MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Zofia Jakubiak Wytwarzanie polimerów 3[3].Z4.08 Poradnik dla nauczyciela Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy Radom 2006
Recenzenci: mgr Urszula Ciosk-Rawluk mgr Zbigniew Rawluk Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Małgorzata Urbanowicz Konsultacja: dr inż. Bożena Zając Korekta: Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 3[3].Z4.08 Wytwarzanie polimerów zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik technologii chemicznej Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
SPIS TREŚCI. Wprowadzenie 2. Wymagania wstępne 3. Cele kształcenia 4. Przykładowe scenariusze zajęć 5. Ćwiczenia 5.. Reakcje polimeryzacji, kopolimeryzacji i polikondensacji 5... Ćwiczenia 5.2. Metody wytwarzania polietylenu 5.2.. Ćwiczenia 5.3. Wytwarzanie polistyrenu ciągłą metoda blokową. Suspensyjna polimeryzacja chlorku winylu 5.3.. Ćwiczenia 5.4. Zastosowanie najważniejszych polimerów i kopolimerów. Recykling oraz utylizacja polimerów i kopolimerów 5.4..Ćwiczenia 6. Ewaluacja osiągnięć uczniów 7. Literatura 3 5 6 7 3 3 3 4 4 6 6 9 9 2 34 7 9 2
. WPROWADZENIE Przekazujemy Państwu Poradnik dla nauczyciela, który będzie pomocny w prowadzeniu zajęć dydaktycznych w szkole kształcącej w zawodzie technik technologii chemicznej w jednostce modułowej Wytwarzanie polimerów. W poradniku zamieszczono: wymagania wstępne, cele kształcenia przykładowe scenariusze zajęć, propozycje ćwiczeń, które mają na celu ukształtowanie u uczniów umiejętności praktycznych, wykaz literatury, z jakiej uczniowie mogą korzystać podczas nauki. Wskazane jest, aby zajęcia dydaktyczne były prowadzone różnymi metodami ze szczególnym uwzględnieniem aktywizujących metod nauczania, np. samokształcenia kierowanego, tekstu przewodniego, metody projektów, ćwiczeń praktycznych. Formy organizacyjne pracy uczniów mogą być zróżnicowane, począwszy od samodzielnej pracy uczniów do pracy zespołowej. W celu sprawdzenia wiadomości i umiejętności ucznia, nauczyciel może posłużyć się zamieszczonym w rozdziale 6 zestawem zadań testowych dwustopniowych oraz przeprowadzić zadanie praktyczne wysoko symulowane. W tym rozdziale podano do testu dwustopniowego: plan testu w formie tabelarycznej, punktacje zadań, instrukcję dla nauczyciela, instrukcję dla ucznia, kartę odpowiedzi, zestaw zadań testowych. Zadanie praktyczne zawiera: instrukcję dla nauczyciela, plan zadania praktycznego, instrukcję dla ucznia, treść zadania, kartę pracy, kartę oceny, załącznik z wykresami, schematem. 3
3[3].Z4 Technologia wytwarzania półproduktów i produktów organicznych 3[3].Z4.0 Wytwarzanie produktów naftowych i surowców petrochemicznych 3[3].Z4.02 Wytwarzanie olefin i węglowodorów aromatycznych 3[3].Z4.03 Wytwarzanie i oczyszczanie surowego gazu syntezowego 3[3].Z4.04 Wytwarzanie metanolu i kwasu octowego 3[3].Z4.05 Wytwarzanie produktów alkilowania 3[3].Z4.06 Wytwarzanie chlorku winylu i rozpuszczalników chloroorganicznych 3[3].Z4.08 Wytwarzanie polimerów 3[3].Z4.0 Komponowanie wysokooktanowych benzyn bezołowiowych 3[3].Z4.09 Wytwarzanie fenolu i acetonu z kumenu 3[3].Z4.07 Wytwarzanie styrenu z etylobenzenu Schemat układu jednostek modułowych 4
2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej, uczeń powinien umieć: korzystać z różnych źródeł informacji, wykonywać podstawowe działania arytmetyczne, czytać tekst ze zrozumieniem, rozróżniać właściwości fizyczne i chemiczne substancji, zapisywać równania reakcji, scharakteryzować pojęcia: katalizator, inicjator, inhibitor, wykonywać obliczenia stechiometryczne, przestrzegać przepisów bhp w pracowni chemicznej, interpretować zasady technologiczne, sporządzać schematy ideowe, stosować technikę komputerową w sporządzaniu schematów ideowych. 5
3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji jednostki modułowej, uczeń powinien umieć: przedstawić uproszczone wzory polietylenu, polipropylenu, polistyrenu i polichlorku winylu, wyjaśnić pojęcie stopnia polimeryzacji, rozróżnić reakcje polimeryzacji i polikondensacji, scharakteryzować stosowane w przemyśle sposoby prowadzenia polimeryzacji: w masie, w zawiesinie i w emulsji, rozróżnić procesy produkcji polietylenu metodą wysokociśnieniową oraz niskociśnieniową w obecności metaloorganicznego katalizatora kompleksowego, odróżnić zasadnicze typy polietylenu, scharakteryzować ciągłą metodę blokową polimeryzacji styrenu, wyjaśnić zasadę suspensyjnej polimeryzacji chlorku winylu, scharakteryzować metody przeróbki surowego PCW na PCW twardy, miękki i chlorowany, ocenić właściwości najważniejszych kopolimerów, w tym kauczuków syntetycznych, ocenić szkodliwość substancji stosowanych w procesie wytwarzania tworzyw polimeryzacyjnych, zestawić dane porównawcze o wielkości produkcji najważniejszych tworzyw polimeryzacyjnych, zastosować zasady bhp, ochrony ppoż. oraz ochrony środowiska obowiązujące na stanowiskach pracy. 6
4. PRZYKŁADOWE SCENARIUSZE ZAJĘĆ Scenariusz zajęć Osoba prowadząca.. Modułowy program nauczania: technik technologii chemicznej 3[3] Moduł: Technologia wytwarzania półproduktów i produktów organicznych 3[3].Z4 Jednostka modułowa: Wytwarzanie polimerów 3[3].Z4.08 Temat: Zastosowanie różnych polimerów i kopolimerów z uwzględnieniem ich właściwości. Cel ogólny: poznanie właściwości polimerów i kopolimerów oraz ich zastosowania. Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń potrafi: rozróżnić rodzaje tworzyw sztucznych, charakteryzować właściwości, wskazać kierunki zastosowania, ocenić zagrożenia środowiska zużytymi tworzywami. Metody nauczania: metoda projektów. Formy organizacyjne pracy uczniów: grupowa zróżnicowana. Czas: 45 min na wprowadzenie do projektu, 45 min na prezentację projektów. Projekt będzie wykonywany przez uczniów w czasie pozalekcyjnym w ciągu dwóch tygodni. Środki dydaktyczne: komputer z dostępem do Internetu, literatura z rozdziału 7, czasopisma specjalistyczne np. Przemysł Chemiczny. Przebieg zajęć: Lp. Fazy przygotowania projektu Wprowadzenie do tematu i zasugerowanie problemów do rozwiązania 2 Sformułowanie tematów i ustalenie zakresu projektów Czynności nauczyciela podaje informacje niezbędne do zapoznania uczniów z właściwości polimerów kopolimerów oraz ich zastosowaniem. podaje literaturę wyjaśnia zasadę metody projektów, ustala formę projektów, czas prezentacji i kryteria ocen. Czynności uczniów tworzą zespoły zadaniowe. wybierają tematy, zbierają informacje do projektów, 7
Lp. Fazy przygotowania projektu Czynności nauczyciela 3 Realizacja projektów odpowiada na pytania uczniów związane z realizacją projektów, czuwa nad zaplanowanym przebiegiem ich realizacji. 4 Prezentacja projektów ustala kolejność prezentacji przez poszczególne zespoły uczniowskie, prowadzi dyskusję po przedstawieniu projektu, ocenia projekty uwzględniając opinie wypowiedziane podczas dyskusji, dokonuje podsumowania wykonanych projektów, zadaje prace domowe. Czynności uczniów opracowują plan działania korzystają z literatury, uczestniczą w konsultacjach, piszą sprawozdanie, opracowują zebrany materiał oraz formę prezentacji. prezentują swoje projekty, po prezentacji odpowiadają na pytania kolegów, pozostali uczniowie sporządzają notatki z ważniejszych treści zawartych w projekcie, oceniają projekt kolegów. Czas prezentacji projektów każda grupa 0 minut. Forma projektów kolekcja przedmiotów użytkowych wykonanych z tworzyw, plakat lub prezentacja komputerowa. Kryteria oceny: sposób prezentacji: poprawność językowa, technika prezentacji, komunikatywność, wykorzystanie czasu prezentacji, estetyka wykonania projektu, stopień uzyskania zamierzonych celów, prawidłowość treści, pracowitość i zaangażowanie. Tematy projektów:. Zastosowanie różnych polimerów z uwzględnieniem ich właściwości. 2. Zastosowanie różnych kopolimerów z uwzględnieniem ich właściwości. 8
INSTRUKCJA DO WYKONANIA PROJEKTU Celem projektu jest przedstawienie zastosowania różnych polimerów i kopolimerów z uwzględnieniem ich właściwości.. Podzielcie się na grupy i wybierzcie lidera, który będzie czuwał nad prawidłowym przebiegiem pracy. 2. Grupy wybiorą jeden z poniższych tematów: Zastosowanie różnych polimerów z uwzględnieniem ich właściwości. Zastosowanie różnych kopolimerów z uwzględnieniem ich właściwości. 3. Wszyscy powinni uwzględnić następujące informacje dotyczące: właściwości tworzyw, kierunku zastosowania tworzyw, zagrożeń środowiska zużytymi tworzywami, sposobu wykorzystania zużytych tworzyw. 4. Opracujcie dokładny plan działania. 5. Zaplanujcie, w jakiej formie zaprezentujecie zebrany materiał. 6. Przedstawcie sprawozdanie z realizacji projektu. 7. Każda grupa otrzyma 0 minut na prezentację projektu. 8. Projekt będzie oceniany według następujących kryteriów: sposób prezentacji: poprawność językowa, technika prezentacji, komunikatywność, wykorzystanie czasu prezentacji, estetyka wykonania projektu, stopień uzyskania zamierzonych celów, prawidłowość treści, pracowitość i zaangażowanie. 9. Ostateczna ocena uwzględnia opinię uczniów podczas dyskusji nad projektem. Zakończenie zajęć Praca domowa Zestaw dane porównawcze o wielkości produkcji najważniejszych tworzyw polimeryzacyjnych w Polsce. Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach: sprawdzanie przygotowanych sprawozdań. 9
