Интегрированный урок (физика/химия) на тему Силикатная промышленность

Обмен опытом внедрения ФГОС нового поколения. Интегрированный урок «открытия» нового знания

Автор: Катрич Ирина Николаевна, учитель МБОУ СОШ № 46 г. Иркутск.

Тема урока: «Силикатная промышленность»

Предмет: интегрированный урок физика-химия.

Класс: 9.

Тип урока: интегрированный урок физика-химия.

Цели:

1. совершенствование представления о физико-химических свойствах стекла;

2. обобщить и систематизировать знания учащихся о технологии керамического, стекольного, цементного производств;

3. углубить знания учащихся, полученные из курса географии о силикатной промышленности в целом, об осадочных горных породах, о комплексном использовании сырья и о продукции предприятий силикатной промышленности;

4. воспитывать у учащихся бережное отношение к стеклу, уважительное отношение к труду стеклодува, рабочего силикатной промышленности;

5. развивать творческие способности, речь учащихся, умение работать с дополнительной литературой; развивать интерес к декоративно-прикладному искусству (керамика, фарфор, художественное стекло).

Задачи урока:

- обучающие задачи урока:

сформировать представления обучающихся об особенностях различных видов производств силикатной промышленности;

-развивающие задачи:

развивать исследовательские компетенции обучающихся, умения воспринимать и представлять информацию в словесной, символической, образной формах, делать анализ результатов экспериментальной деятельности и решения качественных и расчётных задач, научные методы познания природы;

-воспитательные задачи урока:

формировать отношения к деловому сотрудничеству в группе, умение эффективно сотрудничать и строить продуктивное взаимодействие со сверстниками, умение аргументировать свою точку зрения, спорить и отстаивать свою позицию не враждебным для оппонентов образом

Методы: исследовательский, интерактивный.

Технология: обучение на основе «проблемной ситуации»

Формы работы учащихся:

- беседа;

- работа в группах;

- работа с таблицей (учебником), текстом, цифровыми образовательными ресурсами.

Необходимое оборудование:

- компьютер;

- мультимедиапроектор;

- экран;

- коллекция стекла;

- коллекция посуды из различного сорта стекла, керамики, фарфора.

Ход урока:

1. Мотивация к учебной деятельности. 2 минуты.

Мы с вами знаем, что состояние окружающей среды с каждым годом всё ухудшается. Связано это, в первую очередь, с достаточно активной деятельностью различных промышленных объектов (заводов, предприятий).

Сегодня мы с вами познакомимся с такой отраслью производства как силикатная промышленность, и выясним насколько она вредит экологической безопасности нашего города.

А проведем мы сегодняшний урок в соответствии со следующим планом:

1. Дадим определение «силикатной промышленности» и рассмотрим её классификацию;

2. Рассмотрим производство керамики;

3. Изучим производство стекла;

4. Рассмотрим производство строительных материалов, цемента

2. Первичное закрепление с проговариванием во внешней речи. 4 минуты.

Перейдем к первому пункту плана.

Силикатная промышленность - это промышленность, которая занимается производством строительных материалов, стекла и керамики из природных материалов. Силикатной она называется потому что ее основной частью является кремний (с лат. Silicium).

Рассмотрим классификацию силикатной промышленности.

Силикатная промышленность

производство керамики производство стекла производство строительных материалов

Уч-ль: из курса географии вы знаете природные соединения кремния, которые и являются основным сырьем этой промышленности. Какие? (глина, песок, палевой шпат, известняк, доломит, мергель).

Сырьем силикатной промышленности являются:Природные соединения

Искусственно полученные вещества

Отходы других отраслей

Глина Al₂O₃ ·2SiO₂

Сода Na₂CO₃

Доменный шлак

Песок SiO₂

Бура Na₂B₄O₇·10H₂O

Нефелиновый шлам

Известняк CaCO₃

Сульфат натрия Na₂SO₄

Сланцевая зола

Доломит MgCO₃·CaCO₃

Таким образом, имеет место комплексное использование сырья.

3. Работа в группах. 20 минут.

Класс поделен на три группы, представитель каждой из них рассказывает про тот или иной вид производства с демонстрированием образцов продукции предприятий силикатной промышленности.

А теперь рассмотрим с Вами подробнее каждое производство.

Первое производство, которое мы рассмотрим по плану - производство керамики.

Керамика - это материалы, полученные при спекании глин с различными минеральными добавками.

Изготовление различных керамических изделий основано на свойстве глины при смешивании с небольшим количеством воды образовывать пластическую массу. Этой массе можно придать любую форму, которая сохраняется после высыхании и закрепляется посредством обжига при высокой температуре.

В состав глины входит каолин (Al₂O₃ SiO₂ 2H₂O), в виде механической примеси - песок (SiO₂) и известняк (CaCO₃). Сырье т технологи производства не изменились с давних времен, но сам процесс подготовки сырья и производство готовой продукции ускорились.

Керамика

фарфор фаянс строительные материалы

Самой благородной керамикой считают фарфор. Его родина - Китай, где уже за 220 лет до н.э. было основано его производство. Природа создала все условия для производства фарфора именно в Китае. В одной из провинций имеются залежи «фарфорового камня» - удивительного минерала, состоящего из кварца, полевого шпата и глины. Секрет производства фарфора многие пытались разгадать, поэтому в Китае был издан закон, согласно которому за разглашение этой тайны отрубали голову.

Впервые Европейский фарфор был изготовлен в 1720 году И. Беттгером в Германии и до сих пор эта марка фарфора считается наиболее качественной.

В России состав фарфора был разработан Д.И.Виноградовым и налажено его производство на императорском заводе под Петербургом, который носит название «им. М.В.Ломоносова»

Характерные признаки фарфора: тонкость изделия, белый цвет, отсутствие пористости, термическая и химическая прочность, звонкий звук.

Фаянс - керамический материал, содержащий до 85% глины, с высокой пористостью и водопоглощением (до 20%).

Температура обжига фаянса значительно ниже температуры обжига фарфора. Название «фаянс» произошло от города Фаэнца на Севере Италии, где XI-XVвеках было широко развито керамическое ремесленничество.

Что можно изготовить из фаянса: посуду, строительные материалы, декоративные изделия.

Теперь рассмотрим производство стекла.

Уч-ль: Начнем говорить о производстве стекла словами М.В.Ломоносова из «Оды стеклу» (1736 г.):

«Пою перед тобой в восторге похвалу

Не камням дорогим, не злату, но стеклу»

Представитель группы: Стекло - это твердый силикатный материал, полученный из кварцевого песка и оксидов ряда металлов.

История стекла уходит корнями в Древний Египет, где впервые из него сделали бусы. На Руси стеклянные вещи изготавливались еще в XI-XIII веках. В XVIII веке Ломоносов открыл секрет изготовлении цветных стекол, а XX веке составили классификацию стекла.

Стекло

обыкновенное химическое хрустальное кварцевое жидкое оптическое

Рассмотрим каждый вид стекла подробнее.

Обыкновенное стекло. Первый стекольный завод был построен под Москвой в 1635 году, но особенно быстро стеклоделие начало развиваться при Петре I. Основным потребителем стекла является строительная индустрия. Больше половины всего изготавливаемого стекла приходится на оконное.

Сырье для производства стекла: кварцевый песок, сода и известняк. Вещества тщательно перемешивают и подвергают нагреванию до температуры 1500° С, образовавшиеся при этом силикаты натрия и кальция сплавляют с песком, который берут в избытке.

Химизм процесса: Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + CO₂ ↑

CaCO₃ + SiO₂ = CaSiO₃ + CO₂ ↑

Na₂SiO₃ + CaSiO₃ + 4SiO₂= Na₂O CaO 6SiO₂

Прежде чем изготавливать из расплавленной прозрачной массы изделия, ей дают немного остыть, чтобы она стала вязкой.

Химическое стекло. Если при производстве стекла соду заменить на поташ K₂CO₃ , то получаем более тугоплавкое стекло. Примерный состав стекла: К₂O CaO 6SiO₂. Используют для изготовления химической посуды.

Хрустальное стекло. Сырье: К₂СO₃, РbO и SiO₂ - то получают хрусталь. Хрусталь был открыт в Англии в 17 веке и характеризуется высокой прозрачностью, хорошим блеском, характерным звоном и большой плотностью. Изделия из хрусталя чувствуются в руке по массе. Хрусталь сильно преломляет свет, поэтому используется в приготовлении линз и призм.

