«Удивительное рядом: свойства воды глазами химика физика и эколога».

 Аннотация  к уроку.

В качестве ценностных ориентиров урока выступают объекты, к которым у учащихся формируется ценностное отношение: это вода, как вещество, необходимое для Жизни на планете Земля,  бережное отношение к воде как биоресурсу. При этом ведущую роль играют познавательные ценности, так как главная цель урока заключается в изучении природы.

Познавательные ценности урока проявляются в признании:

·        ценности научного знания, его практической значимости, достоверности;

·        ценности химических методов исследования объекта неживой природы, необходимого для возникновения и поддержания жизни всего живого на планете.

Развитие познавательных ценностных ориентаций содержания данного урока по химии позволяет сформировать:

·        уважительное отношение к созидательной, творческой деятельности человека и природы (экологическое воспитание);

·        понимание необходимости здорового образа жизни;

·        потребность в безусловном выполнении правил безопасного использования веществ в повседневной жизни;

·        сознательный выбор будущей профессиональной деятельности (профессии, связанные с приготовлением растворов, мониторингом окружающей среды).

Данный урок обладает возможностями для формирования коммуникативных ценностей, основу которых составляет процесс общения и грамотная речь. Коммуникативные ценности урока способствуют:

·        правильному использованию химической терминологии и символики;

·        развитию умений выслушивать мнение оппонента, участвовать в дискуссии;

·        развитию умения открыто выражать и аргументированно отстаивать свою точку зрения.

В ходе освоения конкретного материала урока реализуются  личностные, метапредметные и предметные компетенции:

Личностные:

• осознавать себя частью большого разнообразного мира (природы и общества);

• испытывать чувство гордости за красоту родной природы, свою малую Родину, страну;

• формулировать самому простые правила поведения в природе;

• искать свою позицию в многообразии общественных и мировоззренческих позиций, эстетических и культурных предпочтений;

• уважать иное мнение;

Метапредметные:

·        владеть универсальными естественно-научными способами деятельности: наблюдение, измерение, эксперимент, учебное исследование;

·        уметь определять цели и задачи деятельности, выбирать средства реализации  цели и применять их на практике;

·        умение генерировать идеи и определять средства, необходимые для их реализации

В ходе урока у учащихся формируются и развиваются общеучебные умения и навыки. Например

Регулятивные:

• учащиеся определяют цель учебной деятельности с помощью учителя и самостоятельно, ищут средства её осуществления;

• составляют план выполнения задач, решают проблему творческого и поискового характера;

• работая по плану, сверяют свои действия с целью и, при необходимости, исправлять ошибки;

• в ходе представления отчета учиться давать оценку его результатов;

Познавательные:

• выбирать основания для  сравнения, классификации объектов;

• устанавливать аналогии и причинно-следственные связи;

• выстраивать логическую цепь рассуждений;

• представлять информацию в виде таблиц, схем, опорного конспекта.

Коммуникативные:

• организовывать взаимодействие в группе (распределять роли, договариваться друг с другом и т. д.);

•  предвидеть (прогнозировать) последствия коллективных решений;

• оформлять свои мысли в устной и письменной речи с учётом своих учебных и жизненных речевых ситуаций, в том числе с применением средств ИКТ;

• при необходимости отстаивать свою точку зрения, аргументируя ее. Учиться подтверждать аргументы фактами;

• слушать других, пытаться принимать другую точку зрения, быть готовым изменить свою точку зрения.

План - конспект урока

Организационный момент. (Мотивация учащихся)

Учитель. Итальянский художник, ученый, изобретатель, писатель и музыкант Леонардо да Винчи называл это вещество «Соком жизни на Земле»; а писатель – фантаст Жюль Верн говорил о нем, что «Это уголь будущих веков».

О каком веществе говорили великие люди?

Учащиеся отвечают, что речь шла о воде.

Учитель. Вот о ней мы сегодня и поговорим. У вас на столах находятся модели атомов. Составьте модель молекулы воды.

Учащиеся отмечают, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (Н₂О), определяют молекулярную массу (М(Н₂О) = 18 г/моль).

Учитель. Глядя на модель молекулы воды, определите, какое геометрическое строение: линейное или угловое она имеет?

Учащиеся. Угловое.

Учитель. Перед учащимися ставиться проблема:  «Влияет ли пространственное расположение атомов на свойства воды»? Сначала рассмотрим, как влияет строение молекулы на физические свойства молекулы воды.

- какие физические свойства воды вам известны из курса биологии и физики?

Учащиеся. Имеет три агрегатных состояния: жидкое, твердое, газообразное, не имеет цвета, запаха, вкуса.

Далее группы учащихся выполняют лабораторный эксперимент (~ 5 минут) опираясь на методические рекомендации (приложения 1-3), предложенные учителем.

1 группа – «Определение прозрачности воды»;

2 группа – «Определение интенсивности запаха воды»;

3 группа – «Сравнение испарения воды и спирта».

По истечении времени группы представляют результаты работы.

Учитель. Какое физическое свойство воды широко используется человеком?

Учащиеся. Вода является хорошим растворителем.

Далее идет групповая лабораторная работа учащихся по темам (приложения 4):

ü «Определение массы активного лекарственного вещества, которую получит больной во время разовой дозы. Определение плотности раствора исследуемого лекарственного препарата».

 По этой теме работают четыре группы по вариативности: 1 группа - с раствором глюкозы; вторая группа – с раствором хлористого кальция, третья группа – физиологическим раствором (раствор хлорида натрия), четвертая – с раствором магнезии.

ü «Приготовление раствора гидроксида натрия с заданной массовой долей растворенного вещества». (приложение 5)

ü «Составление модели структуры льда». Из  собранных ранее моделей молекул воды учащиеся «собирают» льдинку. И отвечают на вопрос: «Почему лед плавает?», и «В чем опасность встречи с айсбергом?».

По выполнению экспериментов, учащиеся предоставляют свои результаты. При этом, верность приготовления раствора гидроксида натрия определяется с помощью цифровой лаборатории «Архимед» (технология применения ИКТ).

Группа, представляющая структуру льда, напоминает, что лед имеет пористую структуру,  плотность льда максимальна при температуре примерно 4⁰С; информирует о существовании водных кластеров и их применении в будущем.

Группа учащихся, не задействованная в экспериментальной части, выполняет работу на карточках (приложение 6). По выполнению работы на карточках учащиеся проводят самооценку с помощью смайликов:

Учащиеся дополняют физические свойства воды: t_пл= 0⁰С; t_кип=100⁰С; ρ(Н₂О) = 1г/мл (при t = 4⁰С); говорят о теплоемкости воды.

Далее рассматриваем роль воды как растворителя при проведении химического эксперимента.

Демонстрационный эксперимент 1(выполняет учащийся под руководством учителя).

В фарфоровой чашке смешиваем твердые иодид калия и нитрат (ацетат) свинца. Учащийся отмечает, что нет никаких изменений, образуется просто смесь веществ (физическое явление). Затем эту смесь переносим в большой стакан и добавляем воду.  Происходит химическая реакция: изменение цвета (на желтый), образование осадка.

Выполняющий эксперимент,  записывает уравнение химической реакции:

Pb(NO₃)₂ + 2 KI = PbI₂↓+ 2 KNO₃

Учащиеся отмечают тип химической реакции – реакция обмена.

Учитель. Кроме того, вода может выступать в роли катализатора.

Учащиеся дают понятие катализаторам.

Демонстрационный эксперимент 2 (выполняет учащийся под руководством учителя в вытяжном шкафу(!)).

В фарфоровой чашке смешиваем твердые вещества: цинк и йод, растираем их. Учащийся отмечает, что ни каких признаков реакции нет. Капает пипеткой воду на смесь. Отмечает признак химической реакции – образование красивых фиолетовых паров и записывает уравнение химической реакции:

Zn + I₂ = ZnI₂

Учащиеся отмечают тип химической реакции – реакция соединения.

Учитель в качестве дополнительного материала дает информацию о так называемой кристаллизационной воде. При этом от количества воды в составе вещества зависит его цвет.

Во внеурочное время учащимися были изготовлены бумажные снежинки, которые обработали раствором соли кобальта - CoCl₃•6H₂O. На уроке эти снежинки осторожно «нагрели» и учащиеся отмечали изменение цвета снежинок с розового на фиолетовый и в конце – синий. Учащиеся выяснили, что при нагревании «испарялась» вода (кристаллогидрат CoCl₃•6H₂O терял воду) и от этого менялся цвет.

Учитель. Но еще интереснее идут реакции с участием воды как реагента. Итак – химические свойства воды.

Химические свойства воды учащиеся изучают посредством демонстрационного эксперимента, проводимого учителем.

Демонстрационный эксперимент 3 «Взаимодействие воды с активными металлами (натрия или кальция) в присутствии фенолфталеина».

В кристаллизатор с водой и фенолфталеином помещаю небольшой кусочек натрия (кальция).

Учащиеся отмечают признаки бурной реакции: изменение цвета раствора в кристаллизаторе на малиновый, выделение газа (без цвета и запаха), тепла, горение металла (выделение света), записывают уравнение химической реакции:

2 Na + 2 H₂O = 2 NaOH + H₂↑ + Q

Отмечают  тип реакции – реакция замещения, экзотермическая, т.е. идет с выделением тепла и условия проведения реакции. Говорят, что фенолфталеин – индикатор на щелочь, следовательно, NaOH имеет щелочные свойства.

Демонстрационный эксперимент 4 «Взаимодействие воды с  менее активными металлами (на примере магния) в присутствии фенолфталеина».

В ложечке для сжигания веществ разогреваю порошок магния и помещаю в кристаллизатор с водой.

Учащиеся отмечают признаки бурной реакции: выделение газа (без цвета и запаха), тепла, активное горение металла (выделение света), особенно в воде, записывают уравнение химической реакции:

Mg +  H₂O = MgO + H₂↑ + Q

Отмечают  тип реакции – реакция замещения, экзотермическая, т.е. идет с выделением тепла и условия проведения реакции.

Демонстрационный эксперимент 5 «Взаимодействие воды с некоторыми оксидами неметаллов на примере оксида фосфора (V) в присутствии лакмуса».

В ложечке для сжигания веществ поджигаю фосфор  и опускаю его в колбу с водой и лакмусом.

Учащиеся отмечают признаки реакции: изменение цвета лакмуса с фиолетового на розовый, что говорит о кислотном характере оксида фосфора (V), записывают уравнение химической реакции:

Р₂О₅ + 3 Н₂О = 2 Н₃РО₄

Отмечают  тип реакции – реакция соединения, и условия проведения реакции. Говорят, что лакмус  – универсальный  индикатор, следовательно, Н₃РО₄ (фосфорная кислота) имеет кислотные свойства.

Демонстрационный эксперимент 6 «Взаимодействие воды с некоторыми оксидами металлов на примере оксида кальция».

В фарфоровую чашку с оксидом кальция осторожно добавляю воду.

Учащиеся отмечают признаки бурной реакции: выделение тепла, а в присутствии фенолфталеина – цвет раствора становиться малиновым.

Записывают  уравнение химической реакции:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ +Q

Отмечают  тип реакции – реакция соединения, экзотермическая.

Учитель.  Во всех процессах: биологических, биохимических, химических, а также в быту нужна чистая вода. Но в природе вода находится в виде смесей, содержащих примесей (ведь вода растворитель). Возникает вопрос очистки воды и охраны водных ресурсов.

Для информации: проблема опреснения воды впервые была поднята английской королевой в 16 веке.

-Как можно очистить воду в быту, походных условиях?(ответы учащихся: фильтрование, кипячение и др.).

