Разработка уроков с применением технологии "Развитие критического мышления через чтение и письмо"

Тема урока: Химия и важнейшие экологические проблемы современного мира

ХОД УРОКА

Цели урока:

• рассмотреть явления загрязнения гидро и атмосферы с различных, часто противоположных позиций;
• показать учащимся окружающий мир таким, каков он есть, со всеми его противоречиями;
• обсудить проблемы охраны окружающей среды и возможные последствия ее загрязнения для природы и человека.

I. Стадия вызова.

Учащимся предлагается перечислить основные экономические проблемы современного мира (без их обсуждения).

Все предложения учителем фиксируются на доске.

II. Стадия работы с текстом №1.

Текст №1 можно расшифровать как суждение дилетанта, обывателя, человека не только далекого от химии, но и порой не знающего ее.

Ученики по ходу чтения делают записи в форме двойного дневника.

Интересные выписки из текста	Мои комментарии

III. Стадия рефлексии к тексту №1.

На стадии рефлексии учащиеся в парах обсуждали результаты записей в таблице, каждый от пары выступил, класс и учитель обобщали и делали выводы.

IV. Стадия вызова к тексту №2.

На этой стадии предлагалось ученикам ответить на вопросы:

1. А что же делать?
2. Ваши предложения выхода из экологического кризиса?

V. Стадия работы с текстом №2 и заполнение двойного дневника.

VI. Стадия рефлексии к тексту №2 и в целом к уроку.

Учащиеся отвечали на вопросы:

1. Различны ли тексты?
2. В чем причины различных взглядов на экологический кризис?
3. Можем ли мы решить и каким образом экологические проблемы современности?

Домашнее задание.

Учащимся предлагается написать эссе на экологическую тему: “Как сохранить свое здоровье в условиях экологического кризиса?”

Текст №1

Каждодневно приходится наблюдать какие глубокие “следы” оставляет прогрессивно развивающееся человечество на теле матушки Земли. От бездумного немотивированного выкачивания нефти и газа там, где это возможно, с тем, чтобы пустить продукты переработки сырья на нужды населения до внесения в почву всякой гадости (пестициды, минеральные удобрения – фосфорные, калийные и др.) с целью повышения ее плодородия. Развитие химической науки уже привело опыты в области мелиорации земель к критической точке – в России на полях уже ничего не растет независимо от того, вносится что-нибудь в почву или нет.

Выбросы продуктов промышленного и народнохозяйственного производства настолько бесконтрольны, что о необходимости строительства очистных сооружений вспоминают через десяток лет после закрытия производства, которое перестало приносить прибыль. Производство целлюлозно-бумажной промышленности, требующее чистейшей воды, едва ли очень полезно для природы, получающей обратно уже не воду, а сложное соединение из таблицы Менделеева. Не секрет, что промышленные да и автомобильные отбросы уже привели к нарушению озонового слоя и возникновению так называемого “парникового” эффекта.

Таким образом, наступление участников сугубо мирного, как всем кажется, нужного производства заканчивается уже далеко не безобидным для человека наступлением солнечной радиации. После этого тем, кто имеет возможность, пора прятаться самим. А тем, кому это удалось, можно развивать внедрение в практику новых научных достижений путем открытия все новых химических производств, при которых выбросы фенола, аммиака или хлора покажется невинной детской забавой.

Человечество само загоняет себя в экологический тупик, из которого все сложнее выбираться. Многочисленные крупные экологические катастрофы нас мало чему учат. Привыкая к комфорту и внешнему благополучию мы не хотим даже думать, как много “хорошего” мы уже оставили нашим потомкам, и что они будут думать о нас.

Текст №2

“Кому угрожает опасность? Вам.
Разве вы не видите, что перед вами
весы, на одной чаше которых ваше могущество,
на другой – ваша ответственность?”

Виктор Гюго
“Человек, который смеется”.

Основная угроза окружающей среде – интенсивно развивающееся производство. Воздействие различных химических веществ, выделяющихся в результате деятельности человека, нередко оказывается на грани восстановительных возможностей природы – огромных, но не безграничных.

Главная задача заключается в правильном предвидении результатов хозяйственной деятельности человека, приводящей к преобразованию природной среды.

