Вода
методическая разработка по химии (8 класс) по теме

Мастерская получения знаний

 Здравствуйте, дорогие друзья!

 Сