Интегрированный урок (химия + биология) по теме "Металлы. Способы получения. Физиологическая роль некоторых металлов"

Разделы: Химия, Биология

Цели урока:

Образовательные:

  • Расширить и углубить знания учащихся о металлах.
  • Ознакомить учащихся с металлургией и её видами: пиро-, гидро-, электрометаллургией.
  • Рассмотреть физиологическую роль некоторых металлов и их источники в природе.

Развивающие:

  • Продолжить формирование логического мышления: развивать умение сравнивать, обобщать, делать выводы.
  • Формировать умение самостоятельно работать с дополнительной литературой, извлекать из неё нужную информацию.
  • Развивать умение грамотно излагать материал, выделять главное.

Основные этапы урока

Приложение 1

Ход урока

(слайд 1) Приложение 2

Учитель химии.

В древности и в средние века люди знали только семь металлов. Это число соотносилось с числом известных тогда планет:

Солнце (золото), Юпитер (олово), Луна (серебро), Марс (железо), Меркурий (ртуть), Сатурн (свинец), Венера (медь).

(слайд 2) Приложение 2

Учитель зачитывает отрывок из стихотворения Тита Лукреция Кара “Открытие металлов”

Приложение 3

Учащиеся перечисляют металлы по периодической таблице. (слайд 3) Приложение 2

  • Элементы I группы – все металлы, кроме водорода.
  • Элементы II группы – все металлы.
  • Элементы III группы – все металлы, кроме бора.
  • Элементы IV группы – все металлы, кроме углерода и кремния.
  • Элементы V группы – все металлы, кроме азота и фосфора и мышьяка.
  • Из элементов VI группы к металлам относятся полоний и элементы побочной подгруппы.
  • Из элементов VII и VIII групп к металлам относятся элементы побочных подгрупп.

Сообщение учащихся о нахождении металлов в природе.

Самым распространенным металлом в земной коре является алюминий. За ним следуют железо, кальций, натрий, калий, магний и титан. Содержание остальных металлов незначительно. Металлы встречаются в природе как свободном виде, так и в различных соединениях. (слайд 4) Приложение 2

Учитель химии. Атомы металлов сравнительно легко отдают валентные электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы:

, где n = 1, 2, 3.

Все металлы являются восстановителями. По положению металлов в ряду активности

(слайд 3) Приложение 2 можно сделать вывод о его химической (восстановительной) способности, о возможности взаимодействия с кислотами, солями и кислородом.

Металлы из природных руд в свободном состоянии выделяются различными методами. (слайд 5) Приложение 2

Сообщение учащихся о пирометаллургии. Пирометаллургия – восстановление металлов из оксидов, при нагревании их с углем, оксидом углерода (II), водородом или другим более активным металлом. Так, например, олово восстанавливают из касситерита , а медь – из куприта накаливанием с углем.

Сульфидные руды подвергают обжигу при полном доступе воздуха с последующим восстановлением металла с помощью угля:

Из карбонатных руд металлы выделяют также путем накаливания с углем, т.к. эти руды при нагревании разлагаются, превращаясь в оксидные; последние под действием угля восстанавливаются:

Восстановление металлов из их оксидов можно осуществить также с помощью оксида углерода (II):

Эти процессы лежат в основе производства чугуна.

Обычно углем восстанавливают лишь те металлы, которые не образуют прочных карбидов.

В противном случае применяют водород:

Также металлы можно выделить в свободном виде методом металлотермии – восстановлением металлов из оксидов более активными металлами. Для этой цели часто используют алюминий (алюминотермия):

Сообщение учащихся о гидрометаллургии:

Гидрометаллургия – восстановление металлов из растворов их солей.

Металлы извлекают из руд с помощью реагентов и др.) в виде соединений, растворимых в воде, с последующей обработкой этих растворов для выделения металла в свободном виде.

Так, при обработке разбавленной серной кислотой руды, содержащей , медь переходит в раствор в виде сульфата:

Затем её извлекают из раствора либо электролизом, либо вытесняют из сульфата железом:

Демонстрация опыта. В пробирку с раствором медного купороса учитель химии опускает железную скрепку или гвоздь. Наблюдается изменение окраски раствора и выделение красной меди на поверхности железа.

Сообщение учащихся о электрометаллургии.

Электрометаллургия – восстановление металлов с помощью электрического тока. Данный метод основан на электролизе растворов или расплавов соединений металлов.