Scenariusz zajęć 2 Osoba prowadząca.. Modułowy program nauczania: technik technologii chemicznej 3[3] Moduł: Technologia wytwarzania półproduktów i produktów organicznych 3[3].Z4 Jednostka modułowa: Wytwarzanie polimerów 3[3].Z4.08 Temat: Projekt schematu ideowego recyklingu zużytych opon samochodowych. Cel ogólny: kształtowanie świadomości proekologicznej wykorzystanie odpadów. Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń potrafi: ocenić stan środowiska, uzasadnić konieczność segregacji odpadów, zagospodarować odpady z tworzyw sztucznych, zaplanować kolejność operacji recyklingu zużytych opon, narysować schemat ideowy. Metody nauczania: metoda projektów. Formy organizacyjne pracy uczniów: grupowa jednolita. Czas: 45 min na wprowadzenie do projektu, 45 min na prezentację projektu. Projekt będzie wykonywany przez uczniów w czasie pozalekcyjnym w ciągu dwóch tygodni. Środki dydaktyczne: komputer z dostępem do Internetu, literatura z rozdziału 7, czasopisma specjalistyczne np. Chemik, Przemysł Chemiczny. Przebieg zajęć: Lp. Fazy przygotowania projektu Wprowadzenie do tematu i zasugerowanie problemów do rozwiązania 2 Sformułowanie tematów i ustalenie zakresu projektu Czynności nauczyciela podaje informacje niezbędne do opracowania schematów ideowych recyklingu zużytych opon samochodowych. podaje literaturę wyjaśnia zasadę metody projektu, ustala formę projektu, czas prezentacji i kryteria ocen. Czynności uczniów tworzą zespoły zadaniowe. zbierają informacje na temat swoich projektów, 0
Lp. Fazy przygotowania projektu Czynności nauczyciela 3 Realizacja projektów odpowiada na pytania uczniów wiązane z realizacją projektów, czuwa nad zaplanowanym przebiegiem ich realizacji. 4 Prezentacja projektów ustala kolejność prezentacji przez poszczególne zespoły uczniowskie, prowadzi dyskusję po przedstawieniu projektu, ocenia projekty uwzględniając opinie wypowiedziane podczas dyskusji, dokonuje podsumowania wykonanych projektów, zadaje prace domowe. Czynności uczniów opracowują plan działania korzystają z literatury, uczestniczą w konsultacjach, piszą sprawozdanie, opracowują zebrany materiał oraz formę prezentacji. prezentują swoje projekty, po prezentacji odpowiadają na pytania kolegów, pozostali uczniowie sporządzają notatki z ważniejszych treści zawartych w projekcie, oceniają projekty kolegów Czas prezentacji projektów każda grupa 0 minut. Forma projektów plakat lub prezentacja komputerowa. Kryteria oceny: sposób prezentacji: poprawność językowa, technika prezentacji, komunikatywność, wykorzystanie czasu prezentacji, estetyka wykonania projektu, stopień uzyskania zamierzonych celów, prawidłowość treści, pracowitość i zaangażowanie. INSTRUKCJA DO WYKONANIA PROJEKTU Celem projektu jest opracowanie schematu ideowego recyklingu zużytych opon samochodowych.. Podzielcie się na grupy i wybierzcie lidera, który będzie czuwał nad prawidłowym przebiegiem pracy. 2. Wszyscy autorzy powinni uwzględnić następujące informacje dotyczące: oceny stanu środowiska, sposobu segregacji odpadów, zagospodarowania odpadów, metod utylizacji tworzyw. 3. Opracujcie dokładny plan działania. 4. Zaplanujcie, w jakiej formie zaprezentujecie zebrany materiał. 5. Przedstawcie sprawozdanie z realizacji projektu.
6. Każda grupa otrzyma 0 minut na prezentację projektu. 7. Projekt będzie oceniany według następujących kryteriów: sposób prezentacji: poprawność językowa, technika prezentacji, komunikatywność, wykorzystanie czasu prezentacji, estetyka wykonania projektu, stopień uzyskania zamierzonych celów, prawidłowość treści, pracowitość i zaangażowanie. 8. Ostateczna ocena uwzględnia opinię uczniów podczas dyskusji nad projektem. Zakończenie zajęć Praca domowa Podaj przykłady zastosowania utylizacji polimerów. Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach: sprawdzanie przygotowanych sprawozdań. 2
5. ĆWICZENIA 5.. Reakcje polimeryzacji, kopolimeryzacji i polikondensacji 5... Ćwiczenia Ćwiczenie Na wybranych przykładach scharakteryzuj reakcje polimeryzacji i polikondensacji. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić jego zakres i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: ) zapoznać się z materiałem nauczania, 2) zapisać przykładowe równania reakcji polimeryzacji i polikondensacji, 3) wskazać różnice w przebiegu reakcji, 4) ocenić wpływ temperatury na przebieg reakcji polimeryzacji. Zalecane metody nauczania uczenia się: dyskusja problemowa. Środki dydaktyczne: materiał nauczania (Poradnik dla ucznia rozdział 4..). Ćwiczenie 2 Oblicz masę cząsteczki polietylenu, jeżeli stopień polimeryzacji wynosi 800. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić jego zakres i techniki wykonania. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: ) definiować stopień polimeryzacji, 2) zapisać wzór na obliczanie masy cząsteczkowej polimeru, 3) obliczyć masę cząsteczkową meru, 4) obliczyć masę cząsteczkową polimeru. Zalecane metody nauczania uczenia się: metoda praktyczna, obliczenia. Środki dydaktyczne: materiał nauczania (Poradnik dla ucznia rozdział 4..), kalkulator, układ okresowy pierwiastków. 3
