Интегрированный урок "Вода-вещество с уникальными физико-химическими свойствами, определяющее возможность жизни на Земле"

Автор: Курлаева Елена Вячеславовна

Дата публикации: 19.11.2016

Номер материала: 3282

Конспекты
Химия
8, 9 Классы

Разработка  интегрированного урока по теме:

«Вода – вещество с уникальными физико – химическими свойствами, определяющее возможность жизни на Земле»

(8-9 класс)

(автор – разработчик – учитель химии МБОУ «Школа № 80» Е.В.Курлаева)

Цель урока: на основе единства предметов естественного цикла на уроках изучить свойства воды и показать ее роль  в жизни человека  и ее влияние на здоровье.

Образовательные задачи:

- используя учебный материал  по химии, биологии, географии, физике, экологии, ОЗОЖ, актуализировать  и систематизировать знания о таком веществе, как вода;

- показать единство изучаемого на предметах естественного цикла;

- подвести к осознанию современных глобальных экологических проблем, связанных с загрязнением водных ресурсов  и, как следствие, влиянию этих изменений на состояние здоровья человека.

Воспитательные задачи:

- воспитывать бережное отношение к природным ресурсам;

- воспитывать ответственное отношение к своему здоровью;

- содействовать экологическому и эстетическому воспитанию школьников.

Развивающие задачи:

- формировать целостное восприятие окружающего мира;

- развивать мотивацию к сохранению здоровья;

- продолжить формирование навыков планирования ответов, навыков работы с дополнительными материалами;

- развивать у школьников умение выделить главное, уметь сравнивать, обобщать изучаемые факты, логически излагать свои мысли;

- развивать самостоятельность, познавательный интерес школьников, потребность к чтению.

Тип урока: урок изучения нового материала, продолжительность 2 часа (один час – урок в школе, один час – занятие на территории ПО «Водоканал»).

Оборудование: географические карты мира, Ростовской области, компьютер, проектор,  химические реактивы и оборудование.

Учащиеся за две недели до проведения урока получили перечень вопросов, которые будут подниматься на данном уроке.

Ход урока.

Учитель: Так что же такое вода? Чем она замечательна? Каковы ее свойства? Почему вода играет такую важную роль   на Земле?

Вопрос к обучающимся: Удивительное вещество -  вода. А какими физическими свойствами оно обладает?

Ответ обучающегося: Вода - единственное вещество в природе, которое встречается на Земле в трех агрегатных состояниях (жидком, газообразном, твердом). При нормальных условиях вода – жидкость, без цвета, вкуса и запаха. Основные физические параметры: t кипения = 100 °С, t плавления = 0 °С, плотность = 1000 г/л. Важнейшее свойство воды - способность растворять вещества различной химической природы.  Удельная теплоемкость воды 4,2 кдж/(кгоС) - это в 10 раз больше, чем у железа и в 40 раз больше, чем у золота.

Вопрос к обучающимся: Как эти свойства используются  «жизнью»?

Ответ обучающихся: - Н2О – как химическое вещество в чистом виде в природе не существует, так как  является главным растворителем не только живой, но и неживой природы.

- Вода является основой жизни, так как является средой, в которой осуществляются  все биохимические реакции, обеспечивающие протекание процессов жизнедеятельности в животных и растительных клетках. Вода доставляет в клетки организма питательные вещества (витамины, минеральные соли) и уносит отходы жизнедеятельности, участвует в процессах терморегуляции и дыхания.

- Вода, как составная часть, входит в состав всех веществ, встречающихся в природе. Именно поэтому вода – участник практически всех реакций на планете.

- Из-за высокой удельной теплоемкости вода обладает исключительной способности  поглощать тепло, температура при её нагревании и охлаждении изменяется незначительно, поэтому морские обитатели  никогда не  перегреваются и не переохлаждаются, а воды Мирового океана выполняют роль своеобразного термостата.

- Вода характеризуется очень высокой удельной теплотой парообразования. Если бы у воды не было этого свойства, многие озёра и реки летом быстро пересыхали до дна, и вся жизнь в них погибала.

