Конкурс "Я иду на урок"

Самое необыкновенное вещество в мире

Ты сама жизнь... ты самое большое богатство в мире.

Антуан де Сент-Экзюпери

Цели. Обобщить и систематизировать знания о воде как химическом веществе, основе единства гидросферы, основе жизни на Земле. Показать взаимосвязь между живой и неживой природой. Закрепить умения при выполнении опытов и составлении уравнений, отражающих химические свойства воды.
Реактивы и оборудование. Н₂О, Nа, СаО, НСl, СаСО₃, индикатор; таблица «Химические свойства металлов», опорный конспект «Вода», глобус, таблица по зоологии «Животные — обитатели водоемов», схемы «Содержание воды в организме человека», «Строение гидросферы», «Круговорот воды в природе», рисунки «Фотосинтез», «Распределение растительности водоема от берега до глубины».

План урока

• Нахождение воды в природе.
• Методы определения качественного и количественного составов воды.
• Физические свойства воды.
• Гидросфера.
• Химические свойства воды.
• Значение воды в жизнедеятельности растений, животных и человека.
• Круговорот воды в природе.
• Очистка воды, предназначенной для потребительских целей.
• Очистка промышленных и сточных вод.

Ход урока

Учитель химии. О роли воды в природе ярко и точно сказал академик И.В.Петрянов-Соколов: «Разве вода – это только жидкость, что налита в стакан? Океан, покрывающий почти всю планету, всю нашу чудесную Землю, в которой миллионы лет назад зародилась жизнь, – это вода».

«Безбрежная ширь океана
И тихая заводь пруда,
Струя водопада и брызги фонтана,
И все это – только вода».

Тучи, облака, туман, несущие влагу всему живому на земной поверхности, – это ведь тоже вода.
Бескрайние ледяные пустыни полярных областей, снежные покровы, застилающие почти половину планеты, – и это вода.

«В кружева будто одеты
Деревья, кусты, провода.
И кажется сказкою это,
А в сущности – только вода».

Прекрасно, невоспроизводимо многообразие красок солнечного заката, его золотых и багряных переливов; торжественны и нежны краски небосвода при восходе солнца. Это обычная и всегда необыкновенная симфония цвета обязана рассеиванию и поглощению солнечного спектра водяными парами в атмосфере.
Это великий художник – вода... Безгранично многообразие жизни. Оно всюду на нашей планете. Но жизнь есть только там, где есть вода. Нет живого существа, если нет воды.
Из вводного слова ясно, что речь сегодня пойдет о воде.
Сейчас проведем небольшую разминку – отгадайте загадки.

Под землею ходит,
На небо смотрит.

(Родник.)

Что видно, когда ничего
не видно?

(Туман.)

Вечером наземь слетает,
Ночь на земле пребывает,
Утром опять улетает.

(Роса.)

Без крыльев летят,
Без ног бегут,
Без паруса плывут.

(Облака.)

Не конь, а бежит,
Не лес, а шумит.

(Река.)

Приходил – стучал по крыше,
Уходил – никто не слышал.

(Дождь.)

Учитель биологии. Посмотрим на глобус. Наша планета названа Землей по явному недоразумению: на сушу приходится 1/4 ее площади, а все остальное – вода! Правильно было бы назвать планету Вода!
Пользуясь опорным конспектом, расскажите о нахождении воды в природе.
Ясно, что вода является самым распространенным веществом. На Земле не существует соединения – минерала, горной породы, живого тела, которое ее не содержало бы.
Учитель химии. Кем, когда и при помощи каких методов был доказан качественный и количественный состав молекулы воды?

«Лавуазье доверено,
Чтоб было все проверено,
С Лапласом выполнял эксперимент.
Все проанализировал,
Он воду синтезировал
И доказал: она не элемент».

И доказательство того, что вода – не элемент, а также для подтверждения состава воды А.Лавуазье и химик Ж.Менье осуществили знаменитые опыты по разложению воды.

«Работы продолжение
Он видит в разложении
Воды в стволе, нагретом докрасна.
И это путь единственный
Для утвержденья истины:
На газы разлагается она».