5.2. Metody wytwarzania polietylenu 5.2.. Ćwiczenia Ćwiczenie Na podstawie rysunku 6 i 7 dokonaj analizy schematów instalacji wytwarzających polietylen metodą niskociśnieniowa i wysokociśnieniową. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić jego zakres i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Przygotować schemat produkcji polietylenu metodą wysokociśnieniową oraz schemat produkcji polietylenu metodą niskociśnieniową. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: ) określić warunki otrzymywania LDPE i HDPE, 2) ustalić aparaty i urządzenia stosowane w produkcji LDPE i HDPE, 3) ustalić procesy w obu instalacjach, 4) ocenić koszty aparatury i bezpieczeństwo procesów produkcji. Zalecane metody nauczania uczenia się: metoda projektów. Środki dydaktyczne: schemat instalacji produkcji polietylenu metodą wysokociśnieniową, schemat produkcji polietylenu metodą niskociśnieniową. Ćwiczenie 2 Zaprojektuj schemat ideowy produkcji polietylenu. Surowcem wyjściowym do produkcji jest ropa naftowa. Wskazówki do realizacji: Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić jego zakres i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: ) ustalić główne etapy produkcji, 2) ustalić półprodukty i monomer, 3) ustalić procesy w poszczególnych etapach, 4) narysować schemat ideowy produkcji polietylenu. 4
Zalecane metody nauczania uczenia się: metoda projektów. Środki dydaktyczne: komputer, materiał nauczania (Poradnik dla ucznia rozdział 4.2.). 5
5.3. Wytwarzanie polistyrenu ciągłą metodą blokową. Suspensyjna polimeryzacja chlorku winylu 5.3.. Ćwiczenia Ćwiczenie Scharakteryzuj metodę blokową polimeryzacji styrenu. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić jego zakres i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Przygotować schemat polimeryzacji styrenu metodą blokową. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: ) ustalić surowiec, 2) ustalić warunki procesu, 3) wskazać nośnik ciepła, 4) opisać przebieg procesu w kolumnie polimeryzacyjnej, 5) podać sposób obróbki produktu. Zalecane metody nauczania uczenia się: praca z tekstem. Środki dydaktyczne: materiał nauczania (Poradnik dla ucznia rozdział 4.3.), schemat polimeryzacji styrenu metodą blokową, literatura podana w rozdziale 7. Ćwiczenie 2 Scharakteryzuj proces suspensyjnej polimeryzacji chlorku winylu i metody przerobu polichlorku winylu. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić jego zakres i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Przygotować schemat instalacji do otrzymywania polichlorku winylu metodą polimeryzacji suspensyjnej. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: ) przedstawić zasady polimeryzacji suspensyjnej, 2) wskazać parametry procesu, 3) wskazać inicjator i stabilizator procesu, 4) podać sposób usuwania nieprzereagowanego substratu, 5) wskazać metody przeróbki surowego PVC, 6) opisać przeróbkę surowego PVC na miękki, 7) porównać właściwości PVC twardego, miękkiego i chlorowanego. 6
Zalecane metody nauczania uczenia się: metoda tekstu przewodniego. Środki dydaktyczne: materiał nauczania (Poradnik dla ucznia rozdział 4.3.), schemat instalacji do otrzymywania polichlorku winylu metodą polimeryzacji suspensyjnej, literatura podana w rozdziale 7. Ćwiczenie 3 Podczas wycieczki do Zakładów Petrochemii w Płocku dokonaj obserwacji pracy sterowni i procesu produkcji polietylenu. Oceń zagrożenia związane z procesem produkcji polietylenu. Wskazówki do realizacji: Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić jego zakres i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy podczas wycieczki do zakładu przemysłowego. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: ) zapoznać się z obowiązującymi na terenie zakładu przepisami bhp i stosować się do nich, 2) uzyskać informacje o szkodliwości substancji stosowanych w procesie produkcyjnym, 3) uzyskać informacje o stosowanych środkach bezpieczeństwa, 4) uzyskać informacje o urządzeniach stosowanych w procesie produkcji, 5) uzyskać informacje dotyczące kontroli temperatury i ciśnienia, 6) uzyskać informacje o obiegu czynników grzewczych i chłodniczych, 7) uzyskać informacje o składzie mieszanin reakcyjnych, 8) uzyskać informacje o zagrożeniach związanych z procesem produkcji, 9) uzyskać informacje o odpadach z procesu produkcyjnego i sposobach ich zagospodarowania, 0) narysować schemat blokowy produkcji, ) ocenić zagrożenia na stanowisku pracy. Zalecane metody nauczania uczenia się: metoda tekstu przewodniego. Środki dydaktyczne: przemysłowa instalacja polimeryzacji etylenu. 7
