Тема 3
Урок 39
Тема урока. Понятие о полимерах на примере полиэтилена. Использование полиэтилена
Цели урока: расширить знания учащихся о реакции присоединения на примере реакции полимеризации; развивать навыки составления уравнений реакций на примере реакции полимеризации этилена; показать на практике химические свойства полимеров, преимущества и недостатки отдельных видов полимеров; объяснить причины широкого использования полимеров в народном хозяйстве; обсудить проблемы утилизации отходов полимерных материалов.
Тип урока: комбинированный урок усвоения знаний, умений и навыков и творческому применению их на практике.
Формы работы: фронтальная работа, лабораторный эксперимент.
Оборудование: таблицы «Характеристика распространенных полимеров», «Современные полимерные материалы», «Состав и области применения пластических масс».
Демонстрация 13 «Определение свойств полиэтилена: реакция на нагрев, реакции с растворами кислот, щелочей, калий перманганатом.
Лабораторный опыт 7 «Ознакомление с образцами изделий из полиэтилена».
II. Проверка домашнего задания. Актуализация опорных знаний. Мотивация учебной деятельности
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:
1. Рассказ учителя
Молекулы, содержащие кратные связи, такие как алкены, способны соединяться между собой с образованием длинных цепей из атомов Карбона — полимера.
Реакция образования полимеров называется полимеризацией. Рассмотрим полимеризацию на примере этилена:
CH 2 = CH 2 — мономер, исходное вещество — углеводород, из которого синтезируется полимер.
(- CH 2 – CH 2 -) n — полимер — молекула, образующаяся в результате полимеризации.
(- CH 2 – CH 2 – ) — элементарное звено — повторяющаяся часть молекулы полимера.
n — степень полимеризации — число элементарных звеньев в молекуле полимера, которая равна числу молекул мономера.
2. Лабораторный опыт 7. Ознакомление с образцами изделий из полиэтилена и других пластмасс
Перед началом работы проводим инструктаж по технике безопасности.
Рассмотрим коллекцию изделий из различных полимерных материалов, обратим внимание на маркировку на некоторых готовых изделиях, что объясняет состав и свойства полимеров (полиэтилен низкого и высокого давления), с образцами полиэтиленовой пленки проведем эксперимент. Исследование свойств полиэтилена
1. Определение плотности полиэтилена за водой, его растворимость в воде.
2. Образец полиэтилена, закрепленного в щипцах, погружаем в горячую воду.
3. Реакция с раствором калий перманганата.
4. Реакция с растворами серной кислоты и натрий гидроксида. За каждым пунктом плана делаем выводы о физические и химические свойства полиэтилена и записываем их в тетрадь.
3. Состав полипропилена, поливинилхлорида и других полимеров. Использование полимеров на их основе
На столах учащихся — таблицы для самостоятельной работы и подготовки сообщений «Характеристика распространенных полимеров», «Современные полимерные материалы», «Состав и области применения пластических масс» (Химия вокруг нас. — Х.: Вид. группа «Основа», 2003.— Вып. 5.— (Библиотека журнала «Химия»)).
Знакомим с таблицей распознавание пластмасс (за Чертковим). Напишем уравнение получения и кратко охарактеризуем свойства полимеров.
IV . Подведение итогов урока
• Объясните, строение карбонового цепи должно быть в мономера? (Наличие кратной связи)
• Приведите примеры использования полимеров. Обратите внимание, какие свойства этих полимеров используются.
(Заслушиваем сообщение учащихся об использовании полимеров.)
• Назовите природные полимеры, известные вам из курса биологии. Оценивание работы учащихся на уроке.
V. Домашнее задание
Проработать материал параграфа, ответить на вопросы к нему, выполнить упражнения.
Описание разработки
Цели:
– формирование ответственного отношения к учению, готовности учащихся к самообразованию на основе мотивации к обучению;
– готовность к осознанному выбору дальнейшей образовательной траектории обучения через составление плана работы на уроке;
– формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками через парную и групповую работу.
– формирование умений самостоятельно определять цели своего обучения и развитие мотива своей познавательной деятельности через целеполагание на уроке;
– формирование умений спланировать пути достижения поставленной цели с помощью планирования действий на занятии;
– формирование умений оценить правильность выполнения предложенного задания на этапе актуализации знаний и контроля;
– способствовать овладению основами взаимоконтроля на этапе актуализации знаний и контроля;
– формирование умений организовать учебное сотрудничество с учителем и сверстниками посредством фронтальной и групповой работы, умений критически мыслить, аргументировать и отстаивать своё мнение;
– формирование умений вести диалог.
– формирование понятия полимеры, видов классификаций полимеров, их свойств, особенностей и областей применения.
Методы обучения: индивидуальная работа учащихся, организация самостоятельной работы, работа в парах, фронтальная работа учителя с классом.
Средства обучения: приемы технологии критического мышления, ИКТ, взаимооценивание письменных ответов, раздаточный материал, учебник, задание учителя, опыт взаимодействия с другими.
Схема урока.
1. Организационный момент.
Учитель приветствует учащихся: «Здравствуйте, мне бы хотелось, ребята, чтобы вы сегодня работали активно, проявляли любознательность, умели ставить перед собой вопросы, вырабатывали точки зрения и отстаивали их».
2. Целеполагание и мотивация.
1. Учитель предлагает прием «Покопаемся в памяти»:
– Ребята, давайте вспомним, что мы изучали на предыдущих уроках?
– Типы химической связи, а именно водородную связь.
– Какая бывает водородная связь?
– Межмолекулярная и внутримолекулярная.
– Давайте вспомним, в молекулах каких веществ встречается внутримолекулярная водородная связь?
– В белках и нуклеиновых кислотах.
Белки и нуклеиновые кислоты представляют собой биополимеры, а еще к ним относятся полисахариды – крахмал, целлюлоза, гликоген, хитин и др.
2. Далее учитель предлагает учащимся прием «Ассоциация»:
– С чем у вас ассоциируется понятие «полимер»?
Учащиеся предлагают варианты ассоциаций: -что – то большое, крупное, «поли» – много.
– Рассмотрите коллекции пластмасс и волокон.
Конспект урока
Естествознание, 11 класс
Урок 28. От полимеров природных к полимерам синтетическим
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: Какой смысл вкладывают в понятия «полимер», «мономер», «элементарное звено»? Как полимеры классифицируют по происхождению, способам получения и свойствам? Каковы свойства искусственных и синтетических полимеров, их преимущества и недостатки? Какие можно привести примеры полимеров и области их применения?
Глоссарий по теме:
Полимеры представляют собой аморфные и кристаллические, неорганические и органические вещества, общим признаком которых является то, что их структура состоит из «мономерных звеньев», соединённых в макромолекулы.
Мономер – элементарное звено полимера, группа атомов, повторяющаяся в структуре полимера.
Степень полимеризации – число мономерных звеньев – отдельных элементов в структуре полимера.
Эластичность – это способность полимеров к обратимым деформациям высокой степени при небольшой нагрузке (например, каучуки, резина).
Органические полимеры – это полимеры, которые содержат органические звенья.
Элементоорганические полимеры – это полимеры, которые содержат в цепи органических мономеров отдельные неорганические атомы. Не встречаются в природе.
Неорганические полимеры не содержат углерод-углеродных связей в повторяющемся звене, могут содержать отдельные органические радикалы, в качестве боковых атомов.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
1. Естествознание. 11 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. – С. 135-140.
2. Тагер А. А., Физико-химия полимеров. – М.: Научный мир, 2007. – С. 347-356.
Открытые электронные ресурсы по теме урока:
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Современный этап человеческой цивилизации – это одновременно и этап активного развития химических веществ и различных материалов. Многие из современных материалов, созданных человеком, разработаны по аналогии и на основе природных структур. В число таких соединений, наиболее часто используемых в повседневной жизни человеком, входят высокомолекулярные соединения – полимеры.
Полимеры представляют собой аморфные и кристаллические, неорганические и органические вещества, общим признаком которых является то, что их структура состоит из «мономерных звеньев», соединённых в макромолекулы.
Число мономерных звеньев – отдельных элементов в структуре полимера называют степенью полимеризации. Степень полимеризации должна быть достаточно высокой, в противном случае соединение называют олигомером. В большинстве случаев, полимеры – это вещества, молекулярная масса которых составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов.
По пространственному расположению мономерных звеньев выделяют линейные полимеры, в которых звенья соединены в цепочку (например, такую структуру имеет целлюлоза) и разветвлённые, в том числе и с трёхмерными пространственными структурами.
В строении всех полимеров присутствует повторяющийся структурный фрагмент – мономерное звено, включающий несколько атомов. Полимеры, молекулы которых содержат не одну, а несколько видов повторяющихся групп, называют гетерополимерами. Полимер формируется из мономеров в ходе реакций полимеризации или поликонденсации.
По происхождению полимеры делят на природные и синтетические. Природные полимеры возникают естественным путём. Например, к их числу относятся нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), а также белки, полисахариды. В большинстве случаев природные полимеры – это органические соединения, но существуют и природные неорганические полимеры.
Синтетические полимеры получают искусственным путём из низкомолекулярных соединений с помощью реакций полимеризации или поликонденсации. Химические названия полимеров формируют из названия мономера и приставки «поли-», например, полипропилен, полиэтилен, поливинилацетат и т. п.
За счет того, что полимеры обладают рядом важных для хозяйственной деятельности характеристик, их используют в промышленности и быту.
Основными характеристиками полимеров являются следующие:
1. Эластичность – это способность полимерам к обратимым деформациям высокой степени при небольшой нагрузке (например, каучуки, резина).
2. Малая хрупкость кристаллических и стекловидных полимеров (например, органическое стекло, пластмассы).
3. Способность макромолекул полимеров к ориентации в пространстве под действием механического поля. Эта характеристика полимеров применяется при промышленном изготовлении плёнок и волокон.
