Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 4 п. Песковка
Омутнинского района Кировской области
Урок химии в 10 классе
по теме
«Целлюлоза: состав, строение, свойства, применение»
Автор: Шихалеева Татьяна Леонридовна–
учитель биологии и химии высшей категории
2012 год
Урок химии в 10 классе
по теме
«Целлюлоза: состав, строение, свойства, применение»
Автор: Шихалеева Татьяна Леонидовна — учитель биологии и химии высшей категории
МОУ СОШ №4 п. Песковка Омутнинского района Кировской области
Дидактическая цель урока: создать условия для осознания и осмысления блока новой учебной информации, средствами технологии проблемного обучения, технологии развития критического мышления
Тип урока: урок изучения и первичного закрепления нового учебного материала.
Цели по содержанию:
Образовательная: способствовать формированию знаний составе и свойствах целлюлозы, подвести учащихся к идее зависимости свойств веществ от его строения, применения вещества в зависимости от свойств.
Развивающая: продолжать развивать умения сравнивать, делать выводы о наличие взаимосвязей между составом и свойствами веществ.
Воспитательная: формирование навыков продуктивного сотрудничества со сверстниками, взрослыми в образовательной деятельности; готовности к самостоятельной образовательной, проектно-исследовательской, коммуникативной деятельности.
Методы: объяснительно – иллюстративный, частично — поисковый.
Формы организации познавательной деятельности: фронтальная, индивидуальная, парная.
Средства обучения:
1. Химия: 10 класс [Текст]: профильный уровень: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений /Н.Е. Кузнецова, И.М. Титова, Н. Н. Гара / под ред. проф. Н.Е. Кузнецовой. – 3 –е изд., перераб. — М.: – Вентана-Граф, 2011. – 384с.: ил.)
2. Мультимедийная презентация.
3. Тексты для самостоятельной работы.
4. Тексты цифрового диктанта.
Ход урока:
I. Мотивация урока
(Слайд 1) Посмотрите на слайд и скажите, что на нем изображено.
(Слайд 2) Сегодня на уроке я приглашаю совершить путешествие в страну, население которой славится своим трудолюбием и техническими изобретениями.
На уроке речь пойдет об изобретении, без которого мы не мыслим свою жизнь. (Слайд 3). Конечно, это бумага.
II. Объявление темы урока, целеполагание.
Скажите, из чего получают бумагу?
Сформулируйте тему урока.
(Слайд 4). Тема урока: «Целлюлоза: состав, строение, свойства, применение» (Слайд 5). Впервые бумага упоминается в китайских летописях в 12 г до н. э. Сырьем для её изготовления были стебли бамбука и луб шелковичного дерева. В 105 году Цай Лунь обобщил и усовершенствовал существовавшие методы получения бумаги. В Древнем Египте бумагу получали из папируса (Слайд 6). В Европе бумага появилась в XI — XII веках. Она пришла на смену папирусу и пергаменту, который был слишком дорог. Сначала для изготовления бумаги пользовались измельченным пеньковым и льняным тряпьем. Еще в 1719 году Реомюр сделал предположение, что древесина может служить сырьем для производства бумаги.
Современной основой для получения бумаги и картона служит целлюлоза, получаемая из древесины хвойных растений. B России на нужды целлюлозно-бумажной промышленности ежегодно вырубается 43 млн кубометров леса.
III. Актуализация знаний. Давайте вспомним, что вы знаете о целлюлозе и что хотите узнать сегодня на уроке. Предлагаю заполнить колонки1 и 2 в таблице (Прием З – Х – У).
| Хочу узнать | Узнал | |
| 1 | 2 | 3 |
|
|
|
|
Предлагаю также вспомнить классификацию углеводов (Слайд 7) , (Слайд 8).
IV. Изучение нового материала. Осознание и осмысление.
Ответьте на вопросы (Слайд 9):
Почему из целлюлозы изготавливают бумагу и волокна, а из крахмала их получить нельзя? (Учащиеся высказывают предположения).