- Замерзая, вода расширяется на 9% по отношению к прежнему объёму. Поэтому лёд всегда легче незамёрзшей воды и всплывает вверх. Под такой «шубой» даже зимой в Арктике морским животным не очень холодно.

Поэтому сейчас, исследуя другие планеты Солнечной системы, ученые ищут воду, и только потом предполагают найти жизнь.

Вопрос к обучающимся: Какими  химическими свойствами  характеризуется это вещество?

Давайте вспомним все уже известные нам реакции, в которых участвует вода. Для этого вновь напишем уравнения встречавшихся ранее реакций и систематизируем их. Оказывается, вода – весьма активное в химическом отношении вещество.

Ответ обучающихся:

1) Вода реагирует со многими металлами с выделением водорода:

2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH (бурно)

2K + 2H2O = H2 + 2KOH (бурно)

3Fe + 4H2O = 4H2 + Fe3O4 (только при нагревании)

Не все, а только достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп.

Из неметаллов с водой реагируют, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но все же способны реагировать с водой при высокой температуре:

C + H2O = H2 + CO (при сильном нагревании)

CH4 + 2H2O = 4H2 + CO2 (при сильном нагревании)

2) Вода разлагается на водород и кислород при действии электрического тока. Это также окислительно-восстановительная реакция, где вода является одновременно и окислителем, и восстановителем:

                           http://www.hemi.nsu.ru/image704.gif

3) Вода реагирует со многими оксидами неметаллов. В отличие от предыдущих, эти реакции не окислительно-восстановительные, а реакции соединения:

                     SO2 + H2O = H2SO3   (сернистая кислота)

                     SO3 + H2O = H2SO4   (серная кислота)

                     CO2 + H2O = H2CO3   (угольная кислота)

                     

4) Некоторые оксиды металлов также могут вступать в реакции соединения с водой. Примеры таких реакций мы уже встречали:

           CaO + H2O = Ca(OH)2 (гидроксид кальция или гашеная известь)

Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Мы уже встречались с такими оксидами. Это ZnO, TiO2, Cr2O3, из которых вырабатывают, например, стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней.

5) Вода образует многочисленные соединения, в которых ее молекула полностью сохраняется. Это так называемые гидраты. Если гидрат кристаллический, то он называется кристаллогидратом. Например:

CuSO4             + 5H2O    =        CuSO4*5H2O

              безвод. сульфат меди              кристаллогидрат (медный купорос)

              (вещество белого цвета)          (синие кристаллы)

Приведем другие примеры образования гидратов:

H2SO4 + H2O = H2SO4.H2O (гидрат серной кислоты)

NaOH + H2O = NaOH.H2O (гидрат едкого натра)

Соединения, связывающие воду в гидраты и кристаллогидраты, используют в качестве осушителей. С их помощью, например, удаляют водяные пары из влажного атмосферного воздуха.

6) Особая реакция воды – синтез растениями крахмала (C6H10O5)и других подобных соединений (углеводов), данная реакция происходит с выделением кислорода:

6n CO2 + 5n H2O = (C6H10O5)n + 6n O2 (при действии света)

 

 Итак, мы убедились, что вода -  вещество, обладающее  уникальными физическими и химическими свойствами.

ПРОВЕДЕНИЕ ФИЗКУЛЬТУРНОЙ ПАУЗЫ (СанПиН 2.4.2.2821-10).

Вопрос к обучающимся: Каждое живое существо не может существовать без воды. Для чего она нужна им?

     

Ответ обучающихся: Вода - не только самая распространенная, но и самая важная жидкость в природе. Вода - колыбель жизни, именно воде наша планета обязана возникновением и развитием жизни.

Известно, что все организмы, растения и животные, состоят из мельчайших клеток. Каждая такая клетка окружена оболочкой, под которой заключен комочек цитоплазмы, в основном состоящий из воды. Надо отметить, что количество воды в организме зависит от возраста. Эмбрион человека на 97% состоит из воды, а у новорожденных ее количество составляет 77 % массы тела. Взрослый человек состоит на 70 % из воды. К 50 годам в организме человека немного снижается удельный вес воды и она составляет только 60 % от его массы.

