необыкновенные свойства воды - Муниципальное бюджетное

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя
общеобразовательная школа села Георгиевка
муниципального района имени Лазо Хабаровского края
ПРОГРАММА
КУРСА ДЛЯ 10, 11 КЛАССОВ
«НЕОБЫКНОВЕННЫЕ СВОЙСТВА ВОДЫ»
34 часа
Петухова Юлия Валентиновна,
учитель химии и биологии
МБОУ СОШ с. Георгиевка
2013 год
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Большое значение для успешной реализации задач школьного химического
образования имеет предоставление учащимся возможности изучения химии на занятиях,
содержание которых предусматривает расширение и упрочнение знаний, развитие
познавательных интересов, целенаправленную предпрофессиональную ориентацию
старшеклассников.
Программа курса «Необыкновенные свойства воды» рассчитана на 34 часа учебных
занятий для учащихся 10, 11 классов и может использоваться в качестве элективного
курса на профильном уровне для профилей: физико-химического, агротехнологического,
химико-биологического, биолого-географического; а также для расширения модульных
тем химического содержания: гидролиз, геометрия молекул, электролитическая
диссоциация, растворы. Кроме того, программу курса можно применить и во внеурочной
деятельности на старшей ступени обучения для выстраивания обучающимися
индивидуальной образовательной траектории. Материалы программы могут быть
использованы в научно-исследовательской деятельности учащихся.
Содержание программы курса знакомит обучающихся с характеристикой самого
обычного и повседневного вещества окружающей среды – водой с разных точек
естественнонаучных знаний. Данный курс не только существенно расширяет кругозор
учащихся, раскрывает материальные основы окружающего мира, но и даёт возможность
повторить ранее известные понятия в подготовке к ЕГЭ по предмету химия. Практические
занятия способствуют формированию специальных умений и навыков работы с
веществами и оборудованием.
Отбор теоретического материала произведён в соответствии с наиболее значимыми
разделами естественных предметов по отношению к простому веществу вода. Материал
структурирован согласно дидактическим принципам.
Программа курса «Необыкновенные свойства воды» является продолжением
учебно-методического пособия «Вода в нашей жизни. Дополнительные материалы к
учебникам О.С. Габриеляна «Химия. 8 класс» и «Химия. 9 класс». В программе
расширены темы химического содержания на уровне знаний старшей ступени обучения;
дополнены разделы физической, биологической, математической, экологической
предметной интеграцией, добавлен раздел о здоровом образе жизни человека во
взаимодействии с водой.
Программа апробирована на учащихся 11 класса общеобразовательной школы.
Результативностью работы стали: исследовательская работа «Какую воду мы пьём» –
диплом II степени в краевой научно-практическая конференция «Шаг в будущее»; проект
«Вода в нашей жизни» – диплом I степени в районном этапе XIII Всероссийской акции «Я
– гражданин России».
Цель курса: углубление знаний о веществе вода на основе интеграции предметов
естественного цикла.
Задачи:
 изучить свойства воды с разных точек предметных знаний;
 раскрыть значение воды в различных отраслях промышленности, сельского
хозяйства и в быту;
 формировать потребность в безусловном выполнении правил безопасного
использования веществ в повседневной жизни;
 развивать мыслительную, аналитическую, логическую деятельность обучающихся;
 стимулировать к сознательному выбору будущей профессиональной деятельности.
Методы и приёмы обучения: лекция, консультация, практическая работа,
тестирование, просмотр из видеофильма, самостоятельная работа с литературой и
2
интернет источниками, семинарские занятия, решения задач, проектная деятельность. Они
направлены на совершенствование навыков проведения химического эксперимента,
умений конспектировать лекции, извлекать информацию из литературы, интернет
источников, видеофильма, готовить доклады, рефераты, публично выступать с ними,
аргументировано отстаивать свою точку зрения на семинарских занятиях и в ходе
дискуссий.
Формы организации деятельности: индивидуальная, групповая, коллективная.
Формы контроля: рефераты, отчеты по практическим работам, тест, зачётные
задачи, защита проекта.
