Методическая копилка

учителя предметов естественнонаучного цикла

Химическое образование в средней школе должно включать и

основы экологии. Чтобы обеспечить рациональное поведение, а во многих случаях и элементарную безопасность свою и окружающих, чтобы не наносить ущерба природе, необходимо формировать у школьников определенную систему взглядов и навыков. Эта задача может быть решена через  экологоориентированный курс химии средней школы.

 Возможные пути экологизации содержания школьного курса химии:

Ø     экологизация теоретического содержания школьного курса химии; 

Ø     экологизация химического эксперимента; 

Ø     контролирующие задания с  экологическим содержанием;

Ø     экологизация содержания типовых расчетных  задач; Ø элективные курсы химико-экологической направленности; 

Ø     широкое использование всех форм внеклассной работы для экологического образования школьников;

Ø     использование проблемных, исследовательских методов обучения

Контролирующие задания с экологическим содержанием

Процесс обучения включает в себя важный этап – контроль знаний и умений. С помощью контроля можно оценить соответствие реально полученных результатов обучения запланированным. Цели экологического образования придают этому этапу некоторую специфику, поскольку у учащихся должна быть сформирована не только система знаний и умений в области изучения окружающей природной среды, но и система отношений к экологическим проблемам. Обычно используют задания четырех типов.

Задания 1-го типа – с выбором ответа из нескольких предложенных. Ученик выбирает один вариант решения проблемы в соответствии со своей нравственной позицией. Такие задания позволяют подвести учащихся к оценке «добра» и «зла» в отношении природы в целом или ее отдельных объектов.

Задания 2-го типа: ученики должны самостоятельно решить какую-либо экологическую проблему. Такие задания дают возможность определить способность ученика абстрагироваться, анализировать ситуацию, а также позволяют оценить степень ответственности, которую он может взять на себя.

Задания 3-го типа предусматривают оценку экологической ситуации, прогнозирование возможных последствий и выбор природозащитных мер. Подобные задания позволяют оценить глубину знаний учащихся и понимание ими природных закономерностей, поведения биологических систем в условиях антропогенного пресса, а также их умение выбрать способ защиты природной среды от загрязнения и деградации.

Задания 4-го типа требуют объяснения явлений и процессов, происходящих в природной среде          самопроизвольно          или    вызванных хозяйственной деятельностью человека. Такие задания позволяют оценить умения учащихся переносить химические знания в сферу экологических проблем.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ 1-ГО ТИПА

Задание 1. После окончания лабораторной работы по химии ваш товарищ вылил использованные реактивы в раковину, а не в специально приготовленную для этих целей емкость. Как вы поступите:

а) выльете свои реактивы туда же, куда и он;

б) объясните ему, почему этого не следует делать;

в) расскажете о его действиях учителю?

Задание 2. Как вы поступите, если, прогуливаясь по берегу водоема, увидите ржавое ведро возле старого кострища:

а) очистите берег, выбросив ведро в воду;

б) не обратите на него внимания;

в) отнесете ведро на ближайшую свалку или закопаете его в землю? Задание 3. Один из путей защиты биосферы от загрязнения – очистка отходящих газов и сточных вод на промышленных предприятиях. Современные очистные сооружения достаточно эффективны, но дорогостоящи. Как вы поступили бы, если бы были директором крупного завода и имели в своем распоряжении значительную сумму денег:

а) положили бы деньги в банк для уплаты штрафов за загрязнение

окружающей среды – это выгоднее (по деньгам) строительства очистных сооружений;

б) вложили бы деньги в строительство очистных сооружений;

в) часть денег вложили бы в расширение производства, а часть

использовали бы для увеличения зарплаты рабочим?

Задание 4. Вы – заместитель директора фабрики резиновых игрушек. Вам предложили новую краску, содержащую кадмий, более дешевую и яркую, чем та, которая есть на фабрике. В результате ее использования фабрика получит большую прибыль. Как вы поступите, если знаете о токсичности красителей, содержащих кадмий:

а) согласитесь с директором на покупку новой краски;

б) будете против этого решения;

в) пойдете на компромисс и предложите выпускать 50% игрушек с

использованием новой краски и 50% – старой?