Цветное стекло. Если к обычному стеклу добавить оксиды металлов, то мы получим цветное стекло. CoO - синее стекло, Cr₂O₃ - зеленное стекло, Fe₂O₃ - желтое стекло, небольшое количество раздробленного золота - рубиновое стекло. Из такого стекла сделаны звезды московского кремля на Красной площади. Эти звезды были изготовлены на заводе «Красный май» Вышневолоцкого района.

Кварцевое стекло изготавливают из чистого кварцевого песка.

Но кроме твердого стекла существуют и жидкие стекла. К ним относят концентрированные растворы силикатов натрия и калия, получаемых при сплавлении SiO₂ со щелочами и карбонатами. Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + CO₂ ↑

В своем стихотворении «Письмо о пользе стекла» М.В.Ломоносов писал:

Так в бисере стекло, подобясь жемчугу,

Любимо по всему земному ходит кругу.

Им красится народ в полуночных степях,

Им красится арап на южных берегах…

Более 6000 лет назад воз никло стеклоделие, и появились стеклянные бусы разных форм и размеров. Благодаря современным технологиям бусины стали мельче. Так появился бисер - мелкие бусины с отверстием для продевания нити. В начале 18 века становится популярным чешское стекло, бисер из него легче поддавался обработке, гранению, и шлифованию. Расцвет бисероплетения пришелся на конец XX века, но и сейчас это искусство не забыто.

Оптическое стекло. В конце 60-х годов ХХ века появилась новая отрасль - волоконная оптика, основанная на явлении полного отражения света внутри стеклянных волокон. Такое стекло используется в линзах и лупах, одни линзы собирают проходящий свет (собирающие линзы), другие - рассеивают свет (рассеивающие линзы). С помощью линз располагая предмет на различных расстояниях можно получить уменьшение или увеличение объекта.

Кроме этого, такое стекло используют в телескопах, микроскопах и биноклях.

Уч-ль: Рассмотрим опыт.

Пусть луч света переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду. Мы наблюдаем падающий луч и преломленный. Это явление называется отражением света. Установлено, что тонкая нить 0,005 см в диаметре, изготовленная из кварцевого стекла с добавлением германия, бора и титана является самой прозрачной. Такое волокно - стеклянная нить является средством для подсветки в труднодоступных местах, для эндоскопии.

Уч-ль: ну и наконец, рассмотрим производство строительных материалов и цемента.

Цемент - это вяжущие материалы, употребляемые в строительстве для скреплении между собой твердых материалов.

В основном цемент готовят из искусственной смеси известняка и глины, но на Черноморском побережье от Новороссийска до Сочи находятся залежи цементного камня.

Цемент получают спеканием глины и известняка в специальных вращающихся печах. Если порошок цемента смешать с водой, то образуется цементное тесто или «раствор», который постепенно затвердевает. При добавлении песка или щебня получают бетон. Прочность бетона возрастает, если в него вводится железный каркас - железобетон, из которого готовят стеновые панели, блоки перекрытий и т.д.

Также к стройматериалам относят кирпич, производство которого известно еще с древности (использовали для строительства еще в Древнем Египте и Вавилоне).

Виды кирпича:

- красный глиняный кирпич. Красная окраска обусловлена наличием в глине оксида Fe₂O₃ (в виде примесей). Изготавливается из глины с водой, с последующей формовкой, сушкой и обжигом. Плохо высушенный сырец при обжиге неизбежно приводит к появлению трещин. Так как вода попавшая в кирпич замерзает и может его разломать, кладу из кирпича защищают штукатуркой или краской.

- пустотелый кирпич, т.е. имеющий внутри полости определенной формы. Не теряя свои теплоизоляционные свойства, такой кирпич позволяет уменьшить массу жилого здания на 30-40%.

- силикатный кирпич (светло-серого цвета). Сырьем для него служат известь и кварцевый песок. Этот кирпич обладает меньшей морозостойкостью, не выдерживает длительного воздействия высоких температур (нельзя для кладки печей). Используется в качестве стенового материала для возведения надземных частей зданий.

4. Выявление места и причины затруднения. 2 минуты.

Вернёмся к нашей проблеме. В настоящее время на территории Иркутской области находятся несколько крупных объекта силикатной промышленности: Ангарский цементно-горный комбинат, Комбинат Железобетонных изделий (ЖБИ), Иркутский керамический завод, заводы по производству кирпича (в Братске, Черемхово, Ангарске, Иркутске, Усть-ордынском Бурятском округе).