Ожидаемые результаты освоения курса
 личностные:
– умение управлять своей познавательной деятельностью;
– воспитание целеустремлённости;
 метапредметные:
– умение определять цели и задачи деятельности, выбирать средства реализации цели и
применять их на практике;
– самостоятельно добывать новые знания, используя для этого доступные источники
информации;
– использование основных интеллектуальных операций: формулирование гипотез, анализ,
синтез, сравнение, обобщение, систематизация, поиск аналогов;
 предметные:
– объяснять строение и свойства воды с разных точек предметных знаний;
– давать определения изученным понятиям;
– наблюдать и самостоятельно проводить опыты, явления и реакции, протекающие в
природе и в быту;
– характеризовать изученные теории;
– прогнозировать и анализировать последствия для окружающей среды бытовой и
производственной деятельности человека.
3
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ КУРСА
1. Вода и химия
Состав воды. Диполь, кластеры. Химические свойства воды. Дистиллированная вода.
Растворы и растворение веществ. Дисперсные системы. Кристаллогидраты.
Жёсткость воды и способы её устранения. Электролитическая диссоциация. Ионное
произведение воды. Водородный показатель (рН) раствора. Гидролиз неорганических и
органических соединений.
Практические
работы:
«Приготовление
растворов
с
определёнными
концентрациями»; «Определение общей жёсткости воды»; «Распознавание солей по
результатам гидролиза».
2. Вода и физика
Агрегатные состояния воды: пар, жидкость, лёд. Теплоёмкость. Удельная теплота
плавления воды. Максимальная плотность и объём. Сила поверхностного натяжения
воды. Эффект смачивания.
Практическая работа: «Поверхностное натяжение воды».
3. Вода и биология
Биологическое значение воды. Водный баланс. Метаболическая вода. Вода в живых
организмах. Роль воды в формировании жизни на планете Земля. Вода – источник
водорода и кислорода при фотосинтезе.
4. Вода и математика
Золотая пропорция воды. Геометрия молекулы. Валентный угол. Длина связи.
5. Вода и экология
Круговорот воды в природе. Влияние техногенных факторов на круговорот воды.
Мировой запас воды. Экологические проблемы питьевой воды. Химическое загрязнение,
предельно-допустимые концентрации вредных веществ, антропогенные источники
загрязнения водной среды. Анализ воды из природных источников. Очистка питьевой
воды в домашних условиях.
Практическая работа «Методы оценки качества воды».
6. Вода и здоровый образ жизни
Целебная сила воды. Химия природных вод. «Живая» и «мёртвая» вода. Народный эпос о
воде в сказках и былинах. Талая вода. Получение «живой» и «мёртвой» воды в бытовых
условиях. Вода из минеральных источников. Память воды.
Домашний исследовательский эксперимент «Приготовление биологически активной
воды».
7. Где я могу применить свои знания
Проектная деятельность по темам курса. Итоговая конференция.
4
ПРИМЕРНОЕ ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ
№
1
2
3
4
5
6
7
Тема раздела
Часы
Практические
работы
Вода и химия
10
3
Вода и физика
2
1
Вода и биология
2
Вода и математика
2
Вода и экология
5
1
Вода и здоровый образ жизни
6
1
Где я могу применить свои знания
5
1
Итого 34 часа (в том числе резервное время – 2 часа)
ЛИТЕРАТУРА И ДРУГИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ
Для учителя:
1. Ахманов М. Вода, которую мы пьём. Качество питьевой воды и её очистка с
помощью бытовых фильтров. – М. : Эксмо, 2006. – 192 с.
2. Белянин В., Романова Н. Жизнь, молекула воды и золотая пропорция // Наука и
жизнь. – 2004. – № 10 – С. 2-9.
3. Габриелян О.С., Попкова Т.Н., Сивкова С.А., Сладков С.А. Вода в нашей жизни.
Дополнительные материалы к учебникам О.С. Габриеляна «Химия. 8 класс» и
«Химия. 9 класс» : учебно-метод. пособие. – М. : Дрофа, 2011. – 224 с.
4. Денисова В.Г. Химия. 11 класс : поурочные планы по учебнику О.С. Габриеляна,
Г.Г. Лысовой (профильный уровень). – Волгоград : Учитель, 2010. – 229 с.