Задание 5. Мальчик в отсутствие родителей разбил градусник. Как ему поступить:

а) выбросить остатки градусника в ведро, чтобы их не увидели

родители;

б) вызвать представителей СЭС;

в) оставить все, как есть, до прихода родителей?

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ 2-ГО ТИПА Задание 6. Вам выданы образцы воды, взятой из разных источников (они указаны на этикетках). Предположительно в них содержатся ионы: Fe2+, Fe³⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺. Составьте план их определения. Предложите способы очистки воды от этих ионов. Каковы будут ваши действия, если концентрация указанных ионов в образцах будет слишком высокой (значительно превышать ПДК)?

Задание 7. Вы с родителями едете на машине за город, останавливаетесь у водоема и видите, что возле кромки воды стоит грязная машина, которую собираются вымыть. Ваша машина тоже требует мойки. Ваши действия? Почему именно так вы поступите? Предложите план исследования, иллюстрирующего действие нефтепродуктов (масел, бензина) на живые организмы.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ 3-ГО ТИПА Задание 8. На заводе, производящем свинцово-никелевые аккумуляторы, произошел аварийный сброс сточных вод в закрытый водоем. Оцените экологическую обстановку в водоеме. Каковы вероятные последствия для обитателей этого водоема и для здоровья человека (при условии, что человек пользуется ими)?

Задание 9. Проследите «судьбу» элемента фосфора в биосфере. Укажите химическую формулу его соединения в каждой «точке покоя». Опишите эпизод, в котором элемент фосфор тем или иным путем попадает в озеро. Предположите последствия, которые повлечет за собой накопление этого элемента в водоеме.

Задание 10. Назовите антропогенные источники биогенного элемента фосфора в водоеме. Оцените возможные экологические последствия. Предложите пути возвращения элемента в круговорот и сохранения водной экосистемы.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ 4-ГО ТИПА

Задание 11. Почему в зимнее время в водоемах сохраняется жизнеспособность их обитателей?

Задание 12. Объясните факт отравления людей съедобными моллюсками, выловленными из загрязненной нефтепродуктами (или соединениями ртути) зоны моря.

Задание 13. Круговорот азота может быть нарушен, если в почве будет:

а) избыток азотных удобрений;

б) высокая концентрация ионов водорода;

в) недостаток влаги;

г) плохая аэрация;

д) низкая температура;

е) избыток ионов меди.

Объясните, в чем проявляется действие каждого фактора. В каких «точках» цикл может разомкнуться?

Задание 14. Какие процессы могут привести к снижению доступности для наземных растений следующих ионов:  

Задание 15. Элемент магний входит в состав зеленого пигмента хлорофилла. В питательной среде, в которой выращивается растение методом гидропоники, вместо ионов магния присутствуют ионы кальция. Вызовет ли это какие-либо изменения в растении? Если да, то какие и почему? Какие причины могут обусловить аналогичный процесс в природной среде?

В случае выбора учащимися «безразличных», негативных или неверных ответов, следует организовать обсуждение предложенных ситуаций (проблем), убедить учащихся в ошибочности их оценки и подвести к правильному решению.

Например, предложена ситуация: «У Ивана Петровича есть машина. При работе двигателя содержание угарного газа в выхлопных газах превышает установленную норму в три раза. Иван Петрович решил:

а) не буду ездить на машине, пока не отрегулирую карбюратор;

б) буду ездить на машине только иногда, если уж очень нужно;

в) всего-то в три раза больше нормы, буду ездить на машине до

следующего техосмотра или до первого штрафа. Какое решение должен принять Иван Петрович?»

Предположим, что выбран ответ «б» или «в». Темой обсуждения становится проблема загрязнения воздуха выхлопными газами автомобиля, и в частности угарным газом СО. Рассматривается действие газа СО на организм человека: образование в крови карбоксигемоглобина – прочного соединения, диссоциация которого в 3000 раз меньше, чем оксигемоглобина, и, как следствие, снижение обеспечения тканей организма кислородом. Учащиеся должны усвоить, что в основе деятельности человека по отношению к природе лежит принцип «Не навреди!».

