт-Петербурге мануфактуру для делания чистого фарфора так, как оный в Саксонии делается». Большое совершенство этрусских глиняных ваз, которые находят в громадном количестве в Италии, зависело от нахождения в этой местности глины с большим содержанием слюды, а также железа и извести; глина эта обжигается при Т = 1000 С. При 1070 С она плавится в бурое стекло . Если превысить температуру обжига только на 25 С, то масса размягчается и окрашивается в бурый цвет. Нужно было большое искусство, чтобы точно поддерживать температуру обжига,- она, бесспорно, заслуживает удивления.

Эти глиняные изделия окрашены в красный цвет и украшены чёрными рисунками. Этрусские изделия отличаются очень изящной, тонкой работой

при крупных размерах, и нельзя не удивляться необычайному искусству этих ремесленников седой древности.

Фаянс, как и фарфор, белого или почти белого цвета, однако он мягче, так, что сталь оставляет на нём царапины; он легче ломается, порист, поэтому в большинстве случаев его необходимо покрывать глазурью. Фаянс получают из смеси глины, кварца, щёлочи и сурика , иногда добавляют ещё окрашивающие окислы. Из фаянса делают мойки, ванны, раковины и т.д.

Кирпич. Обожженный кирпич формуют из глины и затем подвергают обжигу. Вследствие содержания в глине окиси железа кирпичи, большей частью окрашены в красный цвет. Кирпич обладает большой пористостью, так как обжиг ведут при относительно низкой температуре. Сильно обожженный, плотный и очень крепкий кирпич называютклинкером

Огнеупорные материалы – такие, которые не плавясь, выдерживают нагревание при высокой температуре (по крайней мере 1600) шамот, динас, силикатный камень.

Цемент (информационный лист)

Цемент - основной строительный материал, изготавливаемый силикатной промышленностью. Цемент (от латинского - щебень) – порошкообразный вяжущий материал, образующий при смешивании с водой тестообразную массу, самопроизвольно затвердевающую в прочное камневидное тело.

Сырьём для получения силикатного цемента служит известняк СаСО3 и глина. После измельчения их смесь подвергают обжигу в цилиндрических стальных вращающихся печах. под действием высоких температур из карбоната кальция удаляется оксид углерода ( 4), вода и летучие примеси.

а в печи остаётся смесь, состоящая в основном из следующих оксидов: СаО,

SiO2,Al2O3,Fe2O3, вступающих между собой в реакции. В результате образуется спечённый продукт – цементный клинкер. Охлаждённый клинкер размалывают в мельчайшую пудру. Определённое соотношение элементов в смеси, выбор температурного режима, введение специальных добавок

позволяет получить цемент с заданными свойствами. Цементный порошок замешивают с небольшим количеством воды и получают густую массу.

При взаимодействии с водой цементный порошок частично растворяется ,

взаимодействует с водой, давая при этом гидрооксид кальция - Са(ОН)2

Частицы последнего укрупняются, превращаясь в игольчатые кристаллы, уплотняющие массу силиката кальция. Цемент является основным компонентом бетона и железобетона. Из смеси цемента, воды, наполнителей (песок, гравий, щебень, шлак) изготавливают бетон. Виды бетона различны. Торкет-бетон, при помощи цемент-пушки раствор и бетонная смесь разбрызгиваются под давлением: дальность подачи раствора достигает 70 м. Торкет-бетон отличается высокой плотностью и водонепроницаемостью; он применяется при возведении ответственных тонкостенных конструкций, ремонте конструкций устройстве покрытий, тоннелей.

Декоративный бетон. Длядекоративной отделки в бетон вводят окрашенный наполнитель – молотый мрамор или молотое стекло. Террацио – это декоративный бетон из цветных цементов и дроблённого мрамора, формуемых на месте в стенах и особенно в полу. Из декоративного бетона можно изготавливать облицовочные детали любой формы и любых размеров, чем они выгодно отличаются от изделий из керамики и облицовочного камня.

Бетон с воздухововлекающими добавками. Вовлечение воздуха повышает долговечность бетона, в частности его стойкость к замерзанию-оттаиванию и крошению. Это особенно важно для дорожных покрытий и панельных конструкций.

Тяжёлый бетон. Применяется в качестве биологической защиты от гамма-излучения ядерных реакторов. Из такого бетона, например, выполняются

стены, окружающие активную зону реактора.

Специальные бетоны. Поскольку плотность на растяжение обычного бетона значительно меньше, чем на сжатие, разработан фибробетон – бетон с волокнистым наполнителем. При его изготовлении в бетоносмеситель вводится стальное, углеродное, стеклянное, асбестовое, полипропиленовое или бамбуковое волокно.

Железобетон содержит бетон и стальную арматуру (прутья, листы, сетки). Бетон сейчас, несомненно, является важнейшим строительным материалом. Покрытия автострад, плиты, столбы, балки, конструкции современных жилых домов и промышленных построек выполнены большей частью из бетона. Бетонные смеси отличаются плотностью, прочностью и теплоизоляционными свойствами. Высококачественный портландцемент получают, обжигая, смесь известняка, глины и железных отходов, например, доменных шлаков. Этот процесс протекает при Т 1400 С в огромной вращающейся трубчатой печи. Важнейшими составляющими портландцемента являются ди и трёхкальциевый силикат, трёхкальциевый алюминат и четырёхкальциевый алюминатферрит. при затвердевании в результате реакции с водой образуются гидраты силикатов, которые обволакивают наполнитель и способствуют образованию очень твёрдого вещества.

География силикатной промышленности в Казахстане.

(Информационный лист)

В Казахстане имеются крупные запасы различных видов керамического и цементного сырья, огнеупорных строительных материалов, ценное неметаллическое полезное ископаемое – асбест. Наиболее известны в республике Мангышлакские известняки, Джетыгаринское месторождение асбеста. Местные виды сырья в республике перерабатываются на специализированных предприятиях: 98% всех гончарно-керамических изделий выпускается на Алматинском заводе художественной керамики,

продукция из стекла – на Акмолинском фарфоровом, из камня – на Алматинской фабрике « Сувенир» и Усть-Каменогорском заводе « Анатас»

Джамбульский стеклозавод изготавливает одновременно и стеклотару и

хрустальные рассеиватели.

Запланировано строительство цеха стеклянных изделий в городе Актюбинске мощностью 1 млн. шт. в год., цехов по производству извести

с участками мелкой фасовки в полиэтиленовые пакеты в Восточно-Казахстанской, Кзылординской, бывшей Симипалатинской областях, Расширяются Ленгерский, Иссыкский и Каскеленский кирпичные заводы.

В данное время объём производства товаров из отходов и местного сырья должен возрасти в 1.3 раза. Для этого есть реальные возможности. Например, Приуралье богато различными глинами, мелом и другим сырьём.

Сей час в Казахстане используется около 200 тыс. м 3 глины, 85 тыс. м3 песка , 190 тыс. тонн мела. Месторождения цементного сырья разведаны в

разных районах Казахстана: на Алтае и Восточно-Казахстанской области

Бухтарминское и Брагинское, Новошульбинское в Карагандинской области (Астаховское), в Алматинской области (Чуйское) и в Шымкентской области

(Састюбинское), На базе многих из этих месторождений построены крупные цементные заводы.

Сейчас в промышленности строительных материалов производство цемента увеличилось по сравнению с 1993 годом на 4,5% , стеновых материалов – на 2,6%.

Возрастает выпуск мягких кровельных материалов, шифера, сборного железобетона, нерудных материалов, керамической плитки для полов и другой продукции.

Будет продолжено строительство Новокарагандинского м Састюбинского

цементных заводов, заводов силикатного кирпича в городе Петропавловске, Джамбульского гипсового карьера и других предприятий.

В Казахстане ведётся большое строительство, которое требует много строительных материалов. Для производства используется камень, глина, песок известняк и другие материалы.

«СИНКВЕЙН» (примерно)

Стекло

Прозрачное, стойкое

Украшает, строит, созидает

Я восхищаюсь его творениями

Вещество.

Глина

Пластичная, послушная

Лечит, создаёт, строит

Я думаю, она будет вечно служить людям

Труженица.

Цемент

Прочный, вездесущий

Создаёт, строит, укрепляет

Будущее за его производными

Основа.

Бетон

Тяжёлый, специальный

Конструирует, укрепляет, повышает долговечность

Я восхищаюсь его способностями

Строитель.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/156932-urok-himii