Преподавание химии

Урок чистой воды

Цель: актуализировать знания учащихся о свойствах воды, их значении для жизни на Земле, донести до сознания учащихся понимание бережного отношения к воде как к жизненно важному ресурсу и дару природы, побудить школьников к самостоятельному размышлению о важности воды, рассмотреть экологические проблемы, связанные с загрязнением воды.

Задачи:

• Донесение информации о значении свойств воды для жизни на Земле, водных ресурсах мира, России, региона и их экологическом состоянии; о влиянии воды на здоровье и жизнедеятельность человека, о важности экологического сознания.
• Обсуждение мероприятий по сбережению водных ресурсов.

Оборудование: медиа-проектор, презентация, микроволновая печь, чашки с водой и льдом, 2 носовых платка, тигельные щипцы, спиртовка, спички, ацетон, карта России; на ученических столах: мыльные пузыри, пронумерованные пробирки с водопроводной и талой водой, индикаторная бумага, географические атласы.

Ребята, сегодняшнее занятие посвящено самому распространенному на Земле веществу и в то же время самому удивительному (Слайд).

Презентация.

Французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери так писал об этом веществе (Слайд)

":Ты не имеешь ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать - тобой наслаждаешься, не ведая, что ты такое.

Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь. Ты божество, ты совершенство, ты самое большое богатство на свете".

В: Как вы думаете, о каком веществе идет речь?

Действительно, на сегодняшнем уроке мы говорим об удивительном веществе жизни - воде, ее физических свойствах, особенностях, аномалиях, ее значении, природных запасах, о проблемах загрязнения и очистки. В ноябре-декабре во многих школах проходит Всероссийский урок чистой воды

И наш урок посвящается самому знакомому и в то же время самому загадочному веществу - воде.

План занятия

1. Аномальные свойства воды и их значение для жизни на Земле.
2. Водные запасы России
3. Использование водных ресурсов в экономике России
4. Суточное потребление воды человеком

Загрязнение и очистка воды

Показ видеофильма

Наш урок мы продолжим с выяснения особенных свойств воды, которые позволяют существовать всему живому на нашей планете

1. Аномальные свойства воды.

В.: Какими физическими свойствами обладает вода?

Исследуя воду и, особенно ее водные растворы, ученые раз за разом убеждались, что вода обладает ненормальными - аномальными свойствами, присущими только ей, ее Величеству - Воде, подарившей нам Жизнь и возможность мыслить. Мы даже и не подозреваем, что столь привычные и естественные свойства воды являются уникальными и неповторимыми.

Вода "не признает" периодических закономерностей, характерных для бесчисленного множества соединений на Земле и в Космосе, а следует своим, еще не вполне понятным для науки законам, подарившим нам удивительный мир Жизни.

1 свойство: аномальные температуры кипения и плавления

Вещества - аналоги воды, молекулы которых по химическому составу похожи на воду, - H2S, H2Se, H2Te, т.е. соединения водорода и серы, водорода и селена, водорода и теллура и т.д., при комнатной температуре находятся в газообразном состоянии.

В: Предположите, в каком агрегатном состоянии должна быть вода при комнатной температуре, и какие у нее должны быть температуры кипения и плавления, если продолжить закономерность ее аналогов?

Слайд: Свойства летучих водородных соединений VI группы ПСХЭ Д.И. Менделеева

Если бы вода - гидрид кислорода Н2О - была бы нормальным мономолекулярным соединением, таким, например, как ее аналоги по шестой группе Периодической системы элементов Д.И.Менделеева - гидрид серы H2S, гидрид селена H2Se, гидрид теллура H2Te, то в жидком состоянии вода существовала бы в пределах от минус 95 °С до минус 70 °С, а не такая, какая реально существует сейчас.

В: Чем можно объяснить такие низкие температуры кипения и плавления воды?

Учёные объясняют аномально высокие температуры кипения и плавления воды тем, что молекулы воды способны соединяться в агрегаты с помощью водородных связей, на разрыв, которых и затрачивается большое количество тепловой энергии при нагревании.

В: Какие связи называются водородными и как они образуются? (Слайд)

Еще одно красивое проявление водородных связей - голубой цвет чистой воды в ее толще. Когда одна молекула воды колеблется, она заставляет колебаться и связанные с ней водородной связью другие молекулы. На возбуждение этих колебаний расходуются красные лучи солнечного спектра, как наиболее подходящие по энергии. Таким образом, из солнечного спектра "отфильтровываются" красные лучи - их энергия поглощается и рассеивается колеблющимися молекулами воды в виде тепла.

В белом солнечном свете различные цвета как бы уравновешивают друг друга. Поэтому солнечный свет кажется глазу "белым" - лишенным цвета. Если "отфильтровать" лучи одного участка спектра, то начинает проступать другой - в данном случае голубой участок спектра. Он и окрашивает воду в красивый голубой цвет. Но для этого требуется, чтобы солнечный луч прошел не менее чем через 2-х метровую толщу чистой воды и "потерял" достаточно много красных лучей.

2 свойство.

"Ненормальные" температуры плавления (0 °С) и кипения (+100 °С) воды далеко не единственная ее аномальность.

В: В каком агрегатном состоянии - твердом или жидком - у воды больше плотность?

Слайд

Для всей биосферы исключительно важной особенностью воды является ее способность при замерзании увеличивать, а не уменьшать свой объем, т.е. уменьшать плотность.

Действительно, при переходе любой жидкости в твердое состояние молекулы располагаются теснее, а само вещество, уменьшаясь в объеме, становится плотнее. Да, для любой из необозримо разных жидкостей, но не воды. При охлаждении вода сначала ведет себя, как и другие жидкости: постепенно уплотняясь, уменьшает свой объем. Такое явление можно наблюдать до +3,98 °С. Затем, при дальнейшем снижении температуры до 0°С, вся вода замерзает и расширяется в объеме. В результате удельный вес льда становится меньше воды и лед плавает.

В: Какое значение имеет данное свойство воды для жизни на Земле?

Если бы лед не всплывал, а тонул, то все водоемы (реки, озера, моря) промерзли бы до дна, испарение бы резко сократилось, все пресноводные животные и растения погибли бы. Жизнь на Земле стала бы невозможной.

3 аномальное свойство воды:

Демонстрационный опыт 1.

Для его проведения необходима дополнительная подготовка: поставить одну чашку с водой в морозильную камеру не менее чем на 2 дня, чтобы вода наверняка полностью замерзла.

Чашки с водой и льдом поставить на стол.

В: Как вы думаете, что получится, если поставить в микроволновую печь чашку воды и чашку с таким же количеством льда на 2 минуты?

Ставим обе чашки в микроволновую печь. Включаем печь на максимальную мощность на 2 минуты. Результат: лед останется замерзшим, а вода во второй чашке практически закипит.

Объяснение: в твердой воде - льду - молекулы воды очень плотно упакованы. Они могут лишь слегка колебаться на месте. В жидкой воде молекулы не только колеблются на месте, но также могут вращаться вокруг своей оси и друг друга. При нагревании воды молекулы становятся еще более подвижными и начинают сталкиваться друг с другом. Однако, на те молекулы, которые могут лишь слегка колебаться, микроволны действуют слабо. Поэтому, когда лед и вода вместе находятся в микроволновой печи, микроволны увеличивают температуру воды, но почти не оказывают действия на лед.

Это еще одно аномальное явление воды - ее высокая теплоемкость. Чтобы растаял лед, нужно много тепла. Несравненно больше, чем для плавления любого другого вещества, взятого в таком же количестве. Когда вода замерзнет, это тепло снова выделяется

В: Какое это имеет значение для жизни на Земле? (Слайд)

Лед и снег, отдавая тепло обратно, подогревают землю и воздух. Они смягчают резкий переход к суровой зиме и позволяют осени воцариться на несколько недель. Весной же таяние льда задерживает наступление знойных дней. Космический холод давно проник бы на Землю, если бы она не была одета в теплую шубу. Шуба - атмосфера планеты, а роль теплой воды выполняют водяные пары. Если бы не чрезвычайная теплоемкость воды, наша планета давно бы остыла и жизнь на ней угасла.

Демонстрационный опыт 2. Горение платка, смоченного водой и ацетоном.

В: Объясните, почему платок, смоченный разными жидкостями, в одном случае горит, а в другом - нет?

В: Какое значение имеет высокая теплоёмкость воды для человека?

Обычно, при нагревании теплоёмкость веществ возрастает, но для воды нет никаких канонов: от 0^о до 37^о её теплоёмкость падает, достигая минимального значения около 37^о, а от 37^о до 100^о начинает повышаться.

Хорошо это или плохо для человека? Напомню, что в человеке среднего роста около 5 ведер воды.

(хорошо, потому, что в организме человека при температуре 36,6-37^оС наиболее интенсивно идут важные биохимические реакции).

4 свойство. Высокое поверхностное натяжение.

Лабораторный опыт. Мыльные пузыри

В: Что же это за удивительная сила, которая сохраняет капли росы, а поверхностный слой воды в любой лужице делает эластичным и относительно прочным? Слайд

Вода обладает большим поверхностным натяжением. По утверждению ученых у абсолютно чистой воды, эта величина столь велика, что по ней можно было бы кататься на коньках, как по льду. Известно, что если стальную иголку осторожно положить на поверхность воды, налитой в блюдце, то иголка не тонет. А ведь удельная масса металла значительно больше, чем у воды.