Кто же в ответе за природу? Порой несправедливо главной виновницей называют химическую отрасль промышленности. Не в целях ее оправдания и не отрицая возможных бед, причиняемых ею, а ради торжества истины и выявления всех потенциальных “виновников преступления” попытаемся опровергнуть такое мнение. Это необходимо и в связи с тем, что первым и одним из самых важных шагов на пути охраны природы является правильное установление источников и механизмов образования химических загрязнений.

Любое производство оказывает техногенное воздействие на окружающую среду. Однако нельзя забывать, что по характеру взаимодействия с окружающей средой, по силе давления на нее, возможным последствиям, условиям и интенсивности взаимосвязей с различными объектами окружающей среды отдельные отрасли промышленности оказывают далеко не равноценное влияние на природу и происходящие в ней процессы. Наибольшее воздействие оказывают предприятия черной и цветной металлургии, теплоэнергетика, целлюлозно-бумажная, горнодобывающая, химическая, нефтехимическая, нефтеперерабатывающая отрасли промышленности, автотранспорт. В охране окружающей среды важная роль принадлежит химии и химической технологии.

Источником загрязнения атмосферы являются предприятия черной и цветной металлургии, тепловые электростанции, автомобильный транспорт и др. В атмосферу выбрасывают различные газы и пыль. Из космоса видны дымовые шлейфы и скопления дыма над крупными промышленными районами.

С 1900 г. использование топлива увеличилось в 10 раз. Ежегодно в атмосферу поступает более 200 млн т оксидов углерода, серы, азота.

Выброс больших количеств CO₂ нарушает круговорот углерода в природе – переход органических соединений в неорганические, и наоборот. За счет фотосинтеза

nCO₂ + mH₂O = C_nH_2mO_m + nO₂

ежегодно образуется 80 млрд т органических веществ, выделяется 1 · 10¹¹ т кислорода и аккумулируется в растениях 1,7 · 10²¹ кДж солнечной энергии. В атмосферу CO₂ возвращается за счет процессов дыхания животных, человека и растений, а также разложения их останков.

Все увеличивающееся содержание CO₂ вызывает так называемый парниковый эффект. CO₂ свободно пропускает на Землю излучение Солнца, но сильно задерживает тепловое излучение Земли. Слой CO₂ играет такую же роль, как стекло в парниках. За последние 100 лет средняя температура на поверхности Земли выросла на 0,5-0,6 градуса. Дальнейшее накопление CO₂ в атмосфере может привести к изменению климата на Земле. Многие ученые полагают, что это вызовет таяние льдов и катастрофическое повышение уровня Мирового океана.

Наибольшие количества SO₂ выбрасывают тепловые электростанции и предприятия цветной металлургии, на которых осуществляется окислительный обжиг сульфидных руд. При растворении в капельках влаги тумана, дождя, облаков оксиды металлов (в основном SO₂) образуют кислотные дожди. Это приводит к понижению pH осадков, вызывает рост кислотности водоемов, гибель их обитателей. Кислотные дожди способствуют также коррозии металлов, разрушению лакокрасочных покрытий. Под губительным действием оксидов серы и азота разрушаются памятники архитектуры и многие строительные материалы.

Сейчас в мире имеется более 500 млн. автомобилей. На них приходится 60% всех вредных выбросов в атмосферу; в выхлопных газах содержится не менее 200 пагубных для здоровья компонентов (это оксид углерода (II), оксиды азота, оксид серы (IV), углеводороды, соединения свинца и др.).

СО взаимодействует с гемоглобином крови в 200 раз активнее кислорода и снижает способность крови быть переносчиком O₂.

Выхлопные газы могут быть причиной образования смога над городами.

В продуктах сгорания топлива содержится ртуть – один из опаснейших загрязнителей пищевых продуктов. Она накапливается в организме и вредно действует на нервную систему.

Также источником загрязнения атмосферы являются радиоактивные элементы, попадающие в атмосферу при ядерных взрывах, авариях на атомных станциях.

Наиболее яркий пример негативного воздействия человека на климат Земли – возникновение озоновых дыр над Антарктидой и Арктикой.