Как вы считаете - приносят ли вред нашей экологии указанные предприятия? Почему?

Стекло варят при высокой температуре, следовательно, какая-либо авария может покалечить людей, а промышленные отходы загрязняют атмосферу.

В процессе варки стекла используются щелочь, которая при попадании в водную систему города загрязняет ее.

Химические отходы, скапливающиеся после производства на территории предприятия, тоже наносят ущерб экологической обстановке.

5. Самостоятельная работа с проверкой по эталону. 5 минут.

А сейчас выполните тест по вариантам, лежащий на вашем столе.

6. Рефлексия учебной деятельности. 3 мин.

Давайте подведём итоги. Выполнили ли поставленную цель?

А что вы узнали нового на уроке? Чему научились? Как вы считаете то, чему вы сегодня научились пригодится вам в жизни?

Вопросы на внимательность и сообразительность.

1. Почему промышленность называется силикатной?

2. В каком органе человека содержится больше всего кремнезема? (стекловидное тело глаза).

3. На какие группы делятся керамические изделия?

7. Домашнее задание.

§ 30.

Технологическая карта урока.Этапы урока

Деятельность учителя

Деятельность учеников

Планируемые результаты УУД

1.Мотивация к учебной деятельности. (2 мин)

Цель: создание условий для возникновения внутренней потребности включения в учебную деятельность.

Выдвигает проблему. Создаёт эмоциональный настрой на продуктивную деятельность.

Выдвигают собственные предположения.

Смыслообразование: определение границы собственного знания и «незнания», внутренней позиции к проблеме (Л);

2. Первичного закрепления с проговариванием во внешней речи.

(4 мин)

Цель:

проговаривание обучающимися нового знания.

Помогает обучающимся формулировать цель и план её реализации. Организует обсуждение способов решения проблемы.

Формулируют конкретную цель своих будущих учебных действий, устраняющих причину возникшего затруднения. Выдвигают гипотезу.

Уяснение что такое силикатная промышленность

3. Работа в группах (20 мин)

Цель:

включение нового способа действий в систему знаний, при этом - повторение и закрепление ранее изученного .

Корректирует результаты деятельности групп. Подводит к выводу формулы индукции. Даёт задание на работу с источником информации (анализ таблицы). Подводит обучающихся к выводу о влиянии на индукцию различных параметров.

Афишируют результаты деятельности групп.

Работают с таблицей, отвечая на вопросы.

- осуществление синтеза как составление целого из частей

- извлечение информации из источника (П)

- формулирование и аргументация своего мнения (К)

4. Выявление места и причины затруднения. (2 мин)

Цель:

создание условий для осознания того, в чем именно состоит недостаточность их знаний, умений для решения проблемы.

Формулирует наводящие вопросы, которые способствуют определению места и причины затруднения решения проблемы.

Соотносят свои действия с изученными способами и фиксируют, какого знания или умения недостает для решения исходной задачи

- учебно - познавательный интерес (Л)

- устанавливать причинно-следственные связи

- учёт разных мнений, координирование в сотрудничестве разных мнений (К)

5.Самостоятельная работа с таблицей. (5 мин)

Цель:

интериоризация нового способа действия и исполнительская рефлексия достижения цели пробного учебного действия.

Организует самостоятельное выполнение задание на новые знания и самопроверку по образцу.

Выполняют небольшую самостоятельную работу на индивидуальных листах.

- внутренняя позиция школьника (Л)

- самостоятельная адекватная оценка правильности результатов действия, внесение необходимых корректив (Р)

9. Рефлексия учебной деятельности на уроке. (3 мин)

Цель:

самооценка обучающимися результатов своей учебной деятельности, осознание метода построения и границ применения нового способа действия.

Организует беседу, связывая результаты урока с целями, оценивание обучающимися собственной деятельности, фиксирование неразрешённых затруднений на уроке. Даёт комментарии к домашнему заданию.

Формулируют основные позиции нового материала. Обучающиеся соотносят цель и результаты своей учебной деятельности и фиксируют степень их соответствия;

- самооценка на основе критерия успешности

- адекватное понимание причин успеха / неуспеха в учебной деятельности (Л)

- контроль и оценка процесса и результатов деятельности (П)