Почему крахмал набухает в горячей воде, а целлюлоза не образует клейстер? (Учащиеся высказывают предположения)
Обратимся к строению молекулы целлюлозы. (Слайд 10) Целлюлоза представляет собой длинные нити, содержащие 300—10 000 остатков глюкозы, без боковых ответвлений. Эти нити соединены между собой множеством водородных связей, что придает целлюлозе большую механическую прочность при сохранении эластичности.
Сравним строение и структуру молекулы целлюлозы и крахмала.
(Слайд 11) Основные представители полисахаридов — крахмал и целлюлоза — построены из остатков одного моносахарида — глюкозы. Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу: (С6Н10О5)n, но совершенно различные свойства. Это объясняется особенностями их пространственного строения (Слайд 12).
Крахмал состоит из остатков a-глюкозы, а целлюлоза – из b-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы. Звенья b-глюкозы придают молекулам вытянутую форму за счет меж – и внутримолекулярных водородных связей (Слайд 13). Поэтому целлюлоза имеет волокнистую структуру и нерастворима в воде и слабых кислотах (Слайд 14). Является горючим веществом, температура воспламенения 275 °С, температура самовоспламенения 420 °С
Сравним химические свойства целлюлозы и крахмала.
Как доказать, что целлюлоза состоит из остатков глюкозы? (Провести реакцию гидролиза).
Целлюлоза и крахмал состоят из остатков молекул глюкозы, которая и образуется при их гидролизе. Давайте посмотрим, как происходит кислотный гидролиз целлюлозы и запишем уравнение реакции: (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6) (Слайд 15).
Опыт: Кислотный гидролиз целлюлозы (Можно использовать ЭОРы).
При кислотном гидролизе целлюлозы образуется глюкоза. Проведем гидролиз в присутствии серной кислоты. В фарфоровой ступке разотрем вату с концентрированной серной кислотой. Полученную смесь разбавим водой и перенесем в стакан. Прокипятим смесь. Через несколько минут проверим наличие глюкозы в полученном растворе. Прильем к раствору щелочь и несколько капель раствора сульфата меди (II). Нагреем раствор. Выпадает красный осадок оксида меди (I). Мы доказали, что при гидролизе целлюлозы образовалась глюкоза. Кислотный гидролиз целлюлозы имеет важное промышленное значение. Брожением полученной глюкозы получают этиловый спирт.
Возможно ли образования целлюлозой сложных эфиров? (За счет линейного строения целлюлоза образует сложные эфиры)
Давайте посмотрим, как происходит образование сложных эфиров целлюлозы и запишем уравнения реакции образование нитроцеллюлозы и ацетилцеллюлозы (Слайд 16).
Опыт: Получение и свойства нитроцеллюлозы (Можно использовать ЭОРы)
Целлюлоза с азотной кислотой образует азотнокислые эфиры. Эфиры получают действием на целлюлозу смесью безводной азотной кислоты и концентрированной серной кислоты. Целлюлоза в нашем опыте — хлопковая вата.
Приготовим такую смесь и опустим в нее кусочек ваты. Через 15 минут процесс нитрования целлюлозы заканчивается. Промоем полученную нитроцеллюлозу водой. Высушим. Нитроцеллюлоза при поджигании быстро сгорает. Нитроцеллюлоза используется для приготовления бездымного пороха.
При реакции с азотной кислотой образуется нитроцеллюлоза:
В процессе этерификации целлюлозы уксусной кислотой получается ацетат целлюлозы:
Следовательно, различия в пространственной структуре крахмала и целлюлозы оказывают влияние на их химические свойства (Слайд 17).
Просмотрите следующие слайды презентации (Слайды 18 — 20) и составьте кластер «применение целлюлозы». Проверьте в парах, дополните содержание ваших записей. (Целлюлозу и её эфиры используют для получения искусственного волокна (вискозный, ацетатный, медно-аммиачный шёлк, искусственная шерсть). Хлопок, состоящий большей частью из целлюлозы (до 99,5 %), идёт на изготовление тканей. Древесная целлюлоза используется для производства бумаги, пластмасс, кино и фотоплёнок, лаков, бездымного пороха).