Ćwiczenie 4 Zawiesinę polichlorku winylu w chloroformie poddano chlorowaniu w wyniku czego zawartość chloru w polimerze wzrosła do 60%. Ile kg chloru zużyto i jaką masę chlorowanego polimeru otrzymano, jeżeli do chlorowania użyto 000 kg polichlorku winylu. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić jego zakres i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: ) obliczyć masę chloru zawartą w polichlorku winylu, 2) obliczyć procentową zawartość chloru w polichlorku winylu, 3) obliczyć o ile procent wzrosła zawartość chloru w chlorowanym polichlorku winylu, 4) obliczyć o jaką masę wzrosła zawartość chloru i masa chlorowanego polimeru, 5) obliczyć masę chloru potrzebną do reakcji chlorowania polimeru. Zalecane metody nauczania uczenia się: ćwiczenia praktyczne. Środki dydaktyczne: kalkulator, układ okresowy pierwiastków. 8
5.4. Zastosowanie najważniejszych polimerów i kopolimerów. Recykling oraz utylizacja polimerów i kopolimerów 5.4..Ćwiczenia Ćwiczenie Zbadaj właściwości następujących polimerów: polietylenu, polistyrenu, polichlorku winylu zgodnie z przepisami bhp. Wskaż zastosowanie podanych tworzyw do produkcji przedmiotów użytkowych. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić jego zakres i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy w laboratorium chemicznym. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: ) niewielką próbkę tworzywa, trzymając w metalowych szczypcach, zapalić i wprowadzić ją do płomienia palnika (pod wyciągiem), 2) do wyjętej z płomienia próbki polichlorku winylu zaraz zbliżyć zwilżony wodą papierek wskaźnikowy, 3) próbkę tworzywa przemyć watą zwilżoną benzyną, a następnie acetonem, 4) próbkę tworzywa zanurzyć na chwilę w gorącej wodzie i wygiąć za pomocą szczypiec, 5) zapisać spostrzeżenia, 6) uzasadnić, dlaczego odpadów z polichlorku winylu nie można spalać w piecach, 7) podać przykłady zastosowania wybranych tworzyw do produkcji przedmiotów użytkowych. Zalecane metody nauczania uczenia się: ćwiczenia laboratoryjne. Środki dydaktyczne: próbki polimerów, szkło laboratoryjne, odczynniki chemiczne, szczypce metalowe, palnik, wyciąg. Ćwiczenie 2 Oceń wpływ zużytych przedmiotów z polietylenu na środowisko. Zaprojektuj schemat ideowy regeneracji. Wskazówki do realizacji: Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić jego zakres i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. 9
Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: ) ocenić wpływ zużytych przedmiotów z polietylenu na środowisko, 2) podać sposób odzysku polietylenu, 3) ustalić rodzaje operacji recyklingu, 4) narysować schemat ideowy, 5) uzasadnić konieczność stosowania recyklingu, Zalecane metody nauczania uczenia się: metoda projektów. Środki dydaktyczne: komputer z dostępem do internetu, inne dostępne źródła informacji. Ćwiczenie 3 Scharakteryzuj proces otrzymywania kauczuku butadieno-styrenowego. Dokonaj oceny właściwości kauczuku syntetycznego. Wskazówki do realizacji Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić jego zakres i techniki wykonania. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Przygotować schemat produkcji kauczuku butadieno-styrenowego. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: ) ustalić surowce stosowane do produkcji, 2) wskazać inicjator, regulator i emulgator i określać ich rolę, 3) opisać proces produkcji, 4) określić sposób obróbki surowego kauczuku, 5) scharakteryzować właściwości kauczuku, 6) wskazać zastosowanie. Zalecane metody nauczania uczenia się: metoda tekstu przewodniego. Środki dydaktyczne: materiał nauczania (Poradnik dla ucznia rozdział 4.4.), schemat produkcji kauczuku butadieno-styrenowego. literatura podana w rozdziale 7. 20
6. EWALUACJA OSIĄGNIĘĆ UCZNIA Przykłady narzędzi pomiaru dydaktycznego Test dwustopniowy do jednostki modułowej Wytwarzanie polimerów Test składa się z 20 zadań wielokrotnego wyboru, z których: zadania, 2, 5, 6, 7, 9, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 20 są z poziomu podstawowego, zadania 8, 0,, 2, 8 są z poziomu ponadpodstawowego. Punktacja zadań: 0 lub punkt Za każdą prawidłową odpowiedź uczeń otrzymuje punkt. Za złą odpowiedź lub jej brak uczeń otrzymuje 0 punktów. Proponuje się następujące normy wymagań uczeń otrzyma następujące oceny szkolne: dopuszczający za rozwiązanie co najmniej 0 zadań z poziomu podstawowego, dostateczny za rozwiązanie co najmniej 3 zadań z poziomu podstawowego, dobry za rozwiązanie 6 zadań, w tym co najmniej 3 z poziomu ponadpodstawowego, bardzo dobry za rozwiązanie 8 zadań, w tym co najmniej 4 z poziomu ponadpodstawowego. Plan testu Nr zad. 2 3 4 5 Cel operacyjny (mierzone osiągnięcia ucznia) Ustalać nazwę polimeru na podstawie jego wzoru Wyjaśniać pojęcie stopnia polimeryzacji Rozróżniać reakcje polimeryzacji i polikondensacji Rozpoznać sposób prowadzenia polimeryzacji Rozróżniać procesy produkcji poletylenu metodą wysokociśnieniową i niskociśnieniową Kategoria celu Poziom wymagań Poprawna odpowiedź B P a B P c C P b A P b C P c 6 Rozróżniać typy polietylenu B P c 7 Określać rolę azotu w procesie polimeryzacji styrenu metodą blokową C P a 2
