О.С.ГАБРИЕЛЯН, Т.Н.ПОПКОВА,
Г.А.СИВКОВА, С.А.СЛАДКОВ

Вода в нашей жизни

Учебно-методическое пособие к элективному курсу
для 9 класса основной школы или 10–11 классов
базового уровня средней школы

Продолжение. Начало см. в № 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 22/2009

Интеллектуальная игра «Мир воды».
Внеклассное мероприятие

Цель. Расширить кругозор учащихся, выявить уровень усвоения материала и умения применять знания, используя межпредметные связи. Развивать навыки работы в коллективе в условиях сотрудничества и соперничества.

Форма занятия. Общегрупповая и индивидуальная работа.

Оборудование. Кристаллизатор со снегом, карбид кальция, плакат с высказыванием Леонардо да Винчи: «Воде дана волшебная власть стать соком жизни на Земле».

Ведущий. Нам предстоит проверить слова великого художника и естествоиспытателя Леонардо да Винчи. Много ли мы знаем о роли воды на Земле? Это покажет конкурс, в котором примут участие две команды. Компетентное жюри определит победителей интеллектуальной игры. Им будут выданы почетные грамоты и памятные сувениры.

Т у р 1. Легенды и действительность

1. Как древние греки называли бога морей?

(Посейдон (1 балл).)

2. По легенде, эта богиня родилась из морской пены.

(Афродита (2 балла).)

3. Какой мифический герой перегородил реку, а воды направил для очистки конюшен царя Авгия?

(Геркулес (3 балла).)

4. В наскальных рисунках древние люди изображали воду в виде линии. Какой ее вид?

(Зигзагообразный или волнообразный (4 балла).)

5. В Перу археологи обнаружили древние развалины из камней, на которых вырезан своеобразный фонтан. Какому богу был посвящен этот храм?

(Богу воды (5 баллов).)

Т у р 2. Планета воды

1. Какая часть поверхности Земли покрыта водой?

(3/4 (1 балл).)

2. Где на Земле находятся самые большие запасы пресной воды?

(В Антарктиде (2 балла).)

3. Каков общий объем воды на Земле?

(1,5 млрд км³ (4 балла).)

4. В каком произведении Жюль Верн впервые высказал идею об использовании воды для получения топлива?

(В произведении «Таинственный остров»
(5 баллов).)

Т у р 3. Своя игра. Вода и живые организмы

1. В организме человека есть жидкость, в которой содержится 90 % воды. Назовите ее.

(Плазма крови (1 балл).)

2. Сколько дней может прожить человек без воды?

(Максимально семь дней (2 балла).)

3. В этом органе содержится 99 % воды.

(Стекловидное тело глаза (3 балла).)

4. В кактусах вода полностью обновляется за 28 лет, в организме черепахи – за 1 год, верблюда – за 3 месяца. А за какое время вода полностью обновится в организме человека?

(За 1 месяц (4 балла).)

5. Биохимики шутят: «Жизнь – это одушевленная вода». А какова массовая доля воды в организме человека?

(65 % (5 баллов).)

Т у р 4. Химические свойства воды

1. При взаимодействии воды со щелочными металлами образуются…

(Щелочь и водород (1 балл).)

2. При взаимодействии алюминия с йодом вода используется в качестве…

(Катализатора (2 балла).)

3. При какой температуре вода реагирует с платиной?

(Вода с платиной не реагирует (3 балла).)

4. В быту при взаимодействии воды с этим веществом образуются соль органической кислоты и щелочь.

(Мыло (4 балла).)

5. В средние века алхимики приписывали воде совершенство. Как они обозначали воду?

(В виде опрокинутого равностороннего
треугольника (5 баллов).)

Т у р 5. Аномалии воды

1. Почему зимой реки не промерзают до дна?

(Плотность льда меньше плотности воды
(1 балл).)

2. Почему в природе не существует химически чистой воды?

(Вода очень хорошо растворяет
различные вещества (2 балла).)

3. К каким климатическим последствиям приводит огромная теплоемкость воды?

(Медленно нагреваясь весной и медленно
остывая осенью, вода сглаживает перепады
температуры воздуха (3 балла).)

