Цели:
- сформировать знания о показателе pH и его значение в жизни человека;
- продолжить развитие навыков использования элементов исследовательской работы;
- показать важность знаний химии для заботы о своем здоровье;
- обратить внимание, что понятие “Водородный показатель” упоминается в СМИ.
Оборудование:
- универсальный бумажный индикатор,
- образцы продуктов питания и косметической продукции,
- наиболее часто употребляемые в быту,
- химическая лабораторная посуда,
- дистиллированная вода,
- презентация “Полезные советы о pH”.
Межпредметные связи:
- биология (строение организма человека и его функции),
- экология (экологическая грамотность по отношению к здоровью человека).
Тип урока: урок изучения нового материала.
Ход урока
1. Оргмомент: мотивация изучения темы, анонс плана работы и домашнего задания.
2. Актуализация опорных знаний:
- фронтальная беседа по вопросам:
1) Что такое электролитическая диссоциация?
2) Какие вещества называют “электролитами”, “неэлектролитами”? Примеры.
3) Какие ионы называют гидратированными? Примеры.
4) Какие типы химической связи присутствуют в электролитах? Примеры.
5) Что такое “степень электролитической диссоциации”?
6) Какие электролиты называют сильными, а какие слабыми? Примеры.
7) Что называют “Константой диссоциации”?
8) Каким сильным или слабым электролитом является вода?
- работа с терминами:
1) Диссоциация воды: Н2О 
Н+ + ОН-
при 22 
С Кдис. =
1,8 * 10-16 , так на ионы и
диссоциирует лишь незначительная часть молекул
воды, то ее концентрацию [Н2О] можно считать
постоянной.
2) Ионное произведение воды – произведение концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов. КН2О = 10-14 , так как Кдис. Н2О = [Н+]?[ОН-]. Молярные концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов , образующихся при диссоциации воды, совпадают, то
[Н+]=[ОН-]= 10-7.
3) Нейтральная среда.
4) Кислотная среда.
5) Щелочная среда.
3. Изучение нового материала
- введение в тему учителем
материал для объяснения:
В школьной программе появилось понятие pH (водородный показатель кислотности среды. И это правильно, ведь про загадочный “пэ аш” то и дело вещает телевизор - то в рекламе зубной пасты, то в сообщениях о самой лучшей косметике, то в экологических новостях (“кислотные дожди”). Важнейшее понятие химии, количественно описывающее кислотность или щелочность растворов...
В 1 л чистой воды при комнатной температуре содержится 1 .10-7 моль катионов водорода и 1 .10-7 моль гидроксид-ионов.
Поскольку оперировать числами такого порядка неудобно, для количественной характеристики кислотности среды используют так называемый водородный показатель рН ("пэ аш", от латинского "pundus hydrogenium" - "вес водорода"). Каждое значение рН отвечает определенному содержанию катионов водорода в 1л раствора.
В чистой воде и в нейтральных растворах, где в 1 л содержится 1 .10-7 моль катионов водорода, значение рН равно 7.
Конечно, школьники должны знать, что это такое. Водородным показателем рН называется отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода:
рН = - lg[H+].
В растворах кислот содержание катионов водорода увеличивается, а содержание гидроксид-ионов уменьшается, в растворах щелочей наблюдается обратная картина. В соответствии с этим меняется и значение водородного показателя (рН).
Кислоты, попадая в воду, диссоциируют, и содержание катионов водорода в расчете на 1 л раствора становится больше 1 .10-7 моль.
Сильные кислоты в водной среде диссоциируют необратимо. Например, хлороводородная кислота полностью превращается в катионы водорода H+ и хлоридные анионы Cl-:
HCl = H+ + Cl-
Если в 1 л водного раствора содержится 1 .10-2 моль HCl, то катионов водорода H+ в этом объеме тоже 1 .10-2 моль. Значение водородного показателя (рН) для этого раствора оказывается равным 2. Когда в том же объеме раствора содержится 1 .10-3 моль HCl, то катионов H+ становится уже 1 .10-3 моль (рН = 3), если хлороводородной кислоты 1 .10-4 моль, то содержание H+ - 1 .10-4 моль (рН = 4), и т.д.
Диссоциация слабых кислот, например угольной, протекает обратимо:
H2CO3 
H+ + HCO3-
Далеко не все присутствующие в растворе молекулы H2CO3 превращаются в катионы H+ и анионы HCO3-. Тем не менее катионов H+ в растворах таких кислот больше, чем в чистой воде (например, 1 .10-5 или 1 .10-6 моль в каждом литре раствора).
Таким образом, в растворах кислот катионов водорода в 1 л раствора содержится всегда больше, чем 1 .10-7, а рН оказывается меньше 7. Водородный показатель рН, меньший 7, отвечает кислотной среде раствора.