Электролизом называют окислительные и восстановительные процессы, происходящие на электродах при пропускании электрического тока через систему, включающую электролит.

Для проведения электролиза необходим электролизер. (слайд 6) Приложение 2

Учащиеся рассматривают примеры получения активных и пассивных металлов методом электролиза.

Электролиз расплава NaCl.

K. 2 восстановление

A. 1 окисление

(расплав)

Электролиз раствора CuCl2.

K. 1 восстановление

A. 1 окисление

(раствор)

Электролиз раствора CuSO4.

K. 2 восстановление

A. 1 окисление

Электролиз раствора CuSO4 с медным анодом.

K. 2 восстановление

A. 1 окисление

Метод применяется для получения металлов высокой степени чистоты (рафинирование меди).

Для получения сверхчистых металлов применяется глубокое рафинирование методом дистилляции в вакууме, зонной плавки.

На образовании и термическом разложении летучих иодидов основано иодидное рафинирование некоторых металлов (Zn, Hf и др).

Учитель биологии раздает учащимся карточки с краткой характеристикой металла и его физиологической роли в организме. Приложение 4

Учитель биологии (слайд 1) Приложение 5

Живая и неживая природа состоят из одних и тех же химических элементов,что указывает на общность их.Из всех известных в настоящее время элементов таблицы Менделеева более половины (около 90) обнаружено в составе клетки,т.е. это практически все элементы,присутствующие на нашей планете в сколько-нибудь значительном количестве. 98% от массы клетки составляют 4 элемента - C, H, O, N, они составляют основу органических соединений и называются органогенами,а также макроэлементами.Металлы, содержащиеся в клетке, относятся к 2-м другим группам:микроэлементам(K, Fe, Mg, Na, Ca, Co, Cu, Mo, Zn, Al, Mn) и ультрамикроэлементам (Au,Ag,Cs,Hg...). Для организма важно постоянство содержания элементов в том количестве,в каком они необходимы.Часто недостаток или избыток какого-либо элемента вызывает различные заболевания.Так,кобальт,входящий в состав витамина B12, стимулирует кроветворение.В то же время его избыток может вызвать развитие злокачественных новообразований.Физиологическая роль,суточная потребность,источники некоторых важных металлов будет представлена нашими учащимися.

Железо (слайды 2, 3, 4) Приложение 5

Суточная потребность железа 10-15мг

Железо-структурный компонент гемоглобина (белка-переносчика кислорода в крови ) и миоглобина (белка, содержащего запас кислорода в мышцах). Железо находится в составе ферментов окислительного фосфорилирования-цитохромов, каталазы, пероксидазы, ферредоксина. Участвует в биосинтезе хлорофилла, поэтому при недостатке железа в почве у растений развивается хлороз.

При недостатке железа у человека развивается железодефицитная анемия, усталость, апатия. Определенный запас железа в организме животных и человека сохраняется в железосодержащем белке-ферритине, содержещемся в печени, селезенке.

Источники железа: мясо,печень,рыба,орехи,зеленые яблоки, зеленые листья вощей, цвекла, гранаты.

Кобальт (слайд 5) Приложение 5

Суточная потребность кобальта 100-200мкг

Входит в состав витамина B12 и принимает участие в синтезе гемоглобина. Его недостаток приводит к анемии.

Источники кобальта: печень, животные белки.

Натрий

Суточная потребность натрия 2-3г

Участвует в генерации биоэлектрических потенциалов, способствует поляризации клеточной мембраны, процессам раздражимости, участвует в поддержании и регулировании кислотно-щелочного равновесия организма. Ионы натрия вместе с другими ионами поддерживают соответствующий осмотический потенциал клеток и РН среды. Хлористый натрий составляет значительную часть минеральных веществ крови и благодаря этому играет важную роль в регуляции водного обмена организма.При обильном потоотделении организм теряет значительное количество хлористого натрия, что отрицательно сказывается на его состоянии, приводит к снижению работоспособности. Нормальный ритм сердечной деятельности зависит от наличия в питательной среде в необходимом количестве солей натрия,калия,кальция.

Источники; поваренная соль в составе растительной и животной пищи.

Калий (слайд 6) Приложение 5

Суточная потребность 2-3г

Участвует в генерации биоэлектрических импульсов (вместе с натрием), в проведении нервных импульсов, обусловливает нормальный ритм сердечной деятельности. Калий активирует ферменты белкового синтеза,участвует в процессах фотосинтеза.