8 9 Ustalać substraty wprowadzane do reaktora podczas polimeryzacji chlorku winylu Scharakteryzować metody przeróbki PVC C PP d C P a 0 Oceniać właściwości polimerów C PP b Oceniać szkodliwość substancji stosowanych w produkcji polimerów C PP a 2 Obliczać masy cząsteczkowe polimeru C PP c 3 Przeliczać wielkość produkcji C P b 4 Wskazywać zastosowanie polimerów B P c 5 6 7 Określać sposób utylizacji tworzyw sztucznych Określać sposób regeneracji tworzyw sztucznych Przewidywać zagrożenia na stanowisku pracy B P c B P a C P c 8 Obliczać stopień polimeryzacji C PP a 9 Określać skład gumy B P d 20 Określać parametry procesu kopolimeryzacji B P c 22
Przebieg testowania Instrukcja dla nauczyciela. Ustal z uczniami termin przeprowadzenia sprawdzianu z wyprzedzeniem co najmniej jednotygodniowym. 2. Podaj zakres materiału. 3. Zapewnij warunki do samodzielnej pracy. 4. Rozdaj zestawy zadań, kartę odpowiedzi i instrukcje dla ucznia. 5. Odczytaj uczniom przeznaczoną dla nich instrukcję oraz udziel odpowiedzi na pytania. 6. Kilka minut przed zakończeniem testu przypomnij uczniom o zbliżającym się czasie zakończenia zadania. 7. Zbierz karty odpowiedzi oraz zestawy zadań testowych. 8. Sprawdź wyniki i przeprowadź analizę uzyskanych wyników testu i wybierz te zadania, które sprawiły uczniom największe trudności. 9. Ustal przyczyny trudności uczniów w opanowaniu wiadomości i umiejętności. 0. Opracuj wnioski do dalszego postępowania, mającego na celu uniknięcie niepowodzeń dydaktycznych niskie wyniki przeprowadzonego sprawdzianu. Instrukcja dla ucznia. Przeczytaj uważnie instrukcję. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych. 4. Test zawiera 20 zadań. Do każdego zadania dołączone są cztery możliwe odpowiedzi. Tylko jedna odpowiedź jest prawdziwa. 5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi. 6. Prawidłową odpowiedź zaznacz X. W przypadku pomyłki, należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową. 7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas. 8. Ocenę dostateczną otrzymasz, jeśli udzielisz prawidłowej odpowiedzi na 3 zadań. 9. Na rozwiązanie testu masz 45 minut. Materiały dla ucznia: instrukcja, zestaw zadań testowych, karta odpowiedzi. Powodzenia 23
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH. Przedstawiony wzór [-CH 2 -CH 2 -]n obrazuje a) polietylen. b) etylen. c) polistyren. d) polipropylen. 2. Stopień polimeryzacji to a) liczba cząsteczek polimeru. b) wydajność procesu polimeryzacji. c) liczba monomerów w cząsteczce polimeru. d) liczba kopolimerów. 3. Reakcja łączenia się, małych cząsteczek związków mających chemicznie czynne grupy w makrocząsteczki z wydzieleniem produktów ubocznych, to proces a) polimeryzacji. b) polikondensacji. c) kopolimeryzacji. d) poliaddycji. 4. Do reaktora wprowadzono monomer w fazie rozpraszającej oraz emulgator i inicjator. Proces polimeryzacji będzie przebiegał w a) masie. b) emulsji. c) zawiesinie. d) masie z dodatkiem substancji rozcieńczającej. 5. Katalizatory metaloorganiczne stosuje się do otrzymywania a) polietylenu małej gęstości. b) polietylenu liniowego. c) polietylenu dużej gęstości pod niskim ciśnieniem. d) polietylenu metodą wysokociśnieniową. 6. Polietylen o małej gęstości to a) PP. b) HDPE. c) LDPE. d) LLDPE. 7. Polimeryzację styrenu metodą blokową prowadzi się w temperaturze 80 0 C w atmosferze azotu, aby zapobiec a) utlenieniu styrenu tlenem z powietrza. b) zmniejszaniu wydajności procesu. c) podwyższaniu się temperatury procesu. d) wybuchowi. 24