В: Какое значение имеет данное свойство воды для жизни на Земле?

Молекулы воды связаны силой поверхностного натяжения, которая позволяет им подниматься вверх по капиллярам, преодолевая силу земного притяжения. Без этого свойства воды жизнь на Земле была бы также невозможна

5 свойство. Вода - самый лучший растворитель на Земле. Слайд

Ни одна жидкость не поглощает газы с такой жадностью, как вода. Но она их также легко отдает.

Дождь растворяет в себе все ядовитые газы атмосферы. Вода - ее мощный природный фильтр, очищающий атмосферу от всех вредных и ядовитых газов.

Лабораторный опыт. Исследование кислотности осадка в виде снега.

Учащимся выданы пронумерованные пробирки с водопроводной и талой водой, универсальная индикаторная бумага.

Инструктивная карточка:

1. Исследуйте реакцию воды с помощью универсальной индикаторной бумаги, опустите полоску индикатора в воду

2. Определите реакцию воды с помощью цветовой эталонной шкалы на упаковке индикаторной бумаги

В: Какой кислотностью обладает талая вода? Почему?

Мы рассмотрели с вами лишь несколько удивительных свойств воды, но даже по ним мы можем сделать вывод о значении воды для жизни на Земле.

Вывод: Вода обладает удивительными уникальными свойствами, которые позволяют существовать всему живому на Земле.

2. Водные ресурсы России и их загрязнение

Работа в группах с географическими атласами

1 группа

• Оцените запасы водных ресурсов России.
• Назовите наиболее крупные реки России

2 группа

• Оцените запасы водных ресурсов России
• Назовите наиболее крупные озера России

Сообщение учащегося: Водные ресурсы России. (Слайд)

Россия - страна с богатейшими водными ресурсами, наша страна занимает 2 место в мире после Бразилии. На каждого россиянина приходится 30,2тыс. кубических метров водных ресурсов. Наша страна омывается водами 12 морей, принадлежащих трем океанам, а также внутриматериковым Каспийским морем. На территории России насчитывается свыше 2,5 млн. больших и малых рек, более 2 млн. озер, сотни тысяч болот и др. Именно в России сосредоточено22%мировыхзапасов воды.

Однако по назначению используется не более 2% от общего количества водных запасов.

Водные ресурсы используются как способ получения электроэнергии, транспортные артерии, как источник централизованного водоснабжения. Также реки и озера - это прекрасное место для отдыха.

По территории России протекает свыше 120 тыс. рек длиной более 10 км и общей протяженностью свыше 2,3 млн. км. (Слайд).Благоприятные для судоходства участки рек имеют протяженность около 400 тыс. км. К бассейнам морей Северного Ледовитого океана относятся такие крупные реки, как Северная Двина, Печора, Обь, Енисей, Лена, Колыма. Горы и равнины Дальнего Востока дренируются реками, стекающими в моря Тихого океана (Амур, Анадырь и др.). В моря Атлантического океана стекают реки Дон, Кубань, Нева. Реки Волга и Урал, впадающие в Каспийское море, принадлежат бассейну внутреннего стока.

Сообщение учащегося: Загрязнение вод. Ежегодно в водные бассейны попадают тысячи химических веществ с непредсказуемым действием. В воде эти вещества претерпевают различные изменения: разлагаются, вступают в реакции друг с другом, с хлором или озоном, которыми обеззараживают воду. В результате этого образуются новые модификации веществ, ранее неизвестные науке. В воде могут быть обнаружены повышенные концентрации токсичных тяжелых металлов (таких как кадмий, ртуть, свинец, хром), пестициды, нитраты и фосфаты, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества (ПАВы).

Ежегодно в моря и океаны попадает до 12 млн. тонн нефти. Кислотные дожди увеличивают концентрацию тяжелых металлов в воде. С атомных электростанций в круговорот воды в природе попадают радиоактивные отходы. Сброс неочищенных сточных вод в водные источники приводит к микробиологическим загрязнениям воды. В сельской местности проблема качества воды стоит особенно остро - около 90% всех сельских жителей в мире постоянно используют для питьевых и гигиенических целей загрязненную воду. (Слайд)

Сброс загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты по г. Череповцу за 2008 год - 29,7 миллионов м³, в том числе без очистки: 0,7 миллионов м³. По данным федерального портала Protown.ru "Состояние и охрана окружающей среды Вологодской области в 2007 году" - в основном вода в реках области относится к 3 (загрязненная) и 4 (грязная) классам - 77 % и 15 %, соответственно. Основными ингредиентами, влияющими на уровень загрязнения рек, являются вещества: соединения меди, цинка, железа, вещества азотной группы (аммоний и нитриты), легкоокисляемые вещества по величине БПК₅(потребляемого кислорода) и нефтепродукты, фенолы. (Слайд)

Практически все реки России подвержены сильному антропогенному воздействию, возможности экстенсивного водозабора для хозяйственных нужд по многим из них в целом исчерпаны, а тысячи малых рек прекратили по вине человека свое существование. Вода многих российских рек загрязнена и непригодна для питьевых целей.