(Слайд 21) «Широко распространяет химия руки свои в дела человеческие…» писал М.В. Ломоносов.
Предлагаю расширить ваши знания о применении целлюлозы, выбрав одну из отраслей знаний: история, химическая технология, география, экономика (Слайды 22 — 26).
Тексты для учащихся (по выбору):
Текст 1. История. Впервые бумага упоминается в китайских летописях в 12 г до н. э. Сырьем для её изготовления были стебли бамбука и луб шелковичного дерева. Китайские летописи сообщают, что бумага была изобретена в 105 году н. э. Цай Лунем. Однако в 1957 году в пещере Баоця северной провинции Китая Шаньси обнаружена гробница, где были найдены обрывки листов бумаги. Бумагу исследовали и установили, что она была изготовлена во II веке до нашей эры.
После изобретения Цай Луня, процесс производства бумаги стал быстро совершенствоваться. Стали добавлять для повышения прочности крахмал, клей, естественные красители и т. д.
В начале VII века способ изготовления бумаги становится известным в Корее и Японии. А еще через 150 лет, через военнопленных попадает к арабам.
В XI—XII веках бумага появилась в Европе, где вскоре заменила животный пергамент. С XV—XVI веков, в связи с введением книгопечатания, производство бумаги быстро растёт. Бумага изготовлялась весьма примитивно — ручным размолом массы деревянными молотками в ступе и вычерпкой её формами с сетчатым дном.
Большое значение для развития производства бумаги имело изобретение во второй половине XVII века размалывающего аппарата — ролла. В конце XVIII века роллы уже позволяли изготавливать большое количество бумажной массы, но ручной отлив (вычерпывание) бумаги задерживал рост производства. В 1799 Н. Л. Робер (Франция) изобрёл бумагоделательную машину, механизировав отлив бумаги путём применения бесконечно движущейся сетки. В Англии братья Г. и С. Фурдринье, купив патент Робера, продолжали работать над механизацией отлива и в 1806 запатентовали бумагоделательную машину. К середине XIX века бумагоделательная машина превратилась в сложный агрегат, работающий непрерывно и в значительной мере автоматически.
Хронология:
751 — Таласская битва — проникновение бумаги на Запад.
около 1770 — английский бумажный фабрикант Дж. Ватман-старший ввёл новую бумажную форму, позволявшую получать листы бумаги без следов сетки.
1799 — патент на изобретение бумагоделательной машины (Луи-Николя Робер).
1803 — установка бумагоделательной машины в Великобритании (Брайен Донкин).
1806 — патент на изобретение копировальной бумаги.
1816 — первые бумагоделательные машины в России (Петергофская бумажная фабрика)
1856 — изобретение гофрированного картона.
1857 — технология получения бумаги из древесины.
Получение целлюлозы. Промышленным методом целлюлозу получают методом варки щепы на целлюлозных заводах, входящих в промышленные комплексы (комбинаты). По типу применяемых реагентов различают следующие способы варки целлюлозы:
Кислые:
Сульфитный. Варочный раствор содержит сернистую кислоту и её соль, например гидросульфит натрия. Этот метод применяется для получения целлюлозы из малосмолистых пород древесины: ели, пихты.
Щелочные:
Натронный. Используется раствор гидроксида натрия. Натронным способом можно получать целлюлозу из лиственных пород древесины и однолетних растений. Преимуществом данного метода — отсутствие неприятного запаха соединений серы, недостатки — высокая стоимость получаемой целлюлозы.
Сульфатный. Наиболее распространенный метод на сегодняшний день. В качестве реагента используют раствор, содержащий гидроксид и сульфид натрия, и называемый белым щёлоком. Своё название метод получил от сульфата натрия, из которого на целлюлозных комбинатах получают сульфид для белого щёлока. Метод пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья. Недостатком его является выделения большого количества дурно пахнущих сернистых соединений: Для удаления остаточного лигнина и придания целлюлозе белизны проводится её отбелка. Для получения бумаги и картона используются следующие волокнистые полуфабрикаты:
макулатура— 43%
сульфатная целлюлоза — 36%
древесная масса — 12%
сульфитная целлюлоза — 3%
полуцеллюлоза — 3%
целлюлоза из недревесного растительного сырья — 3%
Производство бумаги складывается из следующих процессов:
приготовление бумажной массы (размол и смешение компонентов, проклейка, наполнение и окраска бумажной массы);
выработка бумажной массы на бумагоделательной машине (разбавление водой и очистка массы от загрязнений, отлив, прессование и сушка, а также первичная отделка);
окончательная отделка (каландирование, резка);
сортировка и упаковка.