8. Podczas otrzymywania polichlorku winylu metodą suspensyjną do reaktora wprowadza się a) inicjator. b) stabilizator. c) chlorek winylu i wodę. d) substancje podane w punktach: a), b) i c). 9. Przepuszczając przez zawiesinę surowego polichlorku winylu chlor, otrzymuje się PVC a) chlorowany. b) brunatny. c) miękki. d) twardy. 0. Grudka polistyrenu wrzucona do acetonu a) utworzyła zawiesinę. b) rozpuściła się. c) nie rozpuściła się. d) zabarwiła roztwór.. Chlorek winylu stosowany do produkcji polichlorku winylu jest a) toksyczny i wybuchowy. b) niepalny. c) nietoksyczny. d) niepalny i nietoksyczny. 2. Jeśli stopień polimeryzacji wynosi 500 to masa cząsteczkowa polietylenu jest a) 3000 u. b) 25000 u. c) 42000 u. d) 36000 u. 3. Łączna produkcja tworzyw w skali światowej szacowana jest na 60 milionów ton na rok. Miesięczna produkcja wynosi a) 2 tony. b) 5 ton. c) 0 ton. d) 5 ton. 4. Tworzywo sztuczne teflon stosuje się do wyrobu a) wykładzin podłogowych. b) folii opakowaniowej. c) części aparatury chemicznych i uszczelek. d) przedmiotów galanteryjnych. 5. Zużyte opony samochodowe można ponownie wykorzystać do produkcji: a) opon. b) paliw. c) kostki gumowej. d) opakowań na wodę. 25
6. Wyroby z tworzyw termoplastycznych można a) ponownie przetworzyć. b) poddać szybkiej biodegradacji. c) przerobić na masę bitumiczną. d) spalić w piecu. 7. Podczas produkcji polietylenu metodą wysokociśnieniową etylen obiegowy nie może zawierać tlenu, ponieważ prowadzi to do a) zanieczyszczeń produktu. b) awarii sprężarki. c) niekontrolowanej polimeryzacji i eksplozji. d) niekontrolowanej polimeryzacji. 8. Masa cząsteczkowa polichlorku winylu wynosi 62000 u. Stopień polimeryzacji jest równy a) 000. b) 500. c) 500. d) 2000. 9. Elastyczna miękka guma zawiera a) 32% siarki. b) 40% siarki. c) do 50% siarki. d) do 0% siarki. 20. Proces kopolimeryzacji butadienu ze styrenem prowadzi się a) pod wysokim ciśnieniem. b) w wysokiej temperaturze. c) w 50 0 C i ciśnieniu kilku dziesiątych MPa. d) w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem. 26
KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko... Wytwarzanie polimerów Zakreśl poprawną odpowiedź. Nr Odpowiedź zadania a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 0 a b c d a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 20 a b c d Razem: Punktacja 27
Zadanie praktyczne wysoko symulowane do jednostki modułowej Wytwarzanie polimerów. Proponowane zadanie praktyczne przeznaczone jest do przeprowadzenia po zakończonym procesie kształcenia w jednostce modułowej Wytwarzanie polimerów. Zadanie ma charakter wysoko symulowany i pozwala na ocenę umiejętności uczniów w zakresie posługiwania się schematem procesu produkcji, dobierania parametrów procesu, obliczania masowego natężenia przepływu surowca. Zadanie praktyczne ma charakter sprawdzający, tzn. ukierunkowany jest na porównanie wyników z założonymi w programie celami kształcenia. Instrukcja dla nauczyciela. Czas trwania zadania 45 minut. 2. Przygotuj indywidualne stanowisko pracy dla każdego ucznia. 3. Rozdaj uczniom instrukcje i karty pracy. 4. Zapoznaj uczniów z rodzajem zadań oraz zasadach punktowania. 5. Odczytaj uczniom przeznaczoną dla nich instrukcję oraz udziela odpowiedzi na pytania. 6. Podczas przeprowadzania testu nauczyciel pełnij rolę obserwatora. 7. Kilka minut przed zakończeniem zadania przypomnij uczniom o zbliżającym się czasie zakończenia zadania. 8. Zbierz karty pracy od uczniów. 9. Sprawdź wyniki i przeprowadź analizę uzyskanych wyników. Wybierz te zadania, które sprawiły uczniom największe trudności. 0. Ustal przyczyny trudności uczniów w opanowaniu wiadomości i umiejętności.. Opracuj wnioski do dalszego postępowania, mającego na celu uniknięcie niepowodzeń dydaktycznych niskie wyniki przeprowadzonego sprawdzianu. 28
Plan zadania praktycznego Lp. Nazwa czynności Obliczenia dotyczące masowego natężenia przepływu chlorku winylu: obliczanie objętości aparatu, obliczanie masy chlorku winylu przy założeniu 00% wydajności procesu, obliczanie masy chlorku winylu z uwzględnieniem wydajności. 2 Opisanie budowy autoklawu z uwzględnieniem: sposobu chłodzenia, czynnika chłodzącego, sposobu mieszania. 3 Scharakteryzowanie procesu polimeryzacji chlorku winylu: podanie nazw substancji wprowadzanych do autoklawu, określanie roli emulgatora, określanie roli inicjatora, określanie roli wody, podanie warunków prowadzenia reakcji polimeryzacji, określanie roli kolumny rozprężającej, podanie sposobu wykorzystania nieprzereagowanego chlorku winylu, określanie typu suszarki stosowanej do suszenia mleczka, podanie czynnika suszącego, podanie sposobu doprowadzania mleczka do komory suszarki, podanie zasad bhp obowiązujących na stanowisku pracy. 4 Ocena szkodliwości surowców: określanie właściwości chlorku winylu, określenie zagrożeń środowiska. Liczba punktów możliwych do uzyskania Uczeń może maksymalnie otrzymać 9 punktów. Zadanie uczeń zaliczy, jeśli uzyska 9 punktów: aby otrzymać ocenę dostateczną, powinien uzyskać 3 punktów, na ocenę dobrą, powinien uzyskać 4 6 punktów, na ocenę bardzo dobrą, powinien uzyskać 7 9 punktów. 29