Источники: орехи,сухофрукты,мясо,баклажаны,картофель,бананы,абрикосы.

Кальций (слайды 7,8,9) Приложение 5

Суточная потребность 0,8г

Структурный компонент костной и зубной ткани.Много солей кальция во внешнем скелете водорослей,моллюсков,коралловых полипов.В ионном виде является антогонистом калия. Кальций необходим для свертывания крови, для передаяи импульсов в межнейрональных синапсах. Недостаток его приводит к развитию рахита, остеопороза и переломам.

Источники: молоко,молочно-кислые продукты,зеленые листья,овощи.

Магний (слайды 10,11) Приложение 5

Суточная потребность 250-300мг

В клетках растений входит в состав хлорофилла,а в животном организме в составе коферментов участвует в образовании ферментов,необходимых для нормального функционирования мышечной,нервной и костной тканей.

Источники: мясо,молоко,зерновые культуры.

Цинк (слайды 12,13) Приложение 5

Суточная потребность 10-15мг

Важнейший компонент ферментов,необходимых для нормального роста растений и животных,при его недостатке наблюдается замедление роста. Цинк также входит в состав гормона поджелудоч-ной железы-инсулина и необходимый компонент почти 100 ферментов,в частности ДНК и РНК-полимераз.

Источники; крабы,мясо,бобы,желтки.

Медь (слайд 14) Приложение 5

Суточная потребность 2-5мг

Является компонентом фермента,участвующего в синтезе меланина(пигмента кожи), влияет на рост и размножение растений.У беспозвоночных животных медь входит в состав гемоцианинов,которые подобно гемоглобину в организмах позвоночных переносят кислород.Медь входит в состав ферментов,участвующих в процессах тканевого дыхания(цитохромов). Медь играет важную роль в процессе всасывания железа и образовании гемоглобина.

Источники: яйца,печень,почки,рыба,виноград,шпинат,цельное зерно.

Марганец (слайд 15) Приложение 5

Суточная потребность 1-2мг

Усиливает действие инсулина. Борется со свободными радикалами. Принимает участие в синтезе гормона щитовидной железы-тироксина. Улучшает работу иммунной системы:требуется для синтеза интерферона. Способствует обеспечению полноценной репродуктивной функции, поддерживая работу женских половых гормонов. Принимает участие в продуцировании и обмене нейромедиаторов в ЦНС,способствует ее формированию. Участвует в синтезе жирных кислот, усиливает процесс утилизации жиров и т.д.

Источники: черника,черная смородина,ананас,сливы,соя,помидоры,шпинат,петрушка,морковь,рис,овес,проросшее зерно...

Молибден (слайд 16) Приложение 5

Суточная потребность 45-500мкг

Молибден способствует метаболизму углеводов и жиров.Является важной частью фермента,отвечающего за утилизацию железа.Молибден помогает предупредить анемию,обеспечивает общее хорошее самочувствие.Важнейшей функцией молибдена принято считать способность ускорять распад пуринов и выводить из организма мочевую кислоту,что при оптимальном его поступлении в организм способствует профилактике развития подагры.Однако,при избыточном поступлении молибдена в организм может развиться “молибденовая подагра”.

Молибден в составе ферментов участвует в фиксации азота у бактерий и обеспечивает работу устьичного аппарата у растений.

Источники: темно-зеленые листовые овощи,неочищенное зерно,бобовые.

Хром (слайд 17) Приложение 5

Суточная потребность 0,20-0,25мг

Хром очень важный микроэлемент.Организм человека в среднем содержит от 0,4 до 6 мг хрома.Исследования показали,что в тех областях,где высокий уровень потребления хрома,гораздо ниже вероятность сахарного диабета и сердечно-сосудистых заболеваний.Хром участвует в обмене белков,холестерина,углеводов.

Хром необходим для нормального метаболизма глюкозы.Он является компонентом соединения,называемого “фактором толерантности к глюкозе”,которое во взаимодействии с инсулином доставляет глюкозу в клетки,где она используется для образования энергии. Оптимальное потребление хрома, в результате, ведет к уменьшению количества инсулина, необходимого для поддержания нормального уровня глюкозы в крови. Взаимодействие хрома с инсулином стимулирует также синтез белка. Хром участвует в метаболизме жиров, регулируя уровень холестерина в крови. Он снижает как общий уровень холестерина, так и уровень LDL(“нездорового”) холестерина, повышая при этом HDL (“здоровый”) холестерин. Хром также важен для поддержания оптимального кровяного давления. Дефицит хрома в организме может развиваться при длительном питании продуктами, бедными хромом и использовании больших количеств сахара, который способствует выведению хрома с мочой.