При размоле волокнам придают необходимые толщину и физические свойства. Размол производится в аппаратах периодического и непрерывного действия (роллах, конических и дисковых мельницах, рафинерах и других). Чтобы сделать бумагу пригодной для письма и придать ей гидрофобные свойства, в бумажную массу вводят канифольный клей, парафиновую эмульсию, глинозём и другие способствующие слипанию вещества (так называемая проклейка); для повышения связи между волокнами и увеличения механической прочности и жёсткости добавляют крахмал, животный клей; для увеличения прочности бумаги во влажном состоянии — мочевино- и меламино-формальдегидные смолы. Для повышения белизны, гладкости, мягкости и непрозрачности, а также улучшения печатных свойств бумаги вводят минеральные наполнители (каолин, мел, тальк); для придания цвета и повышения белизны — анилиновые (реже минеральные) красители. Некоторые виды бумаги, например, впитывающие и электроизоляционные, вырабатываются без проклейки и наполнения. Бумага из конопляной массы и рисовая бумага белее бумаги из древесной целлюлозы, поэтому зачастую не требует дополнительного химического отбеливания волокон.
В 1283 году в Фабриано была основана фабрика Мильяни. На ней стали производить бумагу, ставшую эталоном качества на многие века. В городе работало сорок бумажных мельниц и продукцию из Фабриано покупали не только на территории будущей Италии, но и в соседних регионах.
Своего расцвета производство бумаги в Фабриано достигло в эпоху Возрождения, когда она экспортировалась по всей юго-западной Европе, включая территории Франции и Испании. На этой бумаге рисовали такие великие художники, как Микеланджело. Гойя и Рафаэль. В том числе благодаря высокому качеству бумаги из Фабриано эти шедевры сохранились до сих пор.
В городе основан Музей бумаги и филиграней (водяных знаков), расположенный в монастыре Св. Доменика, причём это не только музей, но и производство, где до сих пор по классической старинной технологии делается качественный продукт. При этом возраст некоторых работающих станков достигает нескольких сотен лет.
В настоящее время на бумаге из Фабриано печатают евро. Поступают и частные заказы на бумагу ручного изготовления с индивидуальными водяными знаками. Серийная и мелкосерийная продукция пользуется спросом среди современных художников.
Важнейшим требованием к денежной бумаге является износоустойчивость. Принято считать основным показателем, характеризующим износоустойчивость, сопротивление излому и разрыву. Бумажные деньги в обращении многократно сгибаются (складываются) и разгибаются. Поэтому при испытании на приборе фальцере образцы бумаги должны выдерживать (не разрываться) несколько тысяч двойных перегибов (обычные печатные бумаги выдерживают до двадцати двойных перегибов). Высокая прочность должна быть и на разрыв. Она определяется на динамометре и выражается расчетной длиной в метрах полосы бумаги, которая разрывается от собственного веса.
Особое значение для денежной бумаги имеют водяные знаки, которые являются важной защитой от подделки. Кроме того, водяной знак, особенно локальный в виде портрета или другого рисунка, повышает художественный уровень денег.
Водяной знак образуется при отливе бумаги за счет различной толщины слоя волокна. Создание отчетливых и красивых водяных знаков является сложной самостоятельной задачей в технологическом процессе изготовления бумаги. Знак может быть общим, то есть с непрерывно повторяющимся рисунком (узором), или локальным — рисунком, расположенным на листе бумаги в определенном месте. Он обычно размещается на купоне, а также на другом фиксированном месте денежной купюры.