5. Орлова Л. Тайный код воды: ваше тело любит воду. – Минск : Современный
литератор, 2006. – 416 с.
6. Ширшина Н.В. Химия: проектная деятельность учащихся. – Волгоград : Учитель,
2007. – 184 с.
7. Шишков Ю. Хрупкая экосистема Земли и безответственное человечество // Наука и
жизнь. – 2004. – № 12 – С. 13-18.
Для учеников:
1. Алексеев С.В. Экология : учебное пособие для учащихся общеобразовательных
учреждений разного типа. – СПб : СМИО, 2007. – 368 с.
2. Батмангхелидж Ф. Ваше тело просит воды. – Минск: Попурри, 2011. – 208 с.
3. Вайгер М., Дайновец М., Лисовский В. Вода : DVD фильм. Издательство:
Сибирская Блогозвонница, 2006. – 84 мин.
4. Вторая жизнь воды. Детская энциклопедия : – Дмитров: Аргументы и факты, 2005.
– 119 с.
5. Габриелян О.С., Лысова Г.Г. Химия. 11 класс. Профильный уровень : учебник для
общеобразовательных учреждений. – М. : Дрофа, 2008. – 363 с.
6. Масару Эмото. Послания воды: Тайные коды кристаллов льда. – Киев : ООО
Издательский дом «София», 2005. – 96 с.
7. Сайт о чистой воде http://www.vodoobmen.ru
8. Сайт «Великая тайна воды» http://www.wateroflive.ru
5
РЕКОМЕНДАЦИИ К ЗАНЯТИЯМ
Занятия 3-4. Практическая работа «Приготовление растворов с определёнными
концентрациями».
Опыт 1. Приготовить 80 г 2 %-ного раствора NaCl (или NH4NO3, глюкозы, сахарозы).
Порядок действий:
1. Рассчитайте массы растворённого вещества, растворителя.
2. На весах взвесьте нужное количество растворённого вещества.
3. Мерным цилиндром отмерьте нужный объём, считая, что ρ (Н2О) = 1 г/мл.
4. Пересыпьте растворяемое вещество в стакан, прилейте воду, размешайте до полного
растворение вещества.
Опыт 2. Расчёт См молярной концентрации полученного раствора.
1. Перелейте полученный раствор в мерный цилиндр, точно измерьте его объём.
2. Рассчитайте n количество растворённого вещества.
3. Рассчитайте См молярной концентрации раствора
См = n (р.в.) / V (р-ра) [ моль/л]
Опыт 3. Приготовить 100 (200 или 250 мл) Na2CO3 (или Na2SO4) с См = 0,1 моль/л.
1. Выберите нужную мерную колбу.
2. Рассчитайте массу чистого растворённого вещества.
3. Переведите эту массу в массу кристаллогидрата.
4. Взвесьте нужную массу кристаллогидрата на весах.
5. Поместите навеску в мерную колбу.
6. Прилейте немного воды и растворите навеску.
7. Долейте воды до метки, перемешайте раствор, закрыв колбу пробкой.
Занятие 5. Практическая работа «Определение общей жёсткости воды».
В коническую колбу наливают 50 мл исследуемой воды (речной, родниковой, морской,
водопроводной, дистиллированной, кипячённой), добавляют 3 мл аммиачного буферного
раствора, несколько кристаллов индикатора хромогена чёрного и титруют, добавляя по
капле раствора трилона Б до перехода красно-фиолетовой окраски в сине-фиолетовую.
Общая жёсткость воды рассчитывается по формуле:
Жобщ = (С V1 / V2 ) ∙ 1000 [ мг экв / л], где
V1 – объём раствора трилона Б, израсходованного на титрование, мл; V2 – объём воды,
взятой для титрования, мл; С – концентрация трилона Б.
Жёсткость воды
Состав жёсткой воды
катионы
анионы
Са+2, Mg+2
HCO3Са+2, Mg+2
Cl-, SO42-, NO3-
Са+2, Mg+2
Cl-, SO42-, NO3-,
HCO3-
Вид жёсткости
Карбонатная,
временная
Некарбонатная,
временная
Общая
6
Способ устранения
Нагревание, добавление соды,
известковой воды, обработка
ионообменной смолой
Добавление соды, обработка
ионообменной смолой
Добавление соды, обработка
ионообменной смолой
Занятие 6. Решение задач
1. Запишите уравнения ступенчатой диссоциации H3PO4, KH2PO4, K2HPO4.