-Как можно очистить воду в промышленности? (ответы учащихся: водоочистные сооружения).

С помощью схемы учебника разбираем особенности работы водоочистных сооружений.

На Ямале за состоянием поверхностных вод следят на 27 постах (сообщение учащихся об охране воды в Салехарде). Кроме того, существует окружная долгосрочная целевая программа "Использование и охрана водных объектов в Ямало-Ненецком автономном округе на 2012 - 2018 годы".

- А что вы знаете об экологическом состоянии водных ресурсов в целом на планете?

На основе полученных знаний на уроках биологии, географии и химии учащиеся отвечают на вопросы теста «Проблемы пресной воды» (приложение 7).

В конце урока, при наличии времени, учащиеся представляют интересные факты о воде, отмечают использование воды в народном творчестве (пословицы, поговорки, стихотворения и прочее) (приложение 8).

И в заключении учащиеся формулируют  вывод, что:

·        вода самое распространенное вещество в мире;

·        самое удивительное вещество по своим физико-химическим свойствам, которые можно объяснить исходя из строения молекулы;

·        самое необходимое вещество для Жизни на Земле!

·        и самое не изученное!

·        одно из веществ, которое требует бережного отношения к себе!

Учитель. Подводит итог урока, объявляет оценки, отмечая успехи и недочеты в работе (если таковые были в ходе урока), задает домашнее задание (приложение9).

Приложение 1.

Ф.И. учащихся ………………….....                    самооценка ……..

Лабораторный опыт

 «Сравнение скорости испарения воды и спирта по исчезновению их капель на фильтровальной бумаге»

Цель: сравнить скорость испарения воды и спирта по исчезновению их капель на фильтровальной бумаге.

Оборудование и реактивы: фильтровальная бумага, пипетки; дистиллированная вода, этиловый спирт

Инструкция по технике безопасности:

1.     Не приступайте к выполнению опыта, не зная, что и как нужно делать.

2.     Не загромождайте свое рабочее место предметами, которые не потребуются для выполнения опыта. Работайте спокойно, без суетливости, не мешая соседям.

3.     Не оставляйте открытыми склянки с реактивами.

4.     Не берите вещества руками.

5.     Закончив работу, приведите рабочее место в порядок.

Выполнение опыта:

1.     С помощью пипетки нанесите на лист фильтровальной бумаги рядом две капли воды и спирта.

2.      Понаблюдайте и сделайте вывод: с одинаковой ли скоростью происходит    процесс испарения воды и спирта?  

3.      Оформите отчет о работе.

Что делаю

Что наблюдаю

Выводы

Приложение 2.

Ф.И. учащихся ………………….....                    самооценка ……..

Лабораторный опыт

Определение прозрачности воды.

Цель работы: Изучить свойства воды.

Оборудование:  химический стакан, образцы воды, цилиндр, печатный текст.

Ход работы: установите мерный цилиндр на печатный текст учебника и осторожно вливайте исследуемую воду из колбы, следя за тем, чтобы можно было читать текст. Отметьте, на какой высоте вы не будете видеть четко шрифт. Измерьте высоту столба воды линейкой. 

Сделайте вывод о прозрачности воды.

Оформите отчет, заполнив таблицу:

Вывод: 

 Проведя анализ воды, определили, что ……

Приложение 3.

Ф.И. учащихся ………………….....                    самооценка ……..

Лабораторный опыт

Определение интенсивности запаха воды.

Цель работы: изучить свойства воды.

Оборудование:  конические колбы с пробками, образцы воды.

Ход работы: коническую колбу наполните водой на 2/3 объема, плотно закройте пробкой и сильно встряхните. Затем откройте колбу и отметьте характер и интенсивность запаха. Дайте оценку интенсивности запаха воды в баллах, пользуясь таблицей:

Таблица 1. Определение интенсивности запаха воды 

Оформите отчет, заполнив таблицу:

Вывод: 

Приложение 4.

Приложение 5.