Вода – бесценное богатство, без нее невозможна жизнь на планете. Физиологическая потребность в воде одного человека за 70 лет составляет 50 т. В связи с развитием промышленности, ростом городов расход воды все увеличивается. Одновременно усиливается загрязнение воды промышленными и бытовыми отходами. Это приводит к нарушению естественных процессов самоочищения водоемов, наносит ущерб их обитателям. В современном городе на бытовые нужды ежесуточно требуется 300-500 л воды на одного человека. Количество ежесуточно расходуемой человечеством пресной воды в настоящее время равняется годовой добыче всех полезных ископаемых.

Важным показателем качества воды является количество растворенного в ней кислорода. Кислород необходим для жизни обитателей водоемов.

Большой вред природным водам наносят растворенные в сточных водах минеральные удобрения, смываемые с поверхности почвы. Источником загрязнения воды также являются:

1. продукты гниения древесины при молевом сплаве леса;
2. горюче-смазочные вещества морского и речного флота;
3. нефть, покрывающая 1/4 часть поверхности Мирового океана, вследствие потери ее при подводной добыче, перевозках, авариях нефтеналивных судов;
4. отходы животноводства.

Да, человек признает свои ошибки. Во многих странах проводятся работы по искусственному лесоразведению. Для сохранения некоторых видов животных и растений организованы заповедники, заказники, национальные парки. Очистка от SO₂ основана, в частности, на окислении S (IV) в S (VI) с последующей утилизацией образующихся соединений. При этом достигается очень высокая степень очистки. Ведутся исследования по применению микробиологических методов для очистки жидкого и твердого топлива от соединений серы.

Одним из способов кардинального решения проблемы защиты окружающей среды является использование водорода в качестве топлива, а также применение электрохимических топливных элементов. Быстрыми темпами совершенствуется атомная энергетика. Бытовые сточные воды обеззараживают хлором или озоном, а затем подвергают биологической очистке. При биохимическом окислении органических веществ образуется биомасса, которую используют для получения белково-витаминного концентрата для подкормки животных.

Очистка промышленных сточных вод весьма сложна. Удаление соединений металлов может быть осуществлено осаждением их в виде нерастворимых веществ, экстракцией органическими растворителями и др.

Наиболее надежный способ защиты водоемов основан на создании экономических рациональных замкнутых систем, обеспечивающих многократное использование воды в производстве. Необходимо внедрять в производство безотходные технологии, комплексное использование сырья.

Д.И. Менделеев считал, что “в химии нет отходов, а есть неиспользованное сырье”. Любые отходы могут быть использованы как сырье для получения других химических продуктов. Но пока отходы имеются в любом производстве. Сущность безотходной технологии передает схема.

Тема урока: Электролиз

ХОД УРОКА

1. Объясните, что группа будет сейчас заниматься совместной обучающей деятельностью, которая называется Зигзаг II (Славин, 1990). Тема, выбранная для демонстрационного урока – “Электролиз”. Все ученики обязаны, в конечном итоге, усвоить весь текст, но каждый отдельный человек должен стать экспертом по одной лишь части текста и должен суметь растолковать её остальным.
2. Разделите всех учащихся на команды из четырёх-пяти человек.
3. Прочитайте текст.

Распределите экземпляры текста “Электролиз” среди всех учеников. Кроме того, раздайте членам каждой команды по разному экспертному листу (Если в команде больше четырёх человек, раздайте экспертные листы так, чтобы один и тот же лист оказался не более, чем у двух членов команды). На экспертном листе имеются вопросы, которыми следует руководствоваться при чтении текста. Экспертные листы отличаются друг от друга, поскольку позже каждый участник должен будет помочь другим членам своей команды разобраться в тех аспектах текста, на которые ориентирован его экспертный лист. Дайте учащимся двадцать минут для прочтения текста “Электролиз”. Все они должны прочитать весь текст, но особое внимание обратить на материал, который соответствует вопросам его экспертного листа. Если отдельные ученики закончат работу раньше других, пускай займутся конспектированием тех отрывков текста, которые отвечают на вопросы их экспертных листов.

4. Изучите текст в “экспертных группах”.

Отведите четыре стола или расставьте стулья так, чтобы эксперты с одинаковыми экспертными листами могли объединиться. Если в какой-то экспертной группе окажется больше шести человек, поделите её пополам. Назначьте в каждой экспертной группе ведущего дискуссию. Потратьте несколько минут на объяснение правил участия в дискуссии.