2. Составьте по 2-3 молекулярных уравнения реакций на каждое ионное:
Ba2+ + CO32- → BaCO3;
Cl- + Ag+ → AgCl;
OH- + H+ → Н2О.
3. Константа диссоциации рассчитывается для растворов слабых электролитов, в которых
равновесие смещено в сторону образования молекул. Кд – отношение произведения
концентрации катиона и аниона к концентрации непродиссоциировавшего вещества:
К+А- <=> К+ + АКд = [К] [А] / [КА]
Константа диссоциации зависит от природы электролита, растворителя, от температуры,
но не зависит от концентрации раствора, в отличие от степени диссоциации.
Сильные электролиты диссоциируют практически полностью. Равновесие в их растворах
смещено в сторону образования ионов.
Для вычисления Кд пользуются формулами, связывающими степень и константу
диссоциации:
Кд = (α2 / 1 – α) ∙ См
(1)
При очень малых α Кд = α2 ∙ См
(2)
α = √ (Кд / См)
(3)
Примеры задач:
1. Степень диссоциации уксусной кислоты в 0,1 М растворе равна 1,32 ∙ 10 -2. Найдите
константу диссоциации.
Подставим значения в формулу (1)
Кд = (1,32 ∙ 10-2 / 1 - 1,32 ∙ 10-2) ∙ 0,1 = 1,77 ∙ 10-5.
2. Константа диссоциации синильной кислоты равна 7,9 ∙ 10-10. Найдите степень
диссоциации синильной кислоты в 0,001 М растворе. Так как α очень мала, воспользуемся
формулой (3): α = √ (7,9 ∙ 10-10 / 0,001) = 8,9 ∙ 10-4.
Занятия 8-9. Составление таблицы: «Гидролиз органических веществ»
Класс веществ, подвергающихся
гидролизу
1. Алкоголяты, феноляты
2. Соли органических кислот
3. Галогеналканы:
- моногалогеналканы
- дигалогеналканы
- тригалогеналканы
4. Производные карбоновых
кислот: - сложные эфиры
- галогенангидриды
- амиды
5. Жиры
6. Олиго- и полисахариды
7. Белки
8. Нуклеиновые кислоты
Продукты гидролиза
спирт + щёлочь, фенол + щёлочь
кислота, щёлочь
спирт + НГал
альдегид или кетон + НГал
карбоновые кислоты + НГал
кислота + спирт
кислота + НГал
кислота + соль аммония
глицерин + высшие карбоновые кислоты
моносахариды
аминокислоты
Нуклеотиды → нуклеозиды → азотистые
основания + моносахариды
7
Примеры
реакций
Практическая работа: «Распознавание солей по результатам гидролиза».
Учитель предлагает распознать вещества. В пробирках налиты растворы хлорида натрия,
карбоната натрия и хлорида цинка. Растворы солей выдают себя характерной окраской
при действии индикаторов.
Занятие 12. Практическая работа: «Поверхностное натяжение воды».
Опыт 1. Осторожно положите на поверхность воды небольшую швейную иголку. Если у
вас один конец иглы был под наклоном, она окажется на дне. Выньте её из воды, протрите
сухой тряпкой и повторите опыт.
Опыт 2. Проделайте аналогичные действия, используя воду, в которой предварительно
растворили небольшую порцию стирального порошка.
Опыт 3. На поверхность стекла нанесите по одной капле водопроводной и мыльной воды,
рассмотрите, отличаются ли они по форме.
Опыт 4. Смочите водой две стеклянные пластинки (лучше всего два небольших
зеркальца), наложите их друг на друга и попытайтесь разъединить. Во избежание порезов
края стекла должны быть предварительно обработаны наждачной бумагой.
Занятие 14. Вопросы для обсуждения на семинаре:
1. транспортная роль воды в организме;
2. вода – растворитель веществ и кислорода;
3. вода – связующий материал в клетке;
4. вода – смазочный материал;
5. роль воды в ионном насосе;
6. вода – главный регулятор энергии и осмотического баланса;
7. вода – важнейший элемент систем охлаждения и обогрева организма;
8. участие воды в производстве гормонов;
9. значение воды для повышения эффективности иммунной системы;
10. вода и фотосинтез;
11. роль воды в обменных процессах организма;
12. вода – самый лучший тонизирующий напиток.
Занятие 18. Примеры задач экологического содержания:
1. На нефтеперерабатывающем заводе из-за поломки оборудования произошёл аварийный
сброс нефтепродуктов в ближайшее озеро. Их масса составила 500 кг. Выживут ли рыбы,
обитающие в озеро, если известно, что примерная масса воды в озере 10 000т?
Токсическая концентрация нефтепродуктов для рыб составляет 0,05 мг/л.
2. В результате аварии на производстве серной кислоты в сточные воды массой 400 кг
попало 3,2 кг оксида серы (VI). Вычислите массовую долю образовавшейся в сточных
водах серной кислоты.
3. При производстве фенолформальдегидных пластмасс произошёл аварийный сброс
фенола в водоём. Рассчитайте молярную концентрацию фенола в водоёме, если масса
воды в нём 10 000 т, а масса сброшенного фенола составляет 0,5 кг.
4. Одинаковое ли число молекул содержится в 1 г воды и в 1 г кислорода? Какова роль
кислорода в биологическом методе очистки воды?
5. Распространенный способ доведения концентрации загрязнителей в сточных водах
предприятий до безопасного уровня – разбавление промышленных стоков чистой водой.
8
Его применяют на предприятиях, не имеющих очистных сооружений, а также при
небольшом объёме стоков. Рассчитайте объём, до которого требуется разбавить 100 м3
промышленных сточных вод, содержащих 3% сульфата алюминия (плотность такого
раствора равна 1030 г/л), если предельно допустимая концентрация этой соли 9,2 ∙ 10 -5
моль/л.
6. Данные анализов показали, что сточные воды химического комбината соответствуют
санитарным нормам по содержанию азотной кислоты (30 мг/л). Рассчитайте массовую
долю и молярную концентрацию кислоты в стоках (при плотности, примерно равной 1
г/мл). Определите массу азотной кислоты, поступающую в канализацию, если объём
промышленных стоков составляет ежесуточно 75 м3.
7. Будет ли вредна для человека питьевая вода с содержанием пестицидов (ядохимикатов,
защищающих растения от вредителей и болезней), достигающим 1 мг/м3, если санитарная
норма содержания пестицидов в воде равна 5 ∙ 10-4% по массе? Плотность воды равна
1000 кг/м3.
8. Промышленные сточные воды содержат: а) 42 г/м3 сульфата магния; б) 6,0 г/м3 фосфата
натрия; в) 12 г/м3 хлорида марганца (II); г) 16 г/м3 хлорида цинка. Предельно допустимые
концентрации солей в воде таковы: сульфат магния – 1,7 ∙ 10-4 моль/л; фосфат натрия –
3,0 ∙ 10-6 моль/л; хлорид марганца (II) – 7,3 ∙ 10-7 моль/л. Во сколько раз надо разбавить
стоки водой, чтобы не были нарушены санитарные нормы содержания в воде этих
вредных отходов?
Занятие 19. Практическая работа «Методы оценки качества воды».
Опыт 1. Определение интенсивности запаха воды. 100 мл исследуемой воды при
комнатной температуре налейте в колбу объёмом 150-200 мл, закройте пробкой и
встряхните быстрыми вращательными движениями, затем выньте пробку и определите
характер и интенсивность запаха. Операцию повторите для воды, нагретой до 60 0С.
Качественную характеристику запаха воды определите с помощью таблицы.
Балл
Интенсивность
0
1
Отсутствует
Очень слабый
2
Слабый
3
Заметный
4
Отчётливый
5
Очень сильный
Качественная характеристика
Отсутствие ощутимого запаха
Запах, не поддающийся обнаружению потребителем, но
обнаруживаемый в лаборатории опытным исследователем
Запах, не привлекающий внимания потребителя, но
обнаруживаемый, если на него обратить внимание
Запах, легко обнаруживаемый и дающий повод относиться к
воде с неодобрением
Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду
непригодным для питья
Запах, настолько сильный, что вода становится непригодной
для питья
Опыт 2. Определение цветности воды. Для определения цветности воды оптимально
использовать специальную цветовую шкалу. Для этого воду наливают в прозрачный
бесцветный цилиндр (на белом фоне) и, просматривая сверху воду, подбирают колбочку с
пробой аналогичной окраски.
