Цель: показать проявление общих закономерностей природы с точки зрения химии, физики на примере воды.
Задачи:
- рассмотреть это вещество и его строение с точки зрения физики, химии;
- раскрыть сущность воды, ее значимость физических, химических свойств;
- показать значение воды в жизни живого;
- рассмотреть вопрос необходимости охраны воды;
- продолжить воспитание бережного и экономного отношения к водным ресурсам;
- продолжить развивать интерес учащихся к науке, активизировать их познавательную деятельность, формировать у них чувство прекрасного;
- продолжить формировать умение выделять главное, находить ответы на поставленные вопросы.
План конференции:
- Организационный момент.
- Физические свойства воды и ее аномалии.
- Химические свойства воды и их объяснение с точки зрения химии.
- Биологическое значение воды
- Водоотведение и водоочищение г. Череповца.
- Анализ и очистка воды в бытовых условиях.
- Викторина.
- Подведение итогов конференции (рефлексия).
ХОД КОНФЕРЕНЦИИ
Сегодня мы с вами проводим урок в виде конференции. И мне бы хотелось начать со слов Леонардо да Винчи “Воде была дана волшебная власть стать соком жизни на Земле”. (Приложение)
Формулируются цель и задачи на урок вместе с учащимися. (Приложение)
А, теперь на шкале поставьте точку в том месте, насколько вы оцениваете свои знания о воде.
Начнём наш урок.
1 ученик. Ни на одной планете нет такого количества воды, как на Земле. Вода повсюду. Она и вокруг нас: в океанах и морях, реках и озерах, в дожде и снеге, в льдинах и водопроводных трубах, в питье и в пище. Она и в нас самих: мы на 2/3 сделаны из воды. Вода занимает 3/4 поверхности Земли. Около 1/5 суши покрыто твердой водой (льдом и снегом), добрая половина ее всегда закрыта облаками, которые состоят из водяных паров и мельчайших капелек воды, а там, где никаких облаков нет, в воздухе всегда есть водяные пары. Вся земная жизнь рождена водой и не может существовать без нее. (Приложение)
Учитель: Вероятно, мало кто из вас задумывался над удивительными свойствами воды, и это, пожалуй, понятно – ведь вода повсюду окружает нас, она очень обычна на нашей планете. Ну, а обычное никогда не кажется удивительным. Однако сама обыденность необычна. Ведь никакое другое вещество не встречается на Земле в таких количествах, да еще одновременно в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном.
2 ученик (тема выступления: “Физические свойства воды”).
Удельная теплоемкость воды = 4200 Дж/(кг•°С). Из-за
исключительной способности воды поглощать тепло
температура ее при нагревании и охлаждении
изменяется незначительно, поэтому морским
обитателям не угрожает ни сильный перегрев, ни
чрезмерное охлаждение. Большая удельная
теплоемкость воды определяет климат планеты.
Вода нагревается значительно медленнее суши,
забирая большое количество солнечного тепла.
Полученное тепло она сохраняет дольше, чем
воздух и земля, выполняя при этом
терморегулирующую функцию. На этом свойстве
воды, кстати, основан и принцип обогрева жилых
помещений при движении горячей воды по батареям
отопительной системы.
Удельная теплота парообразования воды. = .300 000
Дж/кг. Парообразование воды тоже ее
терморегулирующее свойство. Например, если бы
человек не потел при физической работе, он бы
перегрелся. Пот, основой которого является вода,
при испарении понижает температуру тела.
Удельная теплота плавления льдапри 0 °С и
давлении 760 мм рт. ст. составляет 334 000 Дж/кг.