4. Какое значение для природы имеет высокая скрытая теплота плавления льда?

(Это спасает нас от катастрофических
весенних наводнений (4 балла).)

5. Почему подземные воды достаточно подвижны даже на больших глубинах при высоком давлении?

(Вязкость воды тоже изменяется аномально:
она снижается при повышении давления
(5 баллов).)

Тайм-аут

Занимательный опыт «Горящий снег». В кристаллизатор со снегом помещают небольшой кусочек карбида кальция так, чтобы его не было видно. Через 2–3 минуты поджигают снег спичкой (время необходимо для увлажнения карбида). Выделяющийся в результате реакции карбида кальция с водой ацетилен горит.

Т у р 6. Эликсир жизни

1. О чем писал Г.Р.Державин в своем стихотворении?

«Алмазно сыплется гора
С высот четыремя скалами,
Жемчугу бездна и сребра
Кипит внизу, бьет вверх буграми…»

(О водопаде (2 балла).)

2. «Все хорошо в природе, но вода – краса природы», – так характеризовал воду автор сказки «Аленький цветочек». Назовите его фамилию.

(С.Т.Аксаков (4 балла).)

3. Продолжите стихотворение А.Мартынова:

«Ей не хватало быть волнистой,
Ей не хватало течь везде,
Ей жизни не хватало –
Чистой…»

(Дистиллированной воде (6 баллов).)

4. В каком произведении Антуан де Сент-Экзюпери написал о воде: «Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь»?

(«Планета людей» (8 баллов).)

Т у р 7. Тяжелая вода

1. Назовите формулу тяжелой воды.

(D₂O (1 балл).)

2. Как тяжелая вода воздействует на живые организмы?

(Она угнетает жизнедеятельность,
в ней не живут микробы, не прорастают семена
(2 балла).)

3. Как изменяется растворимость солей в тяжелой воде по сравнению с обычной?

(Уменьшается (3 балла).)

4. Где больше содержится тяжелой воды: в каплях дождя или в хлопьях снега?

(В каплях дождя (4 балла).)

Т у р 8. «Живая» вода

1. Какую воду иногда называют «живой»?

(Талую. Образуется она при таянии льда или снега (1 балл).)

2. Чем отличается по структуре талая вода от обычной?

(При таянии снега и льда их геометрическая
сетчатая структура сохраняется в талой
воде длительное время (4 балла).)

3. Как изменяется биологическая активность талой воды при кипячении?

(При кипячении она уменьшается (6 баллов).)

4. При выращивании огурцов их поливали соответственно талой и обычной водой. В каком случае урожай оказался выше?

(При поливе талой водой (8 баллов).)

Т у р 9. Природная вода

1. Каких жизненно важных элементов обыкновенно не хватает в природной воде?

(Йода и фтора (1 балл).)

2. На каком курорте Кавказа минеральные воды особенно богаты железом?

(В Железноводске (2 балла).)

3. Как называется явление, которое происходит вследствие землетрясения на дне океана или извержения подводного вулкана?

(Цунами (3 балла).)

4. Какие методы применяют для очистки сточных вод?

(Механические, химические, биологические
(4 балла).)

5. Назовите главные загрязнители вод Мирового океана.

(Нефть и нефтепродукты (5 баллов).)

Т у р 10. Растворы

1. Как называется раствор, содержащий 0,9 % хлорида натрия?

(Физиологический (1 балл).)

2. В 1 литре воды этого моря содержится около 13 г солей. Это почти в 2 раза меньше, чем в других морях и океанах.

(Каспийское (3 балла).)

3. Это вещество, находящееся в растворе, обусловливает временную жесткость воды.

(Гидрокарбонат кальция (4 балла).)

4. Если бы удалось выделить золото из этого раствора, то его оказалось бы по 3 кг на каждого жителя Земли. Где же находятся такие запасы драгоценного металла?

(В водах Мирового океана. Пока добывать
золото из морской воды нерентабельно
(5 баллов).)

5. По элементному составу кровь животных и человека очень близка к этому раствору. К какому именно?

(К воде океанов (6 баллов).)

Т у р 11. Вода в пословицах и поговорках

1. «Заработала вода, загудели провода». О каком промышленном объекте идет речь?

(О гидроэлектростанции (1 балл).)

2. «Воду варить – вода и будет». О каком агрегатном состоянии умалчивается в поговорке?

(О газообразном, т.е. о водяном паре
(2 балла).)

3. «Вода прошла, и беда прошла». О чем эта поговорка?

(О весенних паводках, разливах рек (2 балла).)

4. «Горячая вода не мутит ума». О каком напитке эта пословица?

(О чае (2 балла).)

5. «Меньше пить – долго жить». Какой это напиток?

(Алкогольный (2 балла).)

6. «Разлитую воду подбирать с земли не всякому легко». Предложите способ «подбора» воды.

(Нагреть землю, произойдет испарение воды,
далее пар можно сконденсировать (3 балла).)

Л и т е р а т у р а

Капецкая Г.А. Интеллектуальная игра. Химия в школе, 2006, № 2; Золотые россыпи. Русские народные пословицы и поговорки. Сост. А.Жигулев. Красноярск: Офсет, 1993; Сербина Е.М. Книга о минеральной воде. Вече, 1998; Ивчатов А.Л., Малов В.И. Химия воды и микробиология. М.: ИНФРА-М, 2006; Спенглер О.А. Слово о воде. Л.: Гидрометеоиздат, 1980.

Экскурсия на очистные сооружения
по биологической очистке сточных вод

Цели. Познакомить учащихся с реальным оборудованием по механической и биологической очистке бытовых сточных вод. Расширить представление о профессиях и специальностях, требующихся для проведения водоочистки.

Воспитывать экономное отношение в использовании воды.

При наличии в городе очистных сооружений целесообразно познакомить учащихся с их работой во время учебной экскурсии.

Комплекс по биологической очистке бытовых сточных вод состоит из системы последовательно расположенных сооружений (таблица).

Таблица

Последовательность и количество сооружений в комплексе по биологической очистке бытовых сточных вод в городе с населением примерно 50 тыс. человек

П р и м е ч а н и е. Сооружения, отмеченные в таблице под номерами с 5-го по 9-й, служат для переработки примесей, полученных при первичной очистке воды и из вторичных радиальных отстойников (ил и другие дисперсные частицы).

Механическая очистка

Технолог, ответственный за проведение экскурсии, поясняет, что на первом этапе следует провести очистку от механических примесей. Сначала сточные воды поступают в приемный резервуар насосной станции, далее по напорному коллектору – в приемную камеру. Они проходят через решетки и водоизмерительный лоток и поступают в песколовки, где происходит очистка от минеральных загрязнений (песка).

Песколовки – это бассейны диаметром 9 м с круговым движением воды, за счет чего песок и взвешенные частицы падают вниз. Каждая песколовка оборудована гидроэлеватором для удаления песка в специальные бункеры. Время протекания воды через песколовку должно быть не менее 30 секунд. Реально вода задерживается в песколовке до тех пор, пока содержание песка в ней станет не более 5 %, а размеры его частиц – меньше 0,25 мм. Далее вода поступает в распределительную камеру и перегоняется в первичные отстойники.

Первичные радиальные отстойники предназначены для отделения грубодисперсных примесей и органических загрязнений, которые оседают на дно или всплывают на поверхность воды. Отстойники имеют внушительный рабочий объем, более 800 м³, вода в них задерживается на три часа.

Биологическая очистка

Биологическая очистка основана на способности аэробных микроорганизмов (активного ила) использовать разнообразные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве источника питания.

Для учеников, проявляющих особый интерес к биологии, дополнительно предоставляется информация с перечнем микроорганизмов, которые в составе активного ила обезвреживают воду от массы вредных веществ.

1. Мелкие жгутиковые – их достаточно много в активном иле.

2. Раковинные амебы – в хорошо работающем нормальном активном иле встречаются в заметных количествах.

3. Инфузории – их отсутствие или слабое развитие в летнем иле связывается с азотными загрязнениями.

4. Вид инфузорий Vorticella microstoma – хорошо развивается в иле с недостаточным содержанием кислорода.