Знак должен хорошо просматриваться на просвет и быть идентичным на протяжении всего тиража. Наиболее ценными и трудными для подделки являются многотоновые водяные знаки и прежде всего портреты. Водяные знаки в ряде случаев являются настоящими произведениями изобразительного искусства. Примером таких художественных знаков являются портреты на денежных билетах Петра I, Екатерины II, Ленина.
Для защиты от подделки в денежную бумагу иногда добавляют тонкие цветные волокна, вводят металлизированную нить и другие специальные материалы. Применяются волокна, видимые только в определенном спектре лучей.
V. Закрепление изученного материала
Предлагается цифровой диктант с выбором верных утверждений
I вариант — выбрать правильные учреждения для крахмала
II вариант — выбрать правильные учреждения для целлюлозы
Вопросы:
1. Природные полимеры.
2. Относятся к моносахаридам.
3. Относятся к полисахаридам.
4. В состав макромолекулы входят остатки — глюкозы.
5. В состав макромолекулы входят остатки — глюкозы.
6. Неоднородный продукт, состоящий из двух типов полимерных веществ: амилазы и амилопектина.
7. Набухает в воде и образует коллоидный раствор – гель.
8. Линейный полимер.
9. Полимер линейного и развелённого строения.
10. Содержится в печени человека.
11. При определённых условиях легко гидролизуется.
12. Гидролизуется с трудом.
13. Твёрдое белое вещество, имеющее волокнистую структуру.
14. Служит необходимым для нормального питания балластным веществом.
15. Общая формула (C6Н10О5) п
16. Невосстанавливающий углевод.
17. Образует сложные эфиры с органическими и неорганическими кислотами.
18. Образует с иодом комплексное соединение интенсивно-синего цвета
20. Используют для производства искусственных волокон.
21. Является одним из продуктов фотосинтеза.
22. Основная часть клеточных стенок растений.
23. Продуктом кислотного гидролиза является глюкоза.
Правильные ответы
I вариант: 1 3 4 6 7 9 10 11 15 16 18 21 23
II вариант: 1 3 5 8 12 13 14 15 16 17 20 22 23
VI. Домашнее задание:
1) прочитать §45, выполнить упр. 5 на стр. 274.
2) на выбор:
а) подготовить сообщения на тему «Полисахариды в живых организмах», «История бумаги», «Целлюлозно – бумажное производство», «Волокна из целлюлозы»
б) составить и решить расчетную задачу по теме урока
в) составит цепочку превращений веществ с включением целлюлозы
VII. Подведение итогов урока.
В заключение, несколько интересных фактов (Слайд 27).
Предлагаю заполнить колонку 3 в таблице
123Узнал Знаю Хочу узнать Предлагаю оценить степень удовлетворения от результатов урока, сопоставляя содержимое граф 2 и 3. Использованная литература: 1. Кукушкин Ю. Н. Химия вокруг нас. – М.: Высшая школа, 1992.. 2. Кузнецова Н.Е. Химия: 10 класс [Текст]: профильный уровень: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений /Н.Е. Кузнецова, И.М. Титова, Н. Н. Гара / под ред. проф. Н.Е. Кузнецовой. – 3 –е изд., перераб. — М.: – Вентана-Граф, 2011. – 384с.: ил.)4. Кузнецова Н.Е. Задачник по химии (9 класс: (для учащихся общеобразовательных учреждений)/ Н.Е. Кузнецова, А.Н. Левкин. — М.: Вентана — Граф, 2010. 3. Поллер З, Химия на пути в третье тысячелетие. – М:Мир, 1982. 4. Стоцкий А.А.. Химия и быт. – Л.: Знание, 1980. 5. Хомченко И.Г. Сборник задач и упражнений для средней школы. – М.: Новая волна, 2006.
Алгебра
Английский Язык
Биология
География
Геометрия
ИЗО
Информатика
История
Литература
Математика
Музыка
МХК
Начальная Школа
ОБЖ
Обществознание
Окружающий Мир
ОРКСЭ
Педагогика
Природоведение
Разное
Русский Язык
Технология
Физика
Физкультура
Химия
Экология
Экономика