Из распространенных на Земле металлов только
алюминий, железо и медь имеют удельную теплоту
плавления выше 200 000 Дж/кг (при соответствующих
температурах плавления). Таким образом, замерзая,
вода выделяет тепло и согревает окружающий
воздух. Это свойство воды также играет
немаловажную роль в формировании климата
планеты Земля. Замерзание воды в реках, озерах,
морях в то же время не позволяет переохлаждаться
воздуху в данной местности. Часто можно
наблюдать, как птицы в сильный мороз греются,
сидя на льду. (Приложение)
Так давайте зададимся вопросом: “Что же
такое вода, и какова ее роль?” (Приложение)
3 ученик Вода – поразительная
жидкость – у нее есть аномалии. Для воды, будто
законы не писаны! Но, благодаря ее капризам, не
могла бы родиться и развиваться жизнь.
Первая аномалия: воде по ее химической
структуре положено плавиться и кипеть при низких
температурах, которых на Земле не бывает. Не было
бы, значит, на Земле ни твердой, ни жидкой воды. А
был бы один пар. А она кипит при 100? С.
Вторая аномалия: высокая теплоемкость. У
воды она в 10 раз больше, чем у железа. Из-за
исключительной способности воды поглощать тепло
температура при ее нагревании и охлаждении
изменяется незначительно, поэтому морским
обитателям никогда не угрожает ни сильный
перегрев, ни чрезмерное охлаждение.
Третья аномалия: у воды очень высокая
удельная теплота парообразования. Если бы у воды
не было этого свойства, многие озера и реки летом
быстро бы пересохли до дна, и вся жизнь в них
погибла.
Опыт: «Несгораемый платок» (Приложение)
Четвертая аномалия: замерзая, вода расширяется на 9% по отношению к прежнему объему. Поэтому лед всегда легче незамерзшей воды и всплывает вверх. Под такой “шубой” даже зимой в Арктике морским животным не очень холодно.
Опыт: «Сломанная бутылка» (Приложение)
4 ученик (тема выступления: “Увеличение плотности воды при увеличении температуры от 0°до 40° С”):Все вещества, когда их нагревают, расширяются, а при охлаждении сжимаются. Вода тоже сжимается, пока температура падает, но при +4оС наступает предел. Тут она снова начинает расширяться, хотя температура продолжает понижаться. Поэтому самой плотной и тяжелой вода бывает при +4оС. Зимой, охладившись до +4оС, она опускается на дно. Вот почему на дне пруда, озера, реки под слоем льда сравнительно тепло и обитатели водоемов имеют возможность жить. (Приложение)
5 и 6 ученики (тема выступления: “Сила поверхностного натяжения”).
Первый взгляд на чай, налитый в чашку, подтверждает известное положение, что жидкость своей формы не имеет, а принимает форму сосуда, в который она налита.
(Демонстрация опыта “Пробирка”). (Приложение)
Возьмем пробирку, наполненную водой.
Перевернём на книгу или открытку и будем
постепенно вытаскивать открытку. Ни одна капля
не пролилась, зато поверхность воды вздулась,
образовав “горку”.
Все системы стремятся уменьшить свою энергию.
Точно так же сила поверхностного натяжения
стремится сократить до минимума площадь
поверхности жидкости. Из всех геометрических
форм шар обладает при данном объеме наименьшей
поверхностью. Так что собственная форма жидкости
– шар. Большое количество жидкости не может
сохранить шарообразную форму: она изменяется под
действием силы тяжести. Если устранить действие
силы тяжести, то под действием молекулярных сил
жидкость примет форму шара.
(Демонстрация опыта Плато). (Приложение)
Если взять смесь воды и спирта и поместить в нее
каплю жидкого масла, то в какой-то момент сила
тяжести уравновесится силой Архимеда и
образуется масляный шар, свободно покоящийся в
смеси. Этот шар от разлета по молекулам
удерживает сила поверхностного натяжения.
Роль поверхностного натяжения в жизни очень
разнообразна. Например, существуют целые виды
мелких насекомых и паукообразных,
передвигающихся за счет поверхностного
натяжения. Наиболее известны водомерки, которые
опираются на воду кончиками лапок. Сама же лапка
покрыта водоотталкивающим налетом.
Поверхностный слой воды прогибается под
давлением лапки, но за счет силы поверхностного
натяжения водомерка остается на поверхности. (Приложение)
7 ученик (тема выступления: “Капиллярные явления”).