При разборе некоторых ситуаций целесообразно, чтобы учащиеся проводили химический эксперимент. Например, в такой ситуации: «Представьте себе, что территория вокруг химкомбината, производящего минеральные удобрения и некоторые химреактивы, из-за нарушения условий складирования готовой продукции загрязнена следующими веществами: хлоридом алюминия, нитратом аммония, сульфатом натрия. Какая будет там почва – кислая, шелочная, нейтральная? Какие меры следует принять?»

Реакцию среды раствора каждой соли учащиеся могут определить индикатором и в подтверждение результатов эксперимента написать соответствующие уравнения реакций гидролиза солей.

Контролирующие задания должны соответствовать уровню сформированности экологических знаний у учащихся и обязательно затрагивать эмоциональную, нравственную и поведенческую стороны личности каждого из них.

Задачи по химии с экологическим содержанием

Рассматривая вопросы охраны окружающей среды, можно предложить учащимся химико-экологические  ^задачи и задания. При их составлении рекомендуется придерживаться следующих методических требований:

1.  Условия задач и результаты решения должны содержать практически       значимую информацию.

2.  Эта информация должна быть тесно связана с программным материалом       и реальными экологическими проблемами.

3.  Задачи должны быть посильны для учащихся данного класса.

4.  Решение задач должно опираться  на комплекс знаний по разным предметам.

5.  Задачи предназначены для использования при проверке, объяснении,       применении и совершенствовании знаний. 

     Химико-экологические задачи и вопросы можно разделить по содержанию на три типа: 

1.  Задачи с химической характеристикой природных объектов.

2.  Задачи об источниках загрязнения, видах загрязнителей окружающей       среды.

3.  О   природозащитных        мероприятиях     и        ликвидации          последствий загрязнения. 

     Составленные задачи не обязательно должны иметь единственное решение, они рассчитаны на проблемное обсуждение, дискуссию, на поиск рационального пути решения поставленной реальной учебно-познавательной проблемы.

Примеры экологических задач и ситуаций. 

8 класс

Химические формулы. Относительная атомная и молекулярная массы. Задача 1. В 2000 году человечество выбросило в атмосферу такое количество углекислого газа, что содержание углерода в нем составило примерно 6 млрд. тонн. Сколько тонн углекислого газа было выброшено в 2000 году?

Вывод формулы.

Задача 2. Дефолиантами называются вещества, вызывающие искусственный листопад. Их применение облегчает машинную уборку урожая. В составе одного из дефолиантов обнаружено 21,6% натрия, 33,3% хлора и 45,1% кислорода. Определите химическую формулу этого вещества.  

Количество вещества

Задача 3. Хорошо известно, что легковой автомобиль загрязняет воздух вредными выбросами: на каждые 10 километров пути с его выхлопными газами в атмосферу попадает 7 моль монооксида углерода и 1 моль монооксида азота. Какая масса этих вредных веществ попадет в атмосферу при автомобильной поездке на дачу, которая расположена в 80 км от дома? Задача 4. Считается, что вредные примеси в воздухе не оказывают вредного влияния, если их количество не превышает определенного предела. Так,

3 воздуха диоксида азота - 0,085 мг, монооксида допускается содержание в 1 м углерода - 3,0 мг, диоксида серы - 0,05 мг, сероводорода 0,008 мг. Какое количество (моль) этих вредных примесей (по отдельности) можно вдохнуть за сутки, не подвергая свое здоровье опасности? Норма потребления воздуха для дыхания у взрослых мужчин - 10 м³ в сутки.

Задача 5. Вычислите и сравните между собой массы 0,3 моль монооксида азота NO и такого же количества диоксида азота NO₂. Предельное безопасное

3 воздуха составляет 0,6 мг NO и 0,085 содержание этих вредных газов в 1 м 3 воздуха? мг NO₂. Каково безопасное количество (моль) этих газов в 1 м

Задача 6. В доме разбился медицинский термометр, а всю ртуть собрать не удалось. Между тем ртуть обладает высокой летучестью, а ее пары ядовиты. Вычислите массу и объем жидкой ртути, содержащие 2,5.10¹⁹ атомов Hg. Плотность жидкой ртути составляет 13,59 г/см³.