Если рН находится в интервале 5-7, то среда раствора считается слабокислотной, если рН меньше 5, то сильнокислотной: чем сильнее кислота, тем ниже значение рН.
В результате диссоциации оснований в водном растворе появляются гидроксид-ионы, которые связывают катионы водорода, присутствующие в чистой воде, и уменьшают их количество в щелочном растворе:
NaOH = Na+ + OH-
H+ + OH- = H2O
Растворение в 1 л воды 1 .10-2 моль сильного основания - гидроксида натрия NaOH - приводит к появлению 1 .10-2 моль гидроксид-ионов. Содержание катионов водорода в полученном растворе оказывается равным 1 .10-12 моль, а рН принимает значение 12.
Если в 1 л воды растворить 1 .10-3 моль NaOH, то гидроксид-ионов получится 1 .10-3 моль
(1 .10-11 моль катионов H+, рН = 11). Растворение в том же объеме 1 .10-4 моль NaOH даст
1 .10-4 моль OH- (1 .10-10 моль катионов H+, рН = 10), и т.д.
Таким образом, в растворах оснований содержание катионов водорода всегда меньше 1 .10-7 моль в 1 л, а водородный показатель (рН) - больше 7. Среда в таких растворах щелочная.
Для растворов сильных оснований, диссоциация которых идет необратимо, значение рН будет существенно выше 7. Диссоциация слабых оснований, например, гидрата аммиака, протекает лишь частично, гидроксид-ионов в этом случае образуется меньше, и рН не столь заметно превышает значение, характерное для нейтральной среды. Раствор считается слабощелочным при рН от 7 до 9 и сильнощелочным при рН выше 9.
Значения водородного показателя (рН) водных растворов распространенных веществ обычно находятся в интервале от 1 до 13. Приближенно оценить рН растворов можно с помощью кислотно-основных индикаторов.
- знакомство с основными элементами исследовательской работы в области химии в школе:
Процесс проведения научно-исследовательской деятельности включает в себя несколько этапов:
- организационно-подготовительный этап;
- теоретическая подготовка;
- практическая подготовка;
- выбор и утверждение темы предполагаемого исследования;
- постановка цели, т.е. конкретизация гипотезы в определенной задаче;
- планирование хода эксперимента;
- проведение эксперимента, сбор данных;
- анализ полученных результатов;
- выводы, сделанные на основе результатов исследования;
- подготовка материалов и работа над основной частью исследования. Оформление научной работы – написание реферата;
- подготовка к защите научной работы;
- защита творческих проектов.
- представление образца исследовательской работы по теме “Значение рН для организма человека. Экспресс-метод определения рН” учащегося 11 а класса Сорокина Юрия (1 место в секции “Химия” на XXII Всероссийской открытой конференции обучающихся “Национальное Достояние России”. Сборник тезисов докладов участников Всероссийской открытой конференции обучающихся “Национальное Достояние России”. – Минобрнауки РФ, Рособразование, РОСМКОСМОС, РАН, РАО, НС “Интеграция”, Издательство Н.Ф. Бочкаревой, 2007. страница 464-465.)
Тезисы работы:
Тезисы к публикации. Направление: Химия, здоровый образ жизни.
Нами разработано универсальное пособие для повторения и расширения знаний учащихся в курсе химии и биологии по теме: “рН и его значение в жизни человека”. В работе указаны способы поддержания правильного рН баланса в организме человека, способы его стационарного определения и влияние различных продуктов на рН баланс.
Соотношение кислоты и щелочи в каком-либо растворе называется кислотно-щелочным равновесием (КЩР), хотя физиологи считают, что более правильно называть это соотношение кислотно-щелочным состоянием.
КЩР характеризуется специальным показателем рН (power Hidrogen – “сила водорода”), который показывает число водородных атомов в данном растворе. При рН равном 7,0 говорят о нейтральной среде. Чем ниже уровень рН - тем среда более кислая (от 6,9 до 0). Щелочная среда имеет высокий уровень рН (от 7,1 до 14,0).
Организм постоянно стремится уравновесить это соотношение, поддерживая строго определенный уровень рН. При нарушенном балансе могут возникнуть множество серьезных заболеваний.
Организм способен правильно усваивать и накапливать минералы и питательные вещества только при надлежащем уровне кислотно-щелочного равновесия.
Наш организм использует соляную кислоту для расщепления пищи. Поэтому защитные системы организма, обеспечивающие неизменность его КЩР, “настроены” прежде всего на нейтрализацию и выведение прежде всего кислых продуктов распада.
Основными механизмами поддержания этого равновесия являются: буферные системы крови.
Цель исследования, представленного на данный конкурс: собрать материал, раскрывающий сущность данной проблемы, предложить одну из методик определения рН образцов косметической продукции и продуктов питания для проведения практической части занятий на уроках химии.