А) Участвуют все. Никто не доминирует.
Б) Группа вначале приходит к единой трактовке самого вопроса или задания, а потом уже ищет ответ.
В) Если человеку неясно что-то из сказанного другими, пусть переформулирует это своими словами.
Г) Все придерживаются данного им задания.

Экспертным группам даётся двадцать минут, чтобы обсудить и ответить на заданные вопросы. Соответствующие места текста они уже, наверняка, нашли. Теперь они должны записать, какие ответы предлагают другие члены экспертной группы.

Учитель должен ходить от одной экспертной группы к другой, помогать им и следить, чтобы они строго придерживались проблематики, заданной их экспертным листом.

5. “Эксперты” растолковывают свою часть текста “родной” команде.

Когда этап изучения текста окончен, участникам снова следует рассесться по “родным” кооперативным командам. Теперь каждому эксперту даётся пять минут, чтобы доложить, что они узнали, работая в экспертной группе. Однако, это не просто доклад. Эксперт должен ответить на все возникшие у его команды вопросы и убедиться, что все в полной мере разобрались в его части текста.

Текст: Электролиз

Совокупность окислительно-восстановительных реакций, которые протекают на электродах в растворах или расплавах электролитов при пропускании через них электрического тока, называют электролизом.

На катоде источника тока происходит процесс передачи электронов катионам из раствора или расплава, поэтому катод является “восстановителем”. На аноде происходит отдача электронов анионами, поэтому анод является “окислителем”.

При электролизе, как на аноде, так и на катоде могут происходить конкурирующие процессы.

При выборе наиболее вероятного процесса на аноде и катоде следует исходить из положения, что будет протекать та реакция, для которой требуется наименьшая затрата энергии. Кроме того, для выбора наиболее вероятного процесса на аноде и катоде при электролизе солей с инертным электродом используют следующие правила.

1. На аноде могут образовываться следующие продукты:
а) при электролизе растворов, содержащих в своем составе анионы F⁺, SO₄^2-, NO₃^-, PO₄^3-, а также растворов щелочей выделяется кислород;
б) при окислении анионов Cl ^-, Br ^-, I ^-, выделяются соответственно хлор, бром, йод;
в) при окислении анионов органических кислот происходит процесс:

2. При электролизе растворов солей, содержащих ионы, расположенные в ряду напряжений левее Al³⁺, на катоде выделяется водород; если ион расположен в ряду напряжений правее водорода, то на катоде выделяется металл.

3. При электролизе растворов солей, содержащих ионы, расположенные в ряду напряжений между Al³⁺ и H⁺ , На катоде могут протекать конкурирующие процессы как восстановления катионов, так и выделения водорода.

Рассмотрим в качестве примера электролиз водного раствора хлорида меди на инертных электродах. В растворе хлорида меди на инертных электродах. В растворе находятся ионы Cu²⁺ и 2Cl^-, которые под действием электрического тока направляются к соответствующим электродам:

На катоде выделяется металлическая медь, на аноде – газообразный хлор.

Если в рассмотренном примере электролиза раствора CuCl₂ в качестве анода взять медную пластинку, то на катоде выделяется медь, а на аноде, где происходят процессы окисления, вместо разрядки ионов Cl^- и выделения хлора протекает окисление анода (меди). В этом случае происходит растворение самого анода, и в виде ионов Cu²⁺ он переходит в раствор. Электролиз CuCl₂ с растворимым анодом можно записать так:

Таким образом, электролиз растворов солей с растворимым анодом сводится к окислению материала анода (его растворению) и сопровождается переносом металла с анода на катод. Это свойство широко используется при рафинировании (очистке) металлов от загрязнений.

Для получения высокоактивных металлов (натрия, алюминия, магния, кальция и др.), легко вступающих во взаимодействие с водой, применяют электролиз расплава солей или оксидов:

Если пропускать электрический ток через водный раствор соли активного металла и кислородосодержащей кислоты, то ни катионы металла, ни ионы кислотного остатка не разряжаются. На катоде выделяется водород, а на аноде – кислород, и электролиз сводится к электролитическому разложению воды.

Отметим, наконец, что электролиз растворов электролитов проводить энергетически выгоднее, чем расплавов, так как электролиты – соли и щелочи – плавятся при очень высоких температурах.