9
Опыт 3. Определение рН воды. Эта часть работы проводится самым простым способом – с
помощью индикаторной бумаги, которую помещают в пробу воды и сравнивают
полученную окраску с цветовой бумажной шкалой.
Опыт 4. Определение хлоридов в воде. Для качественного определения в пробирку
наливают 5 мл воды и добавляют 3 капли 10%-го раствора нитрата серебра. Содержание
хлоридов определяют по помутнении или осадку визуально, используя таблицу.
Осадок или помутнение
Слабая муть
Сильная муть
Образуются хлопья, но осаждаются не сразу
Белый объёмистый осадок
Концентрация хлоридов, мг/л
1-10
10-50
50-100
Более 100
Опыт 5. Определение нитритов в воде. Одну таблетку антипирина растворите в 50 мл 8%
соляной кислоты. 1 мл полученного раствора смешайте с 1 мл физиологического раствора
и 1 мл испытуемой воды и немедленно добавьте в смесь 2 капли 1% раствора дихромата
калия. Смесь нагрейте до кипения. Если в течение 5 мин раствор становится бледнорозовым, то в пробе воды содержится более 3 мг/л нитрит-ионов.
ПДК нитритов-ионов в питьевой воде – 3,3 мг/л; нитрат-ионов – 45 мг/л.
Опыт 6. Определение железа в воде. В пробирку налейте 10 мл исследуемой воды,
добавьте 1 каплю концентрированной азотной кислоты, 3-5 капель раствора пероксида
водорода и 0,5 мл раствора роданида калия. Розовое окрашивание наблюдается при
содержании 0,1 мг/л, а при более высоком – это окрашивание будет уже красным.
ПДК железа в воде 0,3 мг/л; лимитирующий показатель вредности – органолептические,
т.е. когда содержание железа ощущается на вкус.
Опыт 7. Определение меди. В фарфоровую чашку налейте 3-5 мл воды. Осторожно её
выпарьте и на периферическую часть пятна осторожно нанесите каплю раствора
нашатырного спирта. Появление интенсивно синей или фиолетовой окраски
свидетельствует о присутствии меди.
ПДК меди в воде 0,1 мг/л.
Опыт 8. Определение марганца. В колбу налейте 25 мл образца воды и добавьте несколько
капель 25% азотной кислоты. Затем из пипетки по каплям добавляйте 2% раствор нитрата
серебра до тех пор, пока наблюдается помутнение. Далее добавьте 0,5 г персульфата
аммония и смесь нагрейте до кипения. Если в воде содержится 0,5 мг/л марганца и
больше, то появляется бледно-розовая окраска.
ПДК марганца в воде 0,1 мг/л.
Занятие 25. Домашний исследовательский эксперимент
биологически активной воды».
Подготовка активированной воды
Номер опыта
1
2
Вид активированной воды
Вода водопроводная
(стандарт для сравнения)
Талая вода
(водопроводная)
«Приготовление
Способ подготовки
Налить в открытую ёмкость и оставить на
сутки для удаления остаточного хлора
Заморозить отстоянную воду и оттаять при
комнатной температуре
10
3
Талая снеговая
4
Серебряная вода
Растопить чистую порцию снега при
комнатной температуре
Положить на сутки в отстоянную воду
серебро (монета, ложка или украшение)
Занятие 28-31. Примерные темы проектных работ:
Вода – среда жизни.
Вода внутри нас.
Роль воды в организме человека.
Живой организм – фабрика воды.
Какую воду пьют жители нашего села (своего населённого пункта).
История возникновения водолечения.
История очистки сточных вод.
Сколько стоит стакан чистой воды?
Загрязнение водных ресурсов: проблемы и решения.
Влияние кислотных дождей на водные экосистемы.
Здоровье воды – здоровье человека.
Природоохранная деятельность предприятий (на местном материале).
11