Объекты исследования: образцы некоторых продуктов питания и косметической продукции по состоянию рН и его влияние на организм человека
Предмет исследования: водородный показатель (рН) в различных средах
Задачи исследования:
1. изучить и представить понятие “водородный показатель”, который имеет большое значение в химических и биологических процессах, так как в зависимости от типа среды эти процессы могут протекать с разными скоростями и в разных направлениях или не протекать вообще.
2. исследовать различные методы измерения рН.
В данной исследовательской работе предлагается методика “Определение рН образцов косметической продукции и продуктов питания на уроках химии экспресс-методом”.
Методы исследования:
- теоретический анализ литературы и методических рекомендаций по проблемам исследования.
- проведение исследовательской работы с применением универсального бумажного индикатора.
- обработка полученных данных.
Практическая значимость прикладной исследовательской работы состоит в том, что организовано на практике экспериментальное исследование, которое может быть предложено в качестве учебного пособия на уроках химии, биологии.
Выводы.
Было установлено, что показатель рН имеет исключительное значение в химических и биологических процессах, происходящих в организме человека.
По изменению водородного показателя можно судить о состоянии организма в целом в данный момент (то есть он является универсальным индикатором).
Человеку следует следить за тем, какие продукты он употребляет. Злоупотребление продуктами с кислым показателем рН 1.9–6.9 или повышающих кислотность (мясо, рыба, хлеб и макароны, твердые сыры, сладкое, кофе и т.д.) может привести к ломкости костей, язве желудка, хроническим заболеваниям кишечника. Из-за этого у человека нарушается кислотно-щелочное равновесие, развивается либо избыточная, либо повышенная кислотность.
Для восстановления кислотно-щелочного равновесия необходимо употреблять большое количество зелени, овощей и фруктов, выпивать каждый день по стакану натурального(!) фруктового, а лучше овощного сока (они являются природными буферами). Повышенная щелочность у людей встречается крайне редко.
Следует следить так же и за употребляемыми косметическими средствами. Хорошо разрекламированные, но зачастую имеющие резко кислый или щелочной показатель средства могут привести к серьезным заболеваниям кожи (иногда даже к раку).
Исключительную роль в регулировании кислотно-щелочного баланса играет кровь. Именно она защищает наш организм от воздействия косметики, однако и ее возможности ограничены.
Водородный показатель можно измерить различными способами. В работе приводятся универсальные методы измерения рН с помощью универсальной индикаторной бумаги. Результаты наших исследований можно применять на практике для изучения и углубления своих знаний по химии, анализа косметики и продуктов в быту.
- работа с буклетом- презентацией “Полезные советы о pH”
<Рисунок 2>,
<Рисунок 3>.
Закрепление изученного материала по вопросам:
1) Дайте определение “Водородный показатель рН”?
2) Какое значение он принимает в различных средах?
3) Какое значение имеет показатель рН в различных научных областях?
4) Какими способами можно измерить рН среды?
5) Какие способы измерения рН применялись в исследовательской работе учащегося и на каких образцах?
6) Какие “полезные советы” вы вынесли из сегодняшнего занятия?
7) Будут ли рекомендации, приведенные в работе актуальны и полезны для повседневной жизни?
5. Задание на дом:
§ 15 до стр.154, упр.№5,6,7; провести домашнюю лабораторную работу и составить отчет по теме: “Измерение рН-среды экспресс-методом двух образцов косметической продукции и двух образцов пищевых продуктов”.
6. Список рекомендуемой литературы:
- Глинка Н.Л. Курс общей химии. – М., 2005.
- Габриелян О.С. Химия 11 класс. М.: Дрофа, 2006.
- “Древо познания”, раздел – Организм человека, научно-познавательная коллекция “Маршалл Кавендиш”, 2005
- Золотов Ю.А. Основы аналитической химии. – М., Высшая школа, 2000.
- Кузьменко Н., Еремин В., Попков В. Химия. – М.: изд-во “Дрофа”, 2004.
- Луценко Н.Г. “Начала биохимии”. – М.: МАИК “Наука/Интерпериодика”, 2002.
- Некрасов Б.В. “Учебник общей химии” М.: Химия, 1981.
- Пинегин Б.В., Мальцев В.Н., Коршунов В.М.. Дисбактериоз кишечника. М. 1984.
- Хомченко И.Г. Общая химия. М.: ООО “Издательство Новая Волна”, “ОНИКС”, 1999.
- Цыб А.Ф. , Розиев Р.А., Бевз Н.И., Черняев С.И. Продукты с нетрадиционными биологическими активными добавками. Журнал “Молочная промышленность”. №11, 1999.
- Шукайло А.Д. Тематические занятия по химии. М.: ТЦ Сфера, 2003.