Как же распределена вода в организме? Прежде всего, вода входит в клетки  всех органов и тканей. В сердце, легких и почках - 80 %, в костях - 30 %, в зубной эмали - 0,3 %, в моче – 99 %, в крови – 83 %, в мозге -71%.  Например, в теле медузы до 98 % воды.

Вода играет исключительную роль в жизненных процессах не только как обязательная часть клеток, но и как среда, в которой протекают все химические превращения. Вода в растениях участвует в процессе фотосинтеза, при этом образуются органические вещества. Все теплокровные животные, как и человек, постоянно нуждаются в воде. Холоднокровные животные могут жить без воды неделями. Без воды человек может прожить только 3 дня, потеря 15-20% воды при температуре 25 оС смертельна!

Вопрос к обучающимся: Воды на Земле очень много. Так в чем проблема?

Ответ обучающихся: Вода – самое распространенное вещество на планете Земля. На поверхности земного шара 71% поверхности составляет вода и 29% - суша. Почти ¾ поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озёра. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере, в виде огромных масс снега и льда вода в твердом состоянии круглый год располагается на вершинах высоких гор и в полярных широтах. Наша планета буквально пропитана водой и окутана водяным паром, который участвует в круговороте веществ на Земле. Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, а морская вода содержит больше всего примесей.  Из 70 % запасов воды на Земле только 3% составляет пресная вода, но при этом большая часть пресной воды содержится в замерзшем состоянии, и только 1 %  - пригоден для питья.

Территория Ростовской области расположена в основном в нижнем течении реки Дон, северные и северо-восточные районы находятся в среднем течении Дона, юго-западные районы области располагаются в бассейне притоков Таганрогского залива. К крупным рекам относится главный приток Дона - река Северский Донец, к средним - Сал, Западный Маныч, Калитва. На территории области выделен 21 бассейн, к которым относятся 165 малых и средних рек суммарной длиной 9565 км. На Нижнем Дону, включая Цимлянское водохранилище, размещены крупные водозаборы для водоснабжения городов с развитой промышленностью и теплоэнергетикой: Волгодонска, Шахт, Новочеркасска, Ростова, Азова, Таганрога. Озер мало, преимущественно пойменные и лиманные соленые, из последних крупнейшее Маныч-Гудило. Имеется более 2000 прудов и 3 крупных водохранилища (Цимлянское, Веселовское и Пролетарское).

В случае, если живые организмы употребляют загрязненную воду, это приводит к возникновению различных заболеваний и даже смерти. По данным ВОЗ, около 80% всех инфекционных заболеваний в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Обладая уникальной способностью к растворению, природная  вода постоянно содержит большое количество различных соединений. Поэтому природную воду подвергают очистке, т.е. специально подготавливают для потребителя. Именно нехватка пресной чистой воды является проблемой.

1 часть  урока на ПО «Водоканал»

(теоретико-ознакомительная):

Урок проходит на базе экологического центра ПО «Водоканал», в ходе которого решается задача информирования учащихся о деятельности предприятия «Водоканал», о проблемах водоснабжения и водоотведения Донского края, о способах экономии воды. Занятие проводится в интерактивной форме, что позволяет каждому присутствующему стать активным участником разнообразных видов деятельности, проявить свои  познавательные и творческие способности, освоить методы исследования, решения проблем, работы в группах. Центр оснащен современным оборудованием и наглядными пособиями, что позволяет урок сделать практически направленным.

Вопрос к обучающимся: Кто знает информацию об источнике водопроводной воды для жителей города Ростова-на-Дону?

Ответ обучающихся: Ростовский водопровод основан в 1865 году. Концессионеры-купцы обязались подавать горожанам 1500 кубометров воды в сутки. У Богатого источника они построили насосную станцию, она подавала воду в напорный резервуар объемом 250 кубических метров. Вода самотеком распределялась по 5-километровой чугунной водопроводной сети диаметром 75 мм. В Ростове-на-Дону в ХIХ веке проживало 20 тысяч человек, водопровода такой мощности тогда хватало. Вскоре его протяженность достигла 10 км.

Вскоре воды из источника стало не хватать. В 1892 году было начато использование Дона как источника водоснабжения. Водопроводная система подавала городу 2500 кубометров воды в сутки. К 1911 году сеть была увеличена на 21 километр, мощность водопровода доведена до 20 тысяч кубометров в сутки, начато хлорирование воды.

В 1924 году Ростов стал центром Северо-Кавказского края. Возросла численность населения и промышленных предприятий. Городу требовалось больше воды. В 1929 году было завершено строительство первой очереди нового водопровода, производительность 30 тысяч кубометров воды в сутки, водопроводная сеть выросла до 531 км.

С 1959 года началась новая эра в истории Ростовского водопровода. Построены насосные станции, водоводы, комплексы очистных сооружений водопровода, реконструирована городская водопроводная сеть.

Менялся город Ростов-на-Дону. Росло население, строились новые микрорайоны, развивалась промышленность. И вместе с городом менялось ПО «Водоканал»:

- в сентябре 2012 года в донской столице Ростовским Водоканалом была впервые внедрена технология обеззараживания питьевой воды ультрафиолетом;

- в рамках проекта «Чистый Дон» в ноябре 2013 года был пущен в эксплуатацию блок ультрафиолетового обеззараживания сточных вод на Ростовской станции аэрации ОАО «ПО Водоканал»;

- 13 февраля 2015 года произведена забивка первой сваи под строительство  комплекса сооружений повторного использования вод промывки фильтров на очистных сооружениях Александровского водопровода в рамках инвестиционного проекта «Вода Ростова».  Этот объект стоимостью свыше 1 млрд. рублей имеет важнейшее природоохранное значения для реки Дон, всего Азово-Черноморского бассейна. В результате работы комплекса, вода, которой в процессе водоподготовки периодически промывают фильтры очистных сооружений для удаления загрязнений фильтрующего материала, не будет  сбрасываться в Дон, а получит возможность снова использоваться для промывки фильтров. Это приведет к снижению объема забираемой из Дона воды  на 15 млн.  кубометров в год, а также к прекращению сброса в реку неочищенных промывных вод. Завершение строительства намечено на 2017 г.

Все мероприятия, проводимые ПО «Водоканал» нацелены на обеспечение высокого качества водопроводной воды, так как это имеет глобальное значение для сохранения уровня здоровья населения нашей области.

2 часть  урока на ПО «Водоканал»

(практико-ориентированная):

Вопрос к обучающимся: Как происходит очистка  природной воды до стандарта питьевой?»

Устойчивое благополучие будущего планеты обеспечивается качеством окружающей среды, которое напрямую  зависит от сознательности подрастающего поколения. То-есть – вас, ребята. Экологические проблемы, связанные с ресурсосбережением, становятся актуальнее день ото дня.

Ответ на поставленный вопрос о технологиях очистки  природной воды до стандарта питьевой обучающиеся получают в ходе практико-ориентированного занятия на территории ПО «Водоканал». 

Этапы практико-ориентированной части урока на территории ПО «Водоканал»:

1 этап - Демонстрация научно-популярного фильма «Уникальное вещество – ВОДА. Бесценный дар природы» и его обсуждение по вопросам:

- в каком агрегатном состоянии встречается вода на планете Земля;

- какой процент пресной воды и ее источники;

- каким образом можно провести очистку природной воды до стандарта питьевой воды;

- что делать с канализационными водами;

- возможные экологические сценарии развития цивилизации при нынешнем отношении к пресной воде.

2 этап – ознакомление  с процессами, лежащими в основе водоподготовки и очистки стоков.

3 этап – экспериментальная часть – демонтрация процесса «слипания» (коагуляции) частичек грязи в воде под действием химического реагента, использование дробленого угля для фильтрования.

4 этап – обобщение. Повторение терминов и процессов, с которыми познакомились в ходе урока (аэраторы, аэротенк, режим водопотребления, активный ил, обеззараживание сточных вод, биосорбция, дренаж, доочистка сточных вод, коагулянт, коллектор, ливневая канализация, нормы водопотребления и водоотведения, песколовка, хлоратор, гипохлорит натрия,  ступени очистки и др.) Учитель химии обсуждает с учениками какие процессы (физические или химические) лежат в основе способов очистки; проводит  повторение уникальности свойств воды как химического вещества.