Ф.И. учащихся ………………….....                    самооценка ……..

Лабораторный опыт

«Приготовление раствора с заданной массовой долей растворенного вещества».

Цель: приготовить раствор с заданной массовой долей растворенного вещества .

Оборудование и реактивы: мерный цилиндр, весы (электронные, чашечные), стакан; с дистиллированной  водой, стеклянная палочка, колба  для приготовления раствора, шпатель, твердый гидроксид натрия (NaOH).

Инструкция по технике безопасности:

Осторожно обращайтесь с химическим оборудованием!
Пользуйтесь чистой и пригодной для работы посудой.

Ход работы:

1.       Рассчитайте массу соли, необходимую для приготовления раствора.

W(вещества) =100%

2.      Рассчитайте массу, а затем и объем воды, необходимый для приготовления раствора.

Помните! Плотность воды ρ(Н₂О) = 1 г/мл    ρ = m/V

3. С помощью мерного цилиндра отмерьте рассчитанный объем воды.

4. Перелейте воду в химический стакан.

5. Взвесьте с помощью весов рассчитанную массу гидроксида натрия

6. Перенесите навеску (взвешенную вещество) в воду.

7. Перемешивайте раствор палочкой до тех пор, пока всё вещество не растворится.

Оформите отчет о работе.

Приложение 6.

Ф.И. учащегося ………………….....                    самооценка ……..

Индивидуальная карточка «Удивительная вода»

Задание № 1. Используя научные термины, назовите следующие процессы:

 а. Испарение льда;

б. Появление инея;

в. Замерзание воды;

г. Запотевание стекла.

Задание № 2. Установите соответствие:

А) Кристаллические вещества

Б) Аморфные вещества

а. Янтарь;

б. Лёд;

в. Шоколад;

г. Парафин;

д. Поваренная соль;

е. Стекло;

ж.Алмаз.

Задание № 3. Перечислите не менее четырех физических свойств, характерных для воды.

Карточка «Архитектура снежинки»

Можно ли по структуре снежинки определить,  с какой высоты она падала? Если да, то расположите снежинки в порядке уменьшения высоты падения:

Ответ:

 Карточка групповой работы вариант №1

1.     Расставьте коэффициенты в следующих уравнениях химических реакций:

Cu + S → CuS ;

NaBr + Cl₂ → NaCl + Br₂;

Ca + HCl → CaCl₂ + H₂↑;

2.     Определите растворимость следующих веществ:

Na₂CO₃,      KNO₃,     СаSO₄,      Na₂SiO₃,     CaSO₃

3.     Приведите примеры бытовых смесей, в которых содержится вода.

Карточка групповой работы вариант №2

1.     Расставьте коэффициенты в следующих уравнениях химических реакций:

NH₃ → N₂ + H₂ ;

AgF + NaCl → AgCl + NaF ;

CaCO₃ → CaO + CO₂↑;

2.     Определите растворимость следующих веществ:

FeSO₄,     NH₄Cl,     K₂CO₃,     KNO₃ ,     AlPO₄ .

3.     Приведите примеры бытовых смесей, в которых содержится вода.

         Карточка групповой работы вариант №3

1.     Расставьте коэффициенты в следующих уравнениях химических реакций:

NO + O₂  → NO₂;

         CuBr₂ + NaOH → Cu(OH)₂ + NaBr ;

         Fe + H₂O → H₂↑ + Fe₂O₃ .

2.     Определите растворимость следующих веществ:

(NH₄)₂SO₄ ,     MgCl₂,      Na₂CO₃,      FeCl₂

3.     Приведите примеры бытовых смесей, в которых содержится вода

Ф.И. учащегося ………………….....                    самооценка ……..

Индивидуальная карточка- тест «Удивительная вода»

Задание № 1. Дистиллированная вода является:

Задание № 2. Атомы каких химических элементов и в каком количестве входят в состав молекулы воды?