Из сказанного ясно, что в основе изучения качественного и количественного состава вещества лежат два метода: синтез и анализ. Давайте вспомним их сущность.
Работа с опорным конспектом «Вода» (рис. 1).

Учитель химии. «Братом» воды является гремучий газ, состоящий из двух объемов водорода и одного объема кислорода.
Вывод: закон диалектики – единство и борьба противоположностей.
Учитель биологии. В чем смысл этого закона?
Учитель химии. О составе воды прекрасные строки написал Е.Ефимовский:

«Из атомов мир создавала Природа:
Два атома легких взяла Водорода,
Прибавила атом один Кислорода,
И получилась частица Воды,
Море Воды, Океаны и Льдины...»

Дайте общую характеристику воды по химической формуле.
Работа с опорным конспектом «Вода».

Рис.1. Опорный конспект "Вода"

Учитель химии. Сейчас вы вспомнили химическую формулу воды, а каждое вещество обладает определенными свойствами. Назовите физические свойства воды (обращение к опорному конспекту).

Вода при нормальных условиях – жидкость без запаха, бесцветна, не имеет вкуса, не ядовита; кипит при температуре 100 °С и замерзает при 0 °С. При нагревании и замерзании вода расширяется, а при охлаждении сжимается. При температуре 4 °С плотность воды равна 1 г/см³. При охлаждении плотность воды увеличивается, пока температура не достигнет 4 °С, затем плотность уменьшается. В связи с этим в больших водоемах вода, имеющая температуру 4 °С, как самая тяжелая, опускается на дно, а более холодная – находится ближе к поверхности. И хотя зимой поверхность водоема скована льдом, на дне температура всегда равна 4 °С. Это свойство воды позволяет рыбе зимовать в замерзших водоемах, прудах и озерах. Лед имеет меньшую плотность, чем жидкая вода, т. к. его кристаллическая решетка содержит пустоты, и он всплывает на ее поверхность, что очень важно для обитателей водоемов, особенно зимой.
Вода обладает исключительно большой теплоемкостью, поэтому она медленно нагревается и медленно остывает. Благодаря этому водные бассейны регулируют температуру на нашей планете.
Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный камень, если бы не вода, которая поглощает и возвращает очень много тепла, тем самым «выравнивает» климат. А от космического холода предохраняют те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере – в облаках и в виде паров. Один поэт написал так о капле дождя:

Поэт забыл закон сохранения и превращения энергии. Убавилась внутренняя энергия капли воды. При отвердевании капля воды отдает теплоту «в мир».
Говорят, что вода – оборотень. Почему ее так называют?

Благодаря чему вода на нашей планете находится в трех агрегатных состояниях?
Существование воды на Земле в трех агрегатных состояниях – газообразном, жидком и твердом – обязано одному важному счастливому обстоятельству: вращению Земли вокруг Солнца на среднем расстоянии 149,6 млн км. Если бы путь от Земли до Солнца составлял менее 134 млн км, то вся вода океанов, морей и рек испарилась бы. Увеличение расстояния между Землей и Солнцем более чем на 166 млн км привело бы к исчезновению жидкой воды на нашей планете – она полностью превратилась бы в лед.
Ребята вспоминают, что вода может находиться в твердом, жидком и газообразном состояниях. В газообразном состоянии вода находится в атмосфере, в жидком и твердом – в гидросфере. Вспоминают, из чего состоит гидросфера (работа со схемой, рис. 2).

Рис.2. Схема "Строение гидросферы"

Учитель химии. Мы рассмотрели физические свойства воды, состав гидросферы, а теперь вспомним ее химические свойства, которые проявляются во взаимодействии с другими веществами (работа с опорным конспектом).
Проводятся опыты и на доске пишутся уравнения реакций, отражающие взаимодействия воды с веществами:

а) простыми:

б) сложными:

Учитель химии. Вывод: вода – химически активное вещество, т. к. вступает в реакции со многими веществами.
Всем известная газированная вода – это раствор оксида углерода(IV) в воде:

Природные минеральные источники также содержат угольную кислоту, которая сразу и разлагается. В связи с этим при выходе ее из источника выделяется большое количество углекислого газа, который в свою очередь способствует более быстрому всасыванию минеральных веществ в организме человека, что способствует выздоровлению.
Учитель биологии. В живой природе эта реакция происходит иначе.
Учащиеся рассказывают, в каких живых клетках происходит реакция и как она называется (рис. 3).

Рис.3. Схема "Фотосинтез"

Ученик. Этот процесс называется фотосинтезом. При фотосинтезе солнечная энергия запасается в органических веществах. Исходными соединениями для фотосинтеза служат простые, бедные энергией неорганические вещества – оксид углерода(IV) (углекислый газ) и вода. В качестве побочного продукта фотосинтеза образуется молекулярный кислород:

Учитель биологии. Кроме фотосинтеза какие еще жизненно важные процессы протекают в растениях при обязательном наличии воды?
Учитель химии. Теперь решим задачу: определите массу глюкозы, которая образуется при поглощении березой 132 г оксида углерода(IV).
Растению необходимо охлаждение. Только через увлажненную поверхность растение может впитывать углекислый газ из воздуха, чтобы расти. Поневоле растению приходится постоянно испарять воду.
Учитель биологии. Переход воды из жидкого в газообразное состояние подтверждает закон единства живой и неживой природы.
Ученик. Вода – хороший растворитель. В воде растворяются минеральные соли почвы. В поисках воды и минеральных солей корни проникают в толщу земли, порой на большую глубину. Например, корень верблюжьей колючки уходит на глубину до 15 м, достигая грунтовых вод. Рекорды проникновения в глубь земли принадлежат корням вяза – 110 м и инжира – 120 м.

Я напомню о стебле. Ведь именно он является трубопроводом, по которому проходят органические и минеральные вещества. Также стебель берет на себя роль «кладовой», наполненной «на черный день» самым ценным для растения, без чего невозможна жизнь, – влагой.
Вода необходима для прорастания семян, а для папоротника вода является ограничивающим фактором. Без нее не происходит оплодотворения.
Существуют растения, для которых вода – среда обитания. У самого берега растут влаголюбивые растения – осока, лютик; в водоеме на небольшой глубине – камыш, тростник. Их корни и нижние части стеблей погружены в воду, а верхняя – возвышается над водой. На большой глубине произрастают кувшинка белая, кувшинка желтая; на поверхности – небольшое растение ряска. В водоемах много разнообразных водорослей. Морские водоросли океанов иногда называют «легкими» планеты, т. к. они выделяют до 80% кислорода.
Учитель биологии. Какое значение вода имеет в жизни животных?
Ученик. Вода имеет большое значение и в жизни животных. Основные процессы жизнедеятельности животных, как и растений, тесно связаны с водой. Кровь, слюна, желудочный сок содержат воду. Вода, испаряясь, способствует
охлаждению тела. Поскольку на испарение воды расходуется много тепла, то молекулы, достигшие «скорости убегания» и переходящие из воды в воздух, уносят с собой большое количество тепловой энергии. Многие живые организмы используют это свойство для охлаждения тела. Тепловая одышка собак может служить примером охлаждения путем испарения. Закон диалектики: единство живой и неживой природы.
Вода является средой обитания и для животных.
Хорошим примером могут служить рыбы, которые имеют плавники, обтекаемую форму тела, слизь, но, самое главное, благодаря органам дыхания – жабрам – осуществляется газообмен.
Щука выполняет роль «санитара», т. к. в первую очередь уничтожает больных и слабых рыб. Речной рак живет на дне водоемов только с чистой водой и является своеобразным индикатором ее загрязненности. Моллюски, процеживая воду через свое тело, очищают ее; их называют животными-фильтрами.
Цапли, аисты имеют длинные тонкие ноги, шею и клюв. Эти особенности строения дают им возможность добывать корм, сохраняя тело от намокания. Наряду с этим у них есть особый пух, который превращается в порошок, покрывающий перья. Порошок и жироподобное вещество копчиковой железы, которым птицы смазывают перья, делает их тела не смачиваемыми водой. Серая утка, утка-кряква и другие утки имеют форму тела плоскодонной лодки, короткие ноги с плавательными перепонками, широкий клюв. По краям клюва расположены поперечные роговые пластинки, образующие цедильный аппарат. Смазанное выделениями копчиковой железы их плотное оперение не смачивается водой.
Учитель биологии. Жизнь человека тесно связана с водой и зависит от нее. Тело человека содержит много воды, она составляет более половины его массы – 65%. Вода входит в состав крови, пищеварительных соков, слез и других жидкостей (рис. 4).

Рис.4. Схема "Содержание воды в организме человека"

Учитель биологии. Вода – обязательный компонент каждой живой клетки. Вода участвует во всех процессах жизнедеятельности человека:

• осуществляет транспортировку питательных веществ и кислорода,
• выводит продукты распада,
• участвует в дыхании и терморегуляции, т. е. поддерживает температуру тела.

Она является основной средой и растворителем. Для обеспечения нормального существования человек должен вводить в свой организм воды примерно в два раза больше, чем питательных веществ. Потеря человеком воды на 12–15% приводит к нарушению обмена веществ, а потеря ее до 25% – к гибели.
В организмах происходит процесс обновления воды. В кактусах, например, полностью вода обновляется в течение 28 лет, у человека – одного месяца, у черепахи – одного года, у верблюда – трех месяцев. Без воды человек может прожить три дня, в то время как без пищи – 30–50 дней.
Вывод: вода входит в состав клеток и организмов; является хорошим растворителем; в водном растворе проходят жизненно важные химические процессы; вода участвует в процессах жизнедеятельности организмов – дыхании, обмене веществ; является средой обитания для многих организмов.
Все это еще раз подтверждает закон единства живой и неживой природы.
Учитель химии. Вода является не только важным веществом в жизни живых организмов, но и важным компонентом природы, т. к. без круговорота воды жизнь невозможна.
Учащиеся рассказывают о круговороте воды в природе (рис. 5).

Рис.5. Схема "Круговорот воды в природе"

Учитель химии. Град образуется из капель воды, а снежинки – из кристаллов льда. Почему снег – белый, а море – синее?
Ученик. Слой снежинок преломляет солнечный луч и отражает все его семь цветов, поэтому снег белый. Море синее, потому что толща воды поглощает шесть цветов солнечного луча, а преломляет и отражает один синий.
Учитель химии. Так совершается вечный круговорот воды в природе. При этом она переходит из одного состояния в другое, перемещается по земному шару из одних районов в другие. Главная сила – это солнечное тепло и сила тяжести. Под влиянием тепла вода испаряется, а при недостатке тепла вода конденсируется из пара. Круговорот воды является связывающим звеном в природе.
Учитель биологии. В зависимости от климата суточная потребность человека в воде составляет 2,5–6 л. Если суточную потребность в воде человека принять равную 2,5 л, а продолжительность жизни – 70 лет, то количество поглощенной воды составляет ~60 тыс. л.
Население земного шара каждые сутки потребляет 7 млрд м³ воды. Вода – это единственное богатство нашей планеты, которое не имеет заменителей. Для своих нужд человек использует только пресные поверхностные и подземные воды, которые требуют предварительной очистки.
Учитель химии. Расскажите о способах очистки воды: питьевой и дистиллированной (работа по опорному конспекту).
Можно ли дождевую воду считать дистиллированной? Почему вообще возник такой вопрос?
Ученик. Несмотря на то, что в основе получения дистиллированной и дождевой воды лежат одни и те же процессы – испарение и конденсация, дождевую воду дистиллированной называть нельзя, т. к. при прохождении через слой атмосферы вода обогащается пылью, оксидами SO₂, СО₂ и другими веществами, которые не только растворяются в ней, но и вступают с ней в реакцию. В результате возникают кислотные дожди.
Сообщения учащихся. Серебряная вода. Вода, которая хранится в серебряных сосудах, называется серебряной и имеет лечебные свойства, это было известно с древнейших времен.
В древней Индии накаленные серебряные стержни погружали в воду, и потом ее использовали для обмывания ран. Позже в церемониях, когда крестили детей, применяли «святую воду». В нее до крещения опускали серебряный крест и выдерживали некоторое время. Немного «ионов» серебра переходило в воду. В такой воде погибали микроорганизмы.
Пресная вода. На долю пресной воды приходится только 3%. Большая часть пресной воды (85%) находится на полюсах Земли в виде ледников и айсбергов. В XVI в. Елизавета I, королева Англии, объявила премию за изобретение дешевого способа опреснения морской воды. Премия пока еще никому не вручена. В настоящее время для получения из морской воды 1 км³ пресной воды требуется 7 млн т условного топлива или 2,8 т ядерного горючего.
Учитель химии. Большое количество пресной воды используют в промышленности и сельском хозяйстве. В результате чистой, пресной воды становится все меньше. Послушаем сообщение о роли промышленности в загрязнении гидросферы.
Ученик. Недостаток чистой воды ощущается уже сейчас во многих странах. Однако это не потому, что запасы воды истощаются. Над водой нависла угроза загрязнения. Заводы, фабрики, электростанции потребляют и одновременно загрязняют ее различными продуктами отходов. Со сточными водами предприятий в реки и озера попадают разные ядовитые вещества. В такой воде гибнет все живое: рыба, раки, растения. Загнивающие воды отравляют воздух, становятся источниками тяжелых заболеваний. Река «болеет», ее воды не могут быть использованы человеком.
Воду надо беречь! Это надо понять и запомнить каждому. Беречь воду – значит беречь жизнь, здоровье, красоту окружающей природы.
С целью экономии чистой воды использованную воду очищают для повторного употребления.
Учитель химии. Перечислите способы очистки промышленных и сточных вод.
Ученик. Существуют следующие способы очистки использованной воды: регенерационный, биохимический, физико-химический, термический.
Однако, несмотря на существование многих способов очистки сточных и промышленных вод, в Ростове ежегодно в Дон и Темерник сбрасывают более 80 тыс. м³ промышленных и бытовых вод без очистки, а 385 тыс. м³ после очистки имеют показатели ниже нормы. Причиной 80% всех болезней является грязная вода.

