Интегрированный урок-беседа (химия + биология) на тему "Оксиды углерода и их физиологическое действие на организм человека"

Разделы: Химия, Биология

Цели: (Приложение 1, слайд 1)

  • Образовательные:
    • обобщить и систематизировать знания учащихся по теме «Оксиды углерода»;
    • выяснить особенности их химического поведения и биологического действия на организм;
    • углубить знания учащихся о разрушительном воздействии CO и CO2 (содержащихся также в табачном дыме) на организм;
    • продолжить формирование познавательного интереса к предмету;
    • обосновать необходимость знаний об оксидах углерода с химической и биологической точки зрения.
  • Развивающие:
    • формировать умения самостоятельно работать с дополнительной литературой, извлекать из нее нужную информацию;
    • логически мыслить и оформлять результаты в устной и письменной форме.
  • Воспитательные:
    • воспитание ценностного отношения к своему здоровью, привычки к здоровому образу жизни;
    • воспитание бережного отношения к природе и природоохранной деятельности человека.

Основные этапы урока:

1. Организационный момент.

2. Характеристика оксида углерода (II)

  • строение молекулы
  • способы получения
  • физиологическое действие на организм, признаки отравления угарным газом, меры первой помощи
  • физические и химические свойства оксида углерода(II)

3. Характеристика оксида углерода (IV)

  • строение молекулы
  • способы получения оксида углерода (IV)
  • физиологическое действие углекислого газа на организм
  • биохимические процессы его образования
  • участие оксида углерода (IV) в процессе фотосинтеза и гуморальной регуляции дыхания
  • парниковый эффект
  • физические и химические свойства оксида углерода(IV)

4. Демонстрация опыта

5. Применение оксидов углерода

6. Решение расчетных задач

7. Проверка усвоения учебного материала (фронтальный опрос с элементами проблемных задач)

8. Подведение итогов урока. Заключительное слово учителей.

9. Домашнее задание.

    ХОД УРОКА

(Приложение 1. Слайд 2)

Вступительное слово учителя химии.

Наиболее широко известным неорганическим соединением углерода является его оксид углерода (IV), обычно именуемый углекислым газом. Это газообразное вещество сыграло чрезвычайно важную роль в эволюции теоретических представлений химии. Этот типично кислотный оксид широко используется на практике. В то же время самые разнообразные производства выбрасывают в атмосферу огромные количества оксида углерода (IV), что имеет неприятные экологические последствия.
Вторым важным оксидом углерода является оксид углерода(II) CO, или угарный газ. В действительности он не имеет никакого запаха, а так называемый запах угара объясняется присутствием в оксиде углерода (II) примесей некоторых органических веществ, образующихся при сгорании топлива.
Оксид углерода(II) – несолеобразующий оксид. Он лишь формально может рассматриваться как ангидрид муравьиной кислоты, принадлежащей к органическим соединением. Существует обширный класс веществ, содержащих CO. Это карбонилы металлов, например Fe(CO)5, Ni(CO)4, Ru(CO)5, Os(CO)5 и др. Эти соединения оказались интересным объектом для теоретической химии, кроме того они имеют и практическую пригодность, например, Fe(CO)5 - в качестве антидетонатора моторных топлив.

Оксид углерода (II) (Слайд 3)

1-ый ученик:

Формула оксида углерода (II) – CO

Строение молекулы

Третья ковалентная связь образуется по донорно-акцепторному механизму. Атом кислорода – донор электронной пары, а атом углерода – акцептор. Ковалентные связи полярны, молекула также полярна.
Кристаллическая решетка CO – молекулярная .

2-ой ученик :

Получение оксида углерода (II)
В промышленности оксид углерода(II) получают в особых печах (газогенераторах).
(Слайд 4)
В нижней части газогенератора, где кислорода достаточно, происходит полное сгорание угля и образуется оксид углерода(IV):

По мере продвижения оксида углерода(IV) снизу вверх происходит соприкосновение с раскаленным углем:

Получающийся газ состоит из свободного азота и оксида углерода(II). Такую смесь называют генераторным газом.

3-ий ученик:
В газогенераторах иногда через раскаленный уголь продувают водяной пар. При этом образуется смесь угарного газа и водорода – синтез – газ:

В лаборатории оксид углерода(II) получают при действии концентрированной серной кислоты на муравьиную кислоту.

Оксид углерода(II), или угарный газ, может образоваться при неполном сгорании топлива в печах и двигателях внутреннего сгорания. Поэтому нельзя закрывать дымоходы печей при наличии толстого слоя раскаленных углей. При недостаточной вентиляции гаражей в них тоже может накапливаться оксид углерода(II). Образование угарного газа происходит также в результате эндотермической реакции углерода с оксидом углерода(IV):

Учитель биологии: (Слайды 5-8) Оксид углерода(II) – угарный газ – сильный яд. Он представляет собой бесцветный газ; в чистом виде он имеет очень слабый, обычно неощутимый запах чеснока. Человек не чувствует его при вдыхании, поэтому отравление угарным газом наступает незаметно. CO- очень сильный яд, связывающийся с гемоглобином крови и образующий стойкое соединение карбоксигемоглобин, причем, СО вступает во взаимодействие с гемоглобином в 200-300 раз быстрее, чем с кислородом. Соединяясь с СО, гемоглобин теряет способность переносить кислород из легких к тканям, а понижение транспорта кислорода приводит к развитию кислородного голодания тканей и прежде всего головного мозга. Из-за пониженного содержания кислорода в крови наступает удушье.

4-ый ученик: Характер отравления угарным газом зависит от концентрации его в воздухе, длительности воздействия и индивидуальной чувствительности. Если содержание СО в воздухе очень велико (более 10мг/л), человек сразу теряет сознание, у него появляются судороги, и наступает смерть. При легкой степени отравления у него появляется ощущение тяжести и пульсации в голове, боль в области висков и лба (ощущение «обруча», в «висках стучит»).
При тяжелом отравлении сознание спутанное, нарастает сонливость, сменяющаяся потерей сознания, дыхание поверхностное, пульс частый, судороги.

5-ый ученик: Первая помощь при отравлении СО – до прибытия врача скорой помощи пострадавшего нужно как можно скорее вынести на свежий воздух, осторожно поднести к носу ватку, смоченную нашатырным спиртом, растереть грудь, укрыть одеялом, напоить крепким, горячим чаем или кофе.
В случае отсутствия дыхания надо проводить искусственное дыхание. Оказав первую медицинскую помощь, пострадавшего необходимо быстро доставить в лечебное учреждение.
Угарный газ содержится также в газовой фракции табачного дыма, наряду с другими вредными веществами, что обуславливает плохую насыщенность крови кислородом у курильщиков.

(слайды 9-13)

6-ой ученик: Оксид углерода (II) – бесцветный газ, без запаха, немного легче воздуха, плохо растворим в воде.
Оксид углерода (II) – сильный восстановитель.
На воздухе и в кислороде горит голубоватым пламенем, выделяя много теплоты:

Может восстановить большинство металлов из их оксидов:

Оксид углерода (II) используют в качестве газообразного топлива, а также во многих реакциях органического синтеза. В металлургии его применяют для получения металлов из руд.

Оксид углерода (IV) (Слайд 14)

7-ой ученик:

Формула оксида углерода (IV) – CO2

Строение молекулы

Все четыре ковалентные связи полярны, однако из-за линейного строения молекула в целом неполярна. Кристаллическая решетка CO2 – молекулярная.
В промышленности оксид углерода(IV) получают так побочный продукт при производстве извести:

В лаборатории оксид углерода(IV) получают при взаимодействии кислот с мелом или мрамором:

Оксид углерода(IV) образуется при сгорании углеродсодержащих веществ:

а также при медленном окислении в биохимических процессах (дыхание, гниение, брожение).

8-ой ученик: Повышение концентрации CO2 не безразлично для организма. При содержании в воздухе 3-4% углекислого газа у человека наблюдается возбужденное состояние, головная боль, шум в ушах, замедляется пульс, а при концентрации 10% может наступить потеря сознания и смерть. В жилых помещениях содержание CO2 не должно превышать 0,1%.

  • Углекислый газ образуется при окислительном фосфорилировании в митохондриях; поступает в кровь, транспортируется к легким и удаляется из организма.
  • Углекислый газ в организме является гуморальным регулятором дыхательного центра. Поэтому для восстановления остановленного дыхания используют углекислый газ.
  • Зеленые растения используют углекислый газ для процесса фотосинтеза, при котором с участием световой энергии образуются органические вещества и кислород. (Слайды 15,16,17)

Учитель биологии: Одной из самых острых экологических проблем в настоящее время является загрязнение среды. В атмосферу в результате деятельности человека поступают углекислый газ(CO2), угарный газ (CO), хлорфторуглеводороды, оксиды серы и азота, метан и другие углеводороды. Источники этих загрязнений – сжигание природного топлива, выжигание лесов, выбросы промышленных предприятий и выхлопные газы автомобилей. Рост концентрации в атмосфере углекислого газа и метана создает так называемый парниковый эффект. Эти газы пропускают солнечный свет, но частично задерживают отраженное тепловое излучение от поверхности Земли. За последние 100 лет относительная концентрация углекислого газа в атмосфере повысилась на 20%, а метана на 100%, что привело к повышению температуры в среднем на планете на 0,5°С. Если в ближайшие годы концентрация этих газов будет увеличиваться с такой же скоростью, к 2050г. на Земле потеплеет еще на 2-5°С. Такое потепление может привести к таянию ледников и повышению уровня Мирового океана почти на 1,5м, что вызовет затопление многих населенных прибрежных районов.

9-ый ученик: Оксид углерода (IV), или углекислый газ – бесцветный газ, примерно в 1,5 раза тяжелее воздуха, сравнительно хорошо растворим в воде.
Всем известная газированная вода – это раствор оксида углерода (IV) в воде. При обычной температуре и сравнительно высоком давлении оксид углерода (IV) сжижается. При его испарении поглощается так много теплоты, что часть оксида углерода (IV) превращается в снегообразную массу («сухой лед»).

10-ый ученик: Химические свойства оксида углерода (IV):

1. При растворении в воде образует непрочную угольную кислоту:

2. Реагирует со щелочами с образованием средних и кислых солей угольной кислоты:

3. Реагирует с основными оксидами с образованием карбонатов:

4. При пропускании оксида углерода (IV) через известковую воду наблюдается ее помутнение (образуется нерастворимая соль – карбонат кальция):

Эту реакцию используют для обнаружения оксида углерода (IV).

5. При повышенной температуре обладает окислительными свойствами:

Демонстрация опыта (выполняет учитель химии)
Описание опыта. Налить в стаканчик прозрачный раствор известковой воды. С помощью аппарата Киппа пропустить через раствор оксид углерода(IV). Наблюдается помутнение. При дальнейшем пропускании оксида углерода (IV) помутнение исчезает. Последующее нагревание раствора вызывает новое появление мути.
Учащиеся комментируют наблюдаемые явления.

Учитель биологии: Тлеющая лучинка, поднесенная к отверстию газоотводной трубки, гаснет, так как углекислый газ не поддерживает горение.

10-ый ученик знакомит присутствующих с применением оксида углерода(IV). (слайд 18)

Решение расчетных задач (Приложение 2)

Проверка усвоения учебного материала.

1. Фронтальная беседа

2.Работа в группах над вопросами:

а) Опишите процессы, происходящие при пропускании оксида углерода (IV) через баритовую воду.

Предполагаемый ответ: баритовая вода – раствор Ba(OH)2, аналог известковой воды.

б) Охарактеризуйте свойства угарного газа с точки зрения процессов окисления – восстановления.

Предполагаемый ответ: СО является сильным восстановителем, восстанавливает металлы из их оксидов.

в) Почему в лечебных учреждениях при остановке дыхания используют смесь кислорода с углекислым газом, а не чистый кислород?

Предполагаемый ответ:

Углекислый газ является гуморальным регулятором дыхания (см. выше). Соответственно использование СО2 приводит к возбуждению хеморецепторов, реагирующих на повышение концентрации СО2, от них импульсы поступают в дыхательный центр, раздражая его и приводя в состояние активности. При искусственном дыхании также в органы дыхания пострадавшего вдувают выдыхаемый воздух с повышенным содержанием СО2 (4%) – при норме в воздухе 0,04%.

г) Почему в непроветриваемых помещениях учащается дыхание человека?

Предполагаемый ответ:

Дыхание человека обеспечивается за счет импульсов, поступающих из дыхательного центра, расположенного в продолговатом мозге и обладающего автоматией (в нем ритмически возникают импульсы возбуждения). На активность дыхательного центра (ДЦ) влияет целый ряд веществ, действующих гуморально, в том числе и углекислый газ. При повышении содержания углекислого газа в крови, рецепторы, расположенные в стенках сосудов возбуждаются, передают импульсы в ДЦ, вызывая учащение дыхания.
В непроветриваемых помещениях концентрация СО2, которая в норме должна составлять 0,04%, повышается, вентиляция легких ухудшается, концентрация СО2 в крови остается повышенной, что раздражает рецепторы и учащает работу ДЦ и соответственно дыхания.

Заключительное слово учителей биологии и химии о необходимости знаний об оксидах углерода и бережном отношении к своему здоровью и к природе. . (Слайд 19)

Домашнее задание:

  1. Сравнить характеристики оксида углерода (II) и оксида углерода(IV)
  2. Используя Интернет и дополнительную литературу, подготовить презентацию из 5 – 6 слайдов на тему «Оксиды углерода».