а. Два атома кислорода и один атом водорода;

б. Два атома кислорода и два атома водорода;

в. Один атом кислорода и один атом водорода;

г. Один атом кислорода и два атома водорода.

Задание № 3. При замерзании расстояние между молекулами воды:

Задание № 4. Верны ли следующие суждения?

А) Вода не может находиться одновременно в трех агрегатных состояниях.

Б) Переход воды из одного агрегатного состояния в другое относится к физическим явлениям.

Задание № 5. Какое из перечисленных явлений выпадает из общего ряда?

Задание № 6. Какой океан на планете Земля считается самым мелким?

Задание № 7. С помощью какого прибора можно измерить влажность воздуха?

Задание № 8. Как называют водную оболочку нашей планеты?

Задание № 9. Материк, на котором содержится 80% пресной воды нашей планеты.

Задание № 10. Самое глубокое озеро мира, где содержится 1/5 всех мировых запасов пресной воды и 80% всей пресной воды нашей страны.

Приложение 7.

Закрепление по теме «Проблемы пресной воды».

Задание № 1. Назовите три озера нашей планеты с самыми большими запасами пресной воды.

Задание № 2. Назовите самую загрязненную реку на Земле.

Задание № 3. Основной «потребитель» воды в мире:

Задание № 4. Что причиняет наибольший вред водоемам?

Задание № 5. В лесной промышленности преобладающим загрязнителем водных систем являются:

Задание № 6. В горнодобывающей промышленности преобладающим загрязнителем водных систем являются: а. Аммонийные соли;

Задание № 7. По существующим санитарным нормам, температура водоема зимой не должна повышаться более чем на:

Задание № 8. Содержание солей каких металлов главным образом определяет жёсткость воды?

Задание № 9. ПДК (предельно допустимая концентрация) свинца в воде объектов хозяйственно-питьевого назначения составляет:

Презентация к фрагментам урока

Приложение 8. 1.

Интересные факты о воде.

Замерзание и кипение

Температуры замерзания и кипения воды не соответствуют общим закономерностям и законам химии. Так мы знаем, что вода в реальной жизни замерзает при 0°C, а кипит при 100°C, в то время как в соответствии с общими правилами химии эти процессы должны проходить при -90°C (минус девяносто) и -70°C (минус 70) соответственно.

Вода и магнитное поле

Под воздействием магнитного поля у воды меняется ее способность к растворению веществ, изменяется скорость, проходящих в ней, химических реакций.

Аномальные свойства воды еще раз подтверждают общеизвестное высказывание – удивительное рядом.

Поверхностное натяжение

Еще одним удивительным и во многом аномальным свойством воды является ее поверхностное натяжение.

Хорошо всем известный пример демонстрирует, как аккуратно положенная на воду металлическая швейная игла плавает на ее поверхности, что во многом удивительно. Ведь плотность метала гораздо больше плотности воды.

Вода - соль жизни на Земле

Вся жизнь на Земле своим существованием во многом обязано именно этому свойству воды.(буклет о воде).

Эффект Мпембы – эффект горячей воды

Удивительно, но факт – горячая вода замерзает быстрее холодной, что противоречит логике и общему восприятию вещей.

Приложение 8. 2.

Мир снежинок.

Если вы когда-нибудь наблюдали за снежинками, то замечали, что у них разные формы. Считается, что в одном кубическом метре снега находится около 350 млн. снежинок!

Все они шестиугольные и имеют кристаллоподобные структуры, но у каждой своя уникальная форма.

Годами   ученые пытались понять, откуда такая форма, что влияет на такую симметрию и почему у всех она разная. Каждая полученная мельчайшая частичка информации раскрывает еще одну удивительную тайну, заключенную в снежинке.

Образование снежинок - это еще одно проявление безграничной изобретательности Природы!

Приложение 8.3.

Презентация «Защита океанов и морских организмов»

Приложение 9.

Презентация «Вода – великая сила природы»

Приложение 10

Презентация «Вода воплощенная в мировое искусство»

(идет с сопровождением музыкальных произведений)