Молярный объем газов

Задача 7. Если весь озон, содержащийся в атмосфере Земли, привести к нормальным условиям, получится слой толщиной всего 4 мм. Этот тонкий слой озона защищает всех нас от губительного ультрафиолетового излучения. Человеческая деятельность может существенно влиять на количество озона в атмосфере именно потому, что его там очень мало. Так, объем озона, приходящийся на каждого жителя Земли, составляет при н.у.

                                               3                                                                                                                                                            

всего около 400 м . Найдите массу озона, приходящегося на одного человека. Задача 8. Монооксид углерода ("угарный газ") - опасный загрязнитель атмосферы. Он снижает способность гемоглобина крови к переносу кислорода, вызывает болезни сердечно - сосудистой системы, снижает активность работы мозга. Из-за неполного сжигания природного топлива ежегодно на Земле образуется 500 млн. т CO. Определите, какой объем (при н.у.) займет угарный газ, образующийся на Земле по этой причине.  

Задача 9. Если у вас дома стоит газовый счетчик, узнайте у родителей, какой объем бытового газа расходуется вашей семьей за месяц. Какой объем углекислого газа выделяется при этом?

Вода. Растворы   

Задача 10. Для борьбы с фитофторой в сельском хозяйстве применяют раствор медного купороса. Для этого обычно приготавливают 1,5 % раствор сульфата меди (II) для обработки почвы и растений. Рассчитайте массу CuSO₄*5H₂O, которая потребуется для приготовления 20л такого раствора.

Задача 11. При недостатке магния в листьях растений плохо образуется хлорофилл, поэтому они приобретают светло-зеленую окраску с красным и фиолетовым оттенком по краям и вдоль жилок; в течение лета они постепенно желтеют, а потом опадают. На старых листьях между жилками появляются светло-зеленые пятна. Какая масса кристаллогидрата сульфата магния MgSO₄ ^. 7H₂O пойдет на приготовление 200 л 3%-ного (в расчете на безводную соль) раствора сульфата магния? Плотность 3%-ного раствора MgSO₄ равна 1,03 г/мл. Какая площадь сада может быть обработана полученным раствором, если норма внесения сульфата магния составляет 25

2? (12,3 кг MgSO4 ^. 7H₂O

г/м

Задача 12. Хранение ценного удобрения - нитрата аммония на открытой площадке, а не на складе под крышей, привело к аварии. Во время ливня 15 т NH₄NO₃ растворилось в дождевой воде и было смыто в близлежащий водоем.

3

Выживет ли рыба в этом водоеме емкостью 7000 м , если токсическая массовая доля нитрата аммония в воде равна 0,08%?

Рыба не выживет, поскольку содержание NH₄NO₃ в воде составит 0,21% (выше токсической нормы) 9 класс

При изучении свойств и применения углерода и его соединений обращаем внимание учащихся на одну из современных экологических проблем – возникновение "парникового эффекта", приводящего к потеплению климата. Задача 13 . Накопление углекислого газа в атмосфере становится опасным загрязнением – приводит к парниковому эффекту. Какой объем CO₂ попадает в атмосферу при сжигании 100 г полиэтилена (100 шт. использованных  пакетов)? 

Задача 14. В природе постоянно происходит круговорот биогенных элементов: углерода, водорода, кислорода, фосфора, азота и др. Человек в процессе своей деятельности вмешивается в круговорот веществ, использую минеральное сырье для своих нужд. Какая масса углерода должна превратиться в CO₂, чтобы получить 1 л минеральной газированной воды с концентрацией углекислоты 2%, ρ=1г/см3.  Ответ: 3,84 г. 