«Пускай ты не Ока, не Волга –
Не широка, не глубока.
Но все же преданно и долго
Ты, Дон, служишь землякам.
Спросите наших ветеранов,
И вам расскажут старики,
Как пили воду не из крана,
А только из родной реки.
А ныне будто бы из мести,
Легко, как бы назло врагам,
К твоим стремятся берегам —
Тебя штурмует транспорт бойко
И вдоль, и поперек:
Частенько ты бываешь мойкой
Водителям в конце дорог.
Швыряет с берега объедки
Гуляки праздная рука.
А может быть, у той вон кручи,
Легко пристав на стременах,
Из Дона Мелихов Григорий
Поил лихого скакуна».

В 1947 г. известный норвежский исследователь Тур Хейердал на плоту «Кон-Тики» за 101 сутки прошел 8000 км в Тихом океане. Океан был чист и прозрачен. А в 1969 г., дрейфуя на папирусной лодке «Ра», он и его спутники были потрясены загрязнением Атлантического океана. Их лодка обгоняла пластиковые сосуды, изделия из нейлона, пустые бутылки, консервные банки. Особенно бросался в глаза мазут. Черные комки совсем не украшали поверхность океана.

Учитель. «Вода! Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни; ты – сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами... Ты самое большое богатство на свете...» – писал Антуан де Сент-Экзюпери.

ЛИТЕРАТУРА

Гааг Н.А. Как привить интерес к уроку химии. Химия в школе, 1991, № 3;
Митлена Э.М. Создание эмоционального настроя учащихся на уроках. Химия в школе, 1989, № 6;
Шарипова Д.Д. Совершенствование гигиенических знаний школьников. Химия в школе, 1989, № 5;
Золотникова Э.Г. Урок окончен – занятия продолжаются. М.: Просвещение, 1992;
Гузей Л.С., Сорокин В.В., Суровцева Р.П. Химия-8. М.: Просвещение, 1994.

М.В.УМНОВА,
учитель химии;
Л.В.ЛОБОДА,
учитель биологии
(г. Батайск, Ростовская обл.)