5 этап - заключение. Обмен мнениями о целесообразности проведения таких уроков.

Вопрос к обучающимся: Какой праздник отмечается во всем мире 22 марта?        

Ответ обучающихся: Праздник 22 марта - Всемирный день водных ресурсов (всемирный день воды) проводится для того, чтобы привлечь к этим проблемам общественное внимание. Он был основан в 1993 году Генеральной Ассамблеей ООН. В своей резолюции эта организация предложила всем странам проводить в этот день специальные мероприятия, направленные на сохранение и освоение водных ресурсов. Период 2005-2015 г.г. был объявлен Международным десятилетием действий «Вода для жизни». Главной задачей этого праздника, по мнению его создателей, стало напоминание всем жителям Земли об огромной важности воды для поддержания жизни на нашей планете. Как известно, человек и животные не могут существовать без воды. Если бы на Земле не было водных ресурсов, то на ней и не зародилась бы жизнь.

На территории нашей страны праздник "Всемирный день воды" отмечается с 1995 года. Его девизом является: «Вода - это жизнь». Он призван подчеркнуть величайшее значение воды в нашей жизни. Не стоит забывать о том, что и тело человека на две трети состоит из воды. Воду принято считать одним из самых ценных природных ресурсов. Постоянный рост населения и развитие промышленного производства увеличивают значение воды и обостряют проблему необходимости ее экологической защиты.

Учитель:  В ходе урока мы убедились в  уникальных   физико – химических свойствах воды. Именно благодаря им, вода обеспечивает устойчивое существование экосистем и сохранение здоровья человека в них.

Анализ проведённого урока:

В ходе проведенного многофункционального урока на основе единства предметов естественнонаучного цикла обучающиеся изучили физические и химические свойства воды, значение для всего живого и неживого на Земле, рассмотрели ее роль в жизни человека и влияние на здоровье.

Были решены такие задачи, как:

- сформировано осознание современных глобальных экологических проблем, связанных с загрязнением водных ресурсов и, как следствие, влияние  этих изменений на  здоровье человека;

- показано единство изучаемого в рамках курсов естественных дисциплин, что позволило актуализировать и систематизировать знания о таком веществе, как вода;

-  на основе материала предметного урока воспитывается бережное отношение к природным ресурсам, ответственное отношение к своему здоровью, что содействует экологическому воспитанию школьников, развивается мотивация к сохранению здоровья.

Ссылки на литературные источники и интернет-ресурсы:

  1. Голованов А.И., Сурикова Т.И., Сухарев Ю.И., Зимин Ф.М. Основы природообустройства. – М.: Агропромиздат, 2001 г.
  2. http://71.rospotrebnadzor.ru/center/stats/-/asset_publisher/7lGD/content/22-марта-2016г-–-всемирныи-день-воды.
  3. http://nsportal.ru/blog/obshcheobrazovatelnaya-tematika/all/2013/03/27/22-marta-vsemirnyy-den-vody.
  4. http://nsportal.ru/sites/default/files/2014/12/10/pian_uroka_svojstva_vodi.docx конспект урока по химии.
  5. Химические свойства воды», конкурс Я иду на урок химии – интернетсайт: him.1september.ru/urok.
  6. видеоопыты: http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/920a7d84-4901-c6ab-ccad-c4cb0bf329c3/index.htm.
  7. https://sites.google.com/site/himulacom/zvonok-na-urok/8-klass/urok-no31-fiziceskie-i-himiceskie-svojstva-vody/lekcia-himiceskie-svojstva-vody.
  8. http://www.lmagic.info/zidkie_fokusi.html - занимательные опыты с водой.
  9. http://him.1september.ru/article.php?ID=200301806 урок «Проблемы очистки воды».
  10. http://him.1september.ru/article.php?ID=200900404 Вода в нашей жизни. Методическое пособие. О.С. Габриелян и др.