Мы только что говорили, что в обычных сосудах вода принимает горизонтальную поверхность. Однако и здесь требуется поправка. Приглядитесь внимательнее, и вы заметите, что у краев поверхность жидкости приподнята и образует вогнутую форму. Это – тоже следствие поверхностного натяжения. Молекулы жидкости взаимодействуют между собой и с молекулами сосуда. В зависимости от того, какая из этих сил больше, будет наблюдаться явление смачивания (вогнутая поверхности) или не смачивания (выпуклая форма).Благодаря капиллярным явлениям влага поднимается, и растения имеют возможность питаться.
Учитель: А теперь давайте рассмотрим воду с точки зрения химии.
8 и 9 ученики. Необычные свойства воды объясняются ее строением. Молекула воды – уголковая – угол между связями Н–О–Н равен 104° 27` . В молекуле воды имеются две полярные ковалентные связи Н — О:
Они образованы за счет перекрывания двух
одноэлектронных S-облаков двух атомов водорода.
В молекуле имеются четыре полюса зарядов: два –
положительные и два отрицательные.
Положительные заряды сосредоточены у атомов
водорода, так как кислород электроотрицательнее
водорода. Два отрицательных полюса приходятся на
две электронные пары кислорода, таким образом
молекула воды является диполем:
Подобное представление о строении молекулы воды позволяет объяснить многие свойства воды, в частности структуру льда. В кристаллической решетке льда каждая из молекул окружена четырьмя другими. В плоскостном изображении это можно представить так:
На схеме видно, что связь между молекулами осуществляется посредством атома водорода.
Положительно заряженный атом водорода одной молекулы воды притягивается к отрицательно заряженному атому кислорода другой молекулы воды. Такая связь получила название водородной.По прочности водородная связь примерно в 15–20 раз слабее ковалентной связи. Поэтому водородная связь легко разрывается, что наблюдается, например, при испарении воды.Структура жидкой воды напоминает структуру льда. В жидкой воде молекулы также связаны друг с другом посредством водородных связей. Однако структура воды менее “жесткая”, чем льда. Вследствие теплового движения молекул в воде одни водородные связи разрываются, другие образуются. В силу высокой полярности молекул Н2О вода является растворителем других полярных соединений, не имея себе равных. (Приложение)
10 ученик. Свойства и строение воды во многом определяют различные особенности растворов. Прежде всего, выясним, что такое раствор. Как взаимодействует растворенное вещество и растворитель? Растворяемое вещество в растворе распадается на ионы. Как ведут себя ионы в растворе, долгое время оставалось неясным. В конце ХIХ века (1889–1990 гг.) И.А. Каблуков и, почти одновременно с ним, В.А. Кистяковский пришли к выводу, что ионы движутся не одни, а увлекают с собой некоторое количество воды и чем меньше радиус иона, тем большее количество воды ион может удерживать вокруг себя. Такое явление стало называться гидратацией. Гидратированый ион окружен молекулами воды. Эта блестящая идея пролила свет на многие вопросы. Оказалось, что вода сама вступает во взаимодействие с растворенным веществом. По растворимости в воде все вещества делятся на гидрофильные, хорошо растворимые в воде, например, кислоты, щелочи, соли и гидрофобные – трудно или вообще не растворимые в воде – это жиры, жироподобные вещества и каучуки. В воде протекают многие реакции, как химические, так и биохимические. Так каково же значение воды? (Приложение)
Учитель. Какую же роль выполняет в живом организме вода? (Приложение)
11 ученик. Вода нужна для нашего организма как растворитель питательных веществ, и как переносчик их, и как среда, в которой протекают различные процессы, связанные с нашей жизнедеятельностью. Выделяясь потовыми железами и испаряясь с поверхности кожи, вода регулирует температуру нашего тела. Кроме того, вода необходима для удаления из организма различных вредных веществ, образующихся в результате обмена. Содержание воды в отдельных органах и тканях тела почти постоянно.Питательные вещества попадают в кровь через стенки пищеварительного канала. Через эти стенки могут проникать только вещества, растворенные в воде, только жидкости. Если бы кусок сахара не растворился в слюне и в желудочном соке, глюкоза не попала бы в кровь. Белок яйца, крахмал хлеба и картофеля не растворяются в воде, но желудочный и кишечный соки содержат особые вещества – ферменты, которые расщепляют белок и крахмал и переводят их в вещества растворимые. Это расщепление идет только в воде. Кровь, состоящая на четыре пятых из воды, разносит питательные вещества по всему организму.
12 ученик. Ни одно живое существо не может жить в абсолютно сухом пространстве и не может оставаться живым, лишившись воды. Каждый организм может потерять только вполне определенную часть содержащейся в нем воды. У человека потеря 10% воды вызывает целый ряд расстройств, а потеря 20% воды – смерть. Некоторые животные менее чувствительны к потере воды. Какое бы животное или растение мы ни взяли, в него входит вода как одна из главных составных частей. Обитатели водоемов, как правило, содержат в себе больше воды, чем жители суши. В теле рыб, например, до 70–80% воды, а в медузе – больше 95%. В травянистых растениях суши процент воды доходит до 85%. Организмы млекопитающих животных и человека содержат воды меньше. (Приложение)
13 ученик. Но нельзя забывать, что в истории нашей планеты вода имеет исключительное значение. Пожалуй, никакое другое вещество не может сравниться с водой по своему влиянию на ход тех величайших изменений, которые претерпела Земля за многие сотни миллионов лет своего существования. Там, где есть жизнь, всегда есть вода. Жизнь без воды невозможна. (Приложение)
Учитель. Огромное значение воды и важность проблем, связанных с ее загрязнением ни у кого не вызывает сомнений.
Давайте посмотрим графики водоотведения,
потребления воды в нашем городе. Как и где
производятся сбросы, и осуществляется очищение
воды. (Приложение)
Давайте ребята подумаем и перечислим причины
нехватки пресной воды.
Ученики предлагают варианты. (Приложение)
- Увеличение численности населения.
- Развитие промышленности.
- Загрязнение водоемов промышленными и бытовыми стоками.
14 ученик. Потребление воды только в прошлом веке возросло в 7 раз и в настоящее время составляет около 3,5 тыс.м3 в год и с каждым годом все возрастает. Растет загрязнение рек промышленными и бытовыми отходами. Промышленность ежегодно сбрасывает в реки 160 м3 стоков. Они загрязняют 4 тыс.м3 речных вод, т.е. 10%. Ежегодно в море вытекает около миллиона тонн нефти из буровых вышек, портов, промышленных предприятий и т.д. Чтобы обеспечить самоочищение загрязненных вод, необходимо их многократное разбавление чистой водой. (Приложение)
Учитель: Мы предлагаем наиболее простые способы очистки воды:
- Осаждение.
- Разбавление.
- Отстаивание.
- Фильтрование.
Тест проверки качества воды производится путем перманганатометрического титрования. (Приложение) Способов воспроизводства в больших объемах воды не существует, не существует также и заменителей воды, поэтому необходимо обращаться с самым ценным природным ресурсом с величайшей осторожностью. Значение проблемы воды для здоровья человека в современном мире подчёркнуто тем, что ООН объявила Международным десятилетие обеспечения доброкачественной питьевой водой. Чтобы подвести итог нашему разговору, предложите свои меры экономии пресной воды в быту (ученики отвечают).
Викторина (Приложение)
- Какое греческое название воды?
- Какое латинское название воды?
- При какой температуре плотность воды наибольшая?
- Главное хранилище пресной воды на планете.
- Сколько процентов от массы человеческого тела составляет вода?
А теперь вернёмся к нашей шкале. Поставьте, насколько вы теперь оцениваете свои знания о воде.
Подводятся итоги работы конференции.
При составлении урока использовался материал с сайта: Фестиваль «Открытый урок 2006/2007», урок-конференция «Вода, вода – кругом вода».