Instrukcja dla ucznia. Przeczytaj uważnie instrukcję. 2. Możesz korzystać z dołączonego materiału do zadania (załącznik), kalkulatora. 3. Zanim przystąpisz do wykonania zadania, zaplanuj pracę. Pomoże Ci w tym KARTA PRACY. 4. Odpowiedzi wpisuj w wyznaczonych miejscach KARTY. 5. Za każdą prawidłową odpowiedź otrzymasz punkt. Za niepełną lub złą odpowiedź otrzymasz 0 punktów. 6. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas. 7. Maksymalnie możesz otrzymać 9 punktów. Ocenę dostateczną otrzymasz, jeśli uzyskasz punktów. 8. Pracuj samodzielnie. 9. Po zakończeniu zadania oddaj nauczycielowi KARTĘ PRACY. 0. Na wykonanie masz 45 minut. Powodzenia Treść zadania Proces polimeryzacji chlorku winylu prowadzi się w autoklawie, który ma kształt walca o wymiarach wewnętrznych: średnica 500 mm, wysokość 8 m. Oblicz masowe natężenie przepływu chlorku winylu wprowadzonego do autoklawu, jeżeli z m 3 aparatu otrzymuje się 25 kg polichlorku winylu w ciągu godziny przy wydajności 85%. Opracuj projekt realizacji prac związanych z procesem polimeryzacji emulsyjnej chlorku winylu. Projekt realizacji powinien zawierać: charakterystykę procesu produkcji, obliczenia dotyczące procesu. Działanie Twoje powinno przebiegać w trzech etapach: ETAP I faza przygotowawcza: zapoznaj się z dołączoną dokumentacją do zadania, przeanalizuj treść zadania, przeanalizuj schemat procesu produkcji, zaplanowany układ czynności przedstaw nauczycielowi uzyskaj jego akceptację. ETAP II faza realizacyjna: oblicz masowe natężenie przepływu surowca, opisz budowę autoklawu, scharakteryzuj proces polimeryzacji, oceń wpływ surowców na środowisko. ETAP III faza oceniająca: zinterpretuj uzyskane wyniki, określ, co zrobiłbyś inaczej, gdybyś wykonanie zadania mógł powtórzyć. 30
Karta pracy Nazwa i adres szkoły Nazwisko i imię ucznia Data Uzyskana suma punktów Zadanie 3 pkt.. Oblicz masowe natężenie przepływu chlorku winylu: oblicz objętość aparatu, oblicz masę chlorku winylu, zakładając 00% wydajności procesu, oblicz masę chlorku winylu z uwzględnieniem wydajności. 3 pkt. 2. Opisz budowę autoklawu podając: sposób chłodzenia, czynnik chłodzący, sposób mieszania. pkt. 3. Scharakteryzuj proces polimeryzacji chlorku winylu: podaj nazwy substancji wprowadzanych do autoklawu, określ rolę emulgatora, określ rolę inicjatora, określ rolę wody, podaj warunki prowadzenia reakcji polimeryzacji, określ rolę kolumny rozprężającej, podaj sposób wykorzystania nie przereagowanego chlorku winylu, określ typ suszarki stosowanej do suszenia mleczka, podaj czynnik suszący, podaj sposób doprowadzania mleczka do komory suszarki, podaj zasady bhp na stanowisku pracy. 2 pkt. 4. Ocena szkodliwości surowców: podaj właściwości chlorku winylu, oceń wpływ surowców na środowisko. Odpowiedź 3
Karta obserwacji Lp. Czynności Maksymalna liczba punktów Obliczenia dotyczące masowego natężenia przepływu chlorku winylu: obliczanie objętości aparatu, obliczanie masy chlorku winylu przy założeniu 00% wydajności procesu, obliczanie masy chlorku winylu z uwzględnieniem wydajności. Uzyskana liczba punktów 2 Opisanie budowy autoklawu z uwzględnieniem: sposobu chłodzenia, czynnika chłodzącego, sposobu mieszania. 3 Scharakteryzowanie procesu polimeryzacji chlorku winylu: podanie nazw substancji wprowadzanych do autoklawu, określanie roli emulgatora, określanie roli inicjatora, określanie roli wody, podanie warunków prowadzenia reakcji polimeryzacji, określanie roli kolumny rozprężającej, podanie sposobu wykorzystania nie przereagowanego chlorku winylu, określanie typu suszarki stosowanej do suszenia mleczka, podanie czynnika suszącego, podanie sposobu doprowadzania mleczka do komory suszarki, podanie zasad bhp obowiązujących na stanowisku pracy. 4 Ocena szkodliwości surowców: określanie właściwości chlorku winylu, określenie zagrożeń środowiska. 32
Załącznik H 2 O Emulgator Para Inicjator 8 a b Etylen Chlorek winylu Chlor Wytw órnia Tlen chlorku winylu H 2 O 2 3 Soda 6 7 Powietrze 0 4 5 9 gazowy chlorek winylu PVC do silos ów Schemat procesu emulsyjnej polimeryzacji chlorku winylu mieszalniki, 2 autoklaw, 3 kolumna rozprężająca, 4 pompa próżniowa, 5 zbiornik, 6 suszarka, 7 dmuchawa, 8 podgrzewacz parowy, 9 filtry rękawowe, 0 silosy. Objętość aparatu oblicza się ze wzoru: V = 2 πd 4 H gdzie: V objętość aparatu, D średnica aparatu, H wysokość aparatu. 33
7. LITERATURA. Bogaczek R., Kociołek-Balawajder E.: Technologia chemiczna organiczna. Surowce i półprodukty. Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej, Wrocław 992 2. Dobrosz K., Matysiak A.: Tworzywa sztuczne. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 994 3. Grzywa E., Molenda J.: Technologia podstawowych syntez organicznych. T i 2. WNT, Warszawa 2000 4. Kostro J.: Elementy, urządzenia i układy automatyki. WSiP, Warszawa 998 5. Molenda J.: Technologia chemiczna. WSiP, Warszawa 997 34