5. Нематоды – встречается в небольших количествах в иле, обедненном кислородом.

6. Коловратки – достаточно активные организмы, присутствуют и в природных водоемах.

Биологической очистке подвергаются отстоянные сточные воды, т.е. прошедшие механическую очистку. В состав сооружений биологической очистки входят аэротенки (железобетонные резервуары с разделительными перегородками), где вода перемешивается сжатым воздухом с активным илом. В процессе движения иловой смеси по коридорам аэротенка происходит сорбция загрязнений поверхностью активного ила и окисление органических веществ.

Далее иловая смесь поступает во вторичные отстойники, где вода отделяется от активного ила, который не выбрасывается, а используется в качестве органо-минерального удобрения. Ученые подробно изучили деятельность микроорганизмов и пришли к выводу, что это уникальная химическая фабрика, которую нельзя создать искусственно. Мельчайшие организмы «поедают» даже остатки нефтепродуктов – от них остается углекислый газ и вода. Если им попадаются азотосодержащие вещества, они их окисляют до нитритов, а затем до нитратов. Попутно в микроорганизмах накапливаются ценные витамины и другие полезные соединения. Их аппетит так разыгрывается, что они начинают активно размножаться, приходится постепенно удалять избыточный ил. Работники станции следят, чтобы микроорганизмы не погибли. Этого не случится, если в любой точке аэротенка будет кислорода не менее 2 мг/л.

Вторичные отстойники имеют внушительный объем – более 800 м³, на дне оседают ценные микроорганизмы – активный ил. Данный процесс требует не менее 2–3 ч, важна даже скорость протекания воды – не более 5 мм/сек. Это своеобразный курорт для микроорганизмов, который они заслужили за успехи в уничтожении вредных примесей. Далее вода поступает на дезинфекцию хлором.

На каждом этапе очистки в лаборатории очистных сооружений осуществляется анализ проб воды. Очень важен анализ воды на входе, чтобы не погибли микроорганизмы активного ила. К сожалению, техногенные катастрофы случаются и на очистных сооружениях. Так, при аварии на одном из заводов произошел выброс серной кислоты в аэротенк и все микроорганизмы были уничтожены. Химический завод простаивал, пока активный ил не доставили из соседнего региона.

На заключительном этапе химики-аналитики исследуют очищенную воду на остаточный хлор, определяют рН, различные ионы (аммония, нитриты, нитраты, фосфаты др.). Такой длительный путь проходит вода, прежде чем попасть в природный водоем.

В заключении экскурсии ученики составляют краткую технологическую схему по очистке воды в своем регионе. Важно перечислить профессии работников предприятия по водоочистке.

По пути с экскурсии можно провести небольшой конкурс знатоков загадок и поговорок о воде, ее агрегатных состояниях и др.

Загадки о воде

• Что видно, когда ничего не видно?

О т в е т. Туман.

• Без крыльев летят, без паруса плывут.

О т в е т. Облака.

• Темным облаком летела,
Опустилась птицей белой,
Превратилась в человечка,
Постояла у крылечка,
Покатилась кувырком
И запела ручейком.

О т в е т. Зима.

• Приходил – стучал по крыше, уходил – никто не слышал.

О т в е т. Дождь.

• Я и тучка, и туман,
Я ручей и океан,
И летаю, и бегу,
И стеклянной быть могу.
Кто я?

О т в е т. Вода.

• Он слетает белой стаей
И сверкает на лету,
Он звездой прохладной тает
На ладони и во рту.

О т в е т. Снег.

• Что за звездочки резные
На пальто и на платке?
Все сквозные, вырезные,
А возьмешь – вода в руке.

О т в е т. Снежинки.

• Утром бусы засверкали,
Всю траву собой заткали.
А пошли искать их днем,
Ищем, ищем – не найдем.

О т в е т. Роса.

• Крашеное коромысло над рекой повисло.

О т в е т. Радуга.

• Что за нелепый человек,
Пробрался в двадцать первый век:
Морковный нос, в руке метла,
Боится солнца и тепла.

О т в е т. Снеговик.

 

Печатается с продолжением