Источники: пивные дрожжи,печень,картофель с кожурой,говядина,свежие овощи,хлеб из муки грубого помола,пророщенная пшеница,бобовые,крупы.

Стронций (слайд 18) Приложение 5

Суточная потребность: 0,8 – 3,0 мг

Стронций – остеотроп,элемент,избирательно накапливающийся в костях скелета. Связано это с тем, что химические свойства стронция сходны со свойствами кальция, являющегося главным строительным элементом скелетов всех живых организмов. Когда возникает дефицит кальция, а организм находится в среде, содержащей радиоактивный стронций, он накапливается в костях. Радиоактивный стронций, накапливаясь в костях, вызывает облучение такого важного органа, как костный мозг, что может спровоцировать соответствующие заболевания. Стронций используют для лечения остеопороза, склеротических изменений и в качестве противоопухолевого средства. Главное биологическое значение стронция состоит в его участии в процессах оссификации (формировании костной ткани).

Источники: свекла,томаты,петрушка,пшеница,укроп,ячмень,редька,лук,редис,рожь,капуста.Наиболее богаты им листья дикорастущих плодово – ягодных растений.

Олово (слайд 19) Приложение 5

Суточная потребность: 2 – 10 мг

В организме больше всего олова накапливается в эмали зубов, ногтях и костях, оно входит в состав желудочного фермента гастрина, оказывает влияние на активность флавиновых ферментов, усиливает процессы роста.

Избыток олова вызывает нарушения некоторых функций мозга.Основные проявления избытка олова: постоянные головные боли, расстройство зрения, раздражение кожи, снижение аппетита, металлический привкус во рту, тошнота, боли в животе, лишечнике, диарея, увеличение печени, снижение содержания в организме цинка и меди.

Американский историк медицины Сиберн Дж. Джилфиллан выдвинул гипотезу, что Рим пал из-за избытка олова. Известно, что в Древнем Риме вместо воды обычно употребляли вино, подслащенное сгущенным соком винограда. Готовили этот продукт в оловянных котлах. Виноград и сам по себе в небольших количествах содержит олово, не говоря уже об олове, которое попадало в вино со стенок котлов.Избыточная концентрация олова оказалась губительной для здоровья римлян, которые вместо воинственных наступлений и защиты своих стен, были озабочены только желудочно – кишечными проблемами.

Олово необходимо при эпилепсии, некоторых неврозах, глистной инвазии ленточными червями.

Источники: жиры, жирная рыба, семена подсолнечника, горох, свекла, картофель. Наибольшее количество олова содержат мышцы тресковых рыб и язык крупного рогатого скота. В молоке и свежих овощах концентрация олова невелика. Присутствует олово также в консервах и упаковочной фольге.

Германий (слайд 20) Приложение 5

Суточная потребность: 0,8 – 1,5 мг

Необходимый микроэлемент, который способствует стимуляции иммунной системы, приостанавливает развитие опасных новообразований и появление метастазов, аналогично гемоглобину обеспечивает транспортировку кислорода, снижает болевые ощущения, обладает полезными противовирусными, противогрибковыми и антибактериальными свойствами. Источники: бобовые, корень женьшеня, чеснок, грибы, отруби, алоэ, семена, рыба, молоко, томатный сок.

Литий (слайд 21) Приложение 5

Суточная потребность: точно не определена.

Играет важную роль для профилактики и лечения психических заболеваний (снижает возбудимость нервной системы, что важно для лечения психических заболеваний). Влияет на нейроэндокринные процессы, на жировой и углеводный обмен, оказывает антианафилактическое и антиаллергическое действие. Литий также повышает иммунитет, нейтрализует воздействие на организм этанола, радиации, солей тяжелых металлов.

Источники: питьевая вода, томаты, табак, печень, легкие животных.

Заключительное слово учителей.

Заключительное слово учителей химии и биологии о необходимости знаний о металлах, их природных соединениях, способах получения металлов.

Знание элементного состава клетки и физиологической роли металлов позволяет понять, что нормальное функционирование организма зависит от наличия в организме необходимого количества химических элементов. Знание этого позволяет корректировать рацион питания и соответственно поддерживать свое физическое, эмоциональное (психическое) здоровье, работоспособность и хорошее настроение!