Важными для хозяйственной деятельности человека являются и свойства растворов полимеров, в частности:
1. Значительная вязкость раствора при сравнительно небольшой концентрации полимера.
2. Образование раствора полимера через стадию набухания.
Кроме того, полимеры могут резко менять свои физико-механические свойства под влиянием небольших количеств реагента (это свойство полимера используется при вулканизации каучука, в процессе дубления кож и т. п.).
Свойства полимеров обусловлены как их большой молекулярной массой, так и цепным строением и гибкостью молекул. В промышленности полимеры используют в качестве композитных материалов.
По химическому составу полимеры классифицируют на органические, неорганические и элементоорганические.
Органические полимеры содержат органические звенья, например, это полипептиды, которые содержат пептидную группу из атомов кислорода, азота, углерода, водорода (О=С-N-Н). Пептидная связь – основа белков.
Элементоорганические полимеры не встречаются в природе и являются синтетическими. Элементоорганические полимеры содержат в цепи органических мономеров отдельные неорганические атомы (например, кремний, алюминий). Искусственно полученное вещество, которое можно отнести к данной группе – это кремнийорганические соединения.
Неорганические полимеры не содержат углерод-углеродных связей в повторяющемся звене, могут содержать отдельные органические радикалы, в качестве боковых атомов.
По форме и пространственной ориентации макромолекул полимеры разделяют на линейные, разветвлённые, плоские, ленточные, гребнеобразные, сеточные и т.д.
Кроме того, полимеры классифицируют по полярности, которая влияет на растворимость полимера. Полярность отдельных мономерных звеньев полимера определяется присутствием диполей в их составе – молекул с разобщенными положительными и отрицательными зарядами.
У гидрофильных полимеров звенья обладают высокой полярностью, эти полимеры хорошо растворяются в воде. Полимеры с неполярными звеньями являются гидрофобными, они, напротив, плохо растворяются или не растворяются в воде, но при этом могут быть растворимы в маслах или иных жидкостях (например, в бензине). Полимеры, которые содержат полярные и неполярные звенья, являются амфифильными.
Полимеры, по реакции на нагревание разделяют на термореактивные и термопластичные. Термопластичные полимеры (к которым относится полипропилен, полиэтилен, полистирол) при нагреве обратимо плавятся, а при охлаждении затвердевают. Термореактивные полимеры при нагреве разрушаются без плавления и необратимо.
Природные полимеры формируются в живых организмах. Ключевыми для жизни из них являются белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты. Решающим этапом возникновения жизни на Земле стало формирование из простых органических молекул высокомолекулярных соединений.
Человек изначально использовал природные полимеры в своей жизни. Например, это кожа, шерсть, меха, шёлк, в их состав входят природные биополимеры. Промышленное производство полимеров началось в первой четверти XX века. Промышленное производство полимеров практически сразу развивалось в двух направлениях – это переработка полимеров природного происхождения и синтез искусственных полимеров.
Производство синтетических полимеров начато в 1906 году, когда Лео Бакеланд создал бакелитовую смолу – путем конденсации фенола и формальдегида, который при нагревании превратился в трёхмерный полимер. В течение десятилетий этот полимер использовали для изготовления аккумуляторов, корпусов электрических приборов, телевизоров, электрических розеток.
Благодаря своим физическим и химическим свойствам полимеры используются в машиностроении, сельском хозяйстве, текстильной промышленности, медицине, авиастроении и широко применимы в быту (пластик, посуда, резина, клей и лаки). Все живые ткани живых организмов – это также высокомолекулярные соединения.
Наука о полимерах с 30-х годов XX века развивается как самостоятельная область знаний. Эта наука тесно связана с физикой, коллоидной, физической и органической химией. Сегодня выделяют и отдельные области знаний – например, химия полимеров, физика полимеров.
Полимеры представляют собой аморфные и кристаллические, неорганические и органические вещества, общим признаком которых является то, что их структура состоит из «мономерных звеньев», соединённых в макромолекулы.
Число мономерных звеньев – отдельных элементов в структуре полимера называют степенью полимеризации. Степень полимеризации должна быть достаточно высокой, в противном случае соединение называют олигомером. В большинстве случаев, полимеры – это вещества, молекулярная масса которых составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов.
По пространственному расположению мономерных звеньев выделяют линейные полимеры, в которых звенья соединены в цепочку (например, такую структуру имеет целлюлоза) и разветвлённые, в том числе и с трёхмерными пространственными структурами.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:
1. Аморфные и кристаллические, неорганические и органические вещества, общим признаком которых является то, что их структура состоит из «мономерных звеньев», соединённых в макромолекулы, это:
Правильный ответ: 1. Полимеры.
2. Вставьте пропущенные слова в текст:
«У __________ полимеров звенья обладают высокой полярностью, эти полимеры хорошо растворяются в воде. Полимеры с неполярными звеньями являются _________, они, напротив, плохо растворяются или не растворяются в воде, но при этом могут быть растворимы в маслах или иных жидкостях (например, в бензине)».
Правильный ответ: гидрофильные; гидрофобные.