 Подгруппа азота:

Задача 15. Азот – незаменимый биогенный элемент, поскольку входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера – неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений. Существуют азотфиксирующие бактерии, способные фиксировать азот воздуха и превращать его в доступную для растений форму. С помощью таких бактерий при хорошем урожае клевер может накапливать за сезон 150-160 кг/га азота. Какой объем воздуха в м3 содержит такую массу азота? Какую массу 10 % раствора аммиачной воды (используемой в качестве удобрений) может заменить 1 га клевера, накопивший за сезон 100 кг/га азота?  Ответ: 120 м3, 2100 кг  Хлор 

Задача 16. Хлор - весьма ядовитый газ. Достаточно сказать, что это был первый газ, примененный как боевое отравляющее средство во время первой мировой войны. В каком объеме газообразного хлора Cl₂ (при н.у.) число молекул равно 1 . 10²⁵? Какова масса этого количества хлора?

Задача 17. Прежде чем вылить в канализацию жидкие отходы лабораторных работ, содержащие соляную кислоту, полагается их нейтрализовать щелочью (например, гидроксидом натрия) или содой (карбонатом натрия). Определите массы NaOH и Na₂CO₃, необходимые для нейтрализации отходов, содержащих 0,45 моль HCl. Какой объем газа (при н.у.) выделится при нейтрализации указанного количества отходов содой?  

Задача 19. Рассчитайте объем (при н.у.) хлора, который идет на

3 воды, если на каждый литр воды расходуется 0,002 мг обеззараживание 10 м хлора. Напишите уравнение реакции взаимодействия хлора с водой и поясните, на чем основано его обеззараживающее действие.

Сера

Задача 20. При производстве серы автоклавным методом неизбежно выделяется около 3 кг сероводорода на каждую тонну получаемой серы. Сероводород - чрезвычайно ядовитый газ, вызывающий головокружение, тошноту и рвоту, а при вдыхании в большом количестве - поражение мышцы сердца и судороги, вплоть до смертельного исхода. Какой объем сероводорода (при н.у.) выделится при получении 125 т серы на химзаводе? Задача 21. Теплоэлектростанция работает на каменном угле, содержащем 0,5% серы и 6,5% несгораемых примесей (по массе). Экологи определили, что над станцией среднесуточный объем облачности составляет 20 куб. км, а содержание сернистой кислоты в облаках составляет 0,256 мг/м³. Считая станцию единственным загрязнителем атмосферы, определить, сколько тонн шлаков вывозится с нее на свалку ежедневно.

Задача 22. Рыба форель очень чувствительна к чистоте воды. Если в 1 л природной воды содержится 0,000294 г серной кислоты H₂SO₄, то мальки  форели погибают. Серная кислота попадает в реки с промышленными стоками или за счет кислотных дождей. Вычислите массовую долю серной кислоты, которая губительна для мальков форели.

Фосфор

Задача 23. Белый фосфор - желтоватое воскообразное вещество, он светится в темноте и очень ядовит. Поэтому применение фосфора как светящегося состава, упомянутое в рассказе "Собака Баскервилей", - это, скорее всего, вымысел Артура Конан-Дойля, автора рассказов о приключениях знаменитого сыщика Шерлока Холмса. Определите состав молекулы белого фосфора, если плотность его пара по воздуху равна 4,28.

Задача 24. Каждая из аллотропных модификаций фосфора наиболее опасна для жизни и здоровья живых организмов?

Белый фосфор получают восстановлением фосфата кальция, содержащегося в апатите и фосфорите, коксом и песком в электрических печах без доступа воздуха:

2Ca₃(PO₄)₂ + 10C + 6SiO₂ = 6CaSiO₃ + 10CO↑ + P₄↑

Пары фосфора конденсируются под водой. Какая масса кокса (с массовой долей углерода 90%) необходима для получения 248 кг фосфора?

Какой объем оксида углерода (II), измеренный при н.у. выделится при этом?

Найдите данные о том, входит ли фосфор в состав ископаемых энергоносителей и в каких количествах. В чем опасность сжигания таких энергоносителей?

Найдите информацию о том, где и в каких количествах производятся и используются соединения фосфора в нашей стране. Каковы отходы и экологические последствия их производства? Что делается для уменьшения загрязнения природы?