Потребление воды человеком в год и в сутки

Расход воды населением непомерно огромен. На фоне того, что количество пригодной для потребления воды постоянно сокращается, перед каждой страной встает вопрос о рациональном использовании водных запасов

В: Какое количество воды потребляется на душу населения в России?

Ежегодно Россия использует 62,5км³ воды.

В.: Назовите основные секторы экономики - потребители воды

Работа в группах: учащимся выдаются схемы, которые им необходимо заполнить в ходе обсуждения.

Слайд:

Энергетика	Сельское хозяйство	Рыбное хозяйство
ЖКХ	Промышленность	Водный транспорт

В: Как распределяется расход воды по секторам экономики? Слайд.

Переведем эту величину в м³ (в 1км³ - 1 000 000 000 м³). Население России в 2009 году составило 141 900 000 человек. Разделив 62 500 000 000 на численность населения России, получаем 440, 45м³.

А теперь рассчитаем расход воды человеком в сутки.

Задание: подсчитать, сколько воды вы тратите на свои нужды за один день.

Слайд

Учащимся выдаются карточки:

Примерные расчеты показывают, что это 443л. в сутки. Слайд

Работа в группах: Предложите варианты рационального использования воды, например, лично каждым человеком или в отдельном секторе экономики, например - ЖКХ.

Очистка воды. Слайд

Сообщение учащегося. Путь, который проходит загрязненная вода во время очистки, можно проследить по условной схеме: сточные воды - механическая очистка - биохимическая очистка - доочистка на песчаных (или сетчатых) фильтрах - возврат на предприятие.

К питьевой воде предъявляются более строгие требования, так как распространены болезни, передаваемые через зараженную питьевую воду: брюшной тиф, холера, бактериальная дизентерия, инфекционный гепатит, амебная дизентерия и другие.

Поэтому путь очистки питьевой воды более длинный:

механическая очистка - биохимическая очистка - осветление - обеззараживание - стабилизация - умягчение - возврат к потребителю.

Большинство водопроводных станций работают по двухступенчатой схеме очистки воды, которая базируется на коагулировании и осветлении воды в отстойниках и фильтровании через кварцевый песок. Обеззараживание производится хлором с добавлением аммиаксодержащего реагента.

Такая практика типична для крупных городов мира (Москва, Париж, Лондон и др.), имеющих протяженную водопроводную сеть. Это связано с сильными бактерицидными свойствами связанного хлора, длительное действие которого позволяет поддерживать городскую водопроводную сеть в надлежащем санитарном состоянии. Сегодня в России в среднем добавляется 200 мкг хлора на 1 литр воды. Это в 5 раз больше, чем в Соединенных Штатах Америки. С одной стороны, хлор убивает болезнетворные микроорганизмы в воде, а с другой - вступает в реакцию с присутствующими в воде органическими веществами, образуя токсичные хлорорганические соединения

Другая методика обеззараживания воды - озонирование. Озон является нестойким соединением, быстро разлагающимся в воде, чем объясняется его весьма ограниченное применение для заключительной дезинфекции только в небольших городах.

Многие современные станции водоочистки уже начали применять гипохлорит натрия в сочетании с сульфатом аммония с последующей дополнительной обработкой ультрафиолетом. Постепенно происходит отказ от использования жидкого хлора, являющегося, как известно, сильнодействующим ядовитым веществом, в пользу гипохлорита натрия - реагента не менее эффективного, но абсолютно безопасного с точки зрения производства и транспортировки.

Еще одна технология, которую применяют передовые станции водоподготовки, - это система дозирования порошкообразного активированного угля, обеспечивающая удаление запаха и нефтепродуктов.

Выводы по теме занятия. Учащимся предлагается работа в группах, продолжить начало предложений:

• Чистая вода...
• Для сохранения водных богатств необходимо:

Рациональное использование воды:

Давайте же беречь и охранять это удивительное вещество, ведь вода - сама жизнь. Ведь все живое и неживое содержат воду.

Слайд. "Есть такое твердое правило:Встал поутру, умылся, привел себя в порядок - сразу же приведи в порядок свою планету" (Антуан де сент-Экзюпери).

Литература.

1. Всероссийский урок чистой воды. Методические указания для учителя. Москва, 2009.
2. Методические рекомендации по проведению Всероссийского урока чистой воды. Материалы подготовлены ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга".
3. Федеральный портал Protown.ru " Состояние и охрана окружающей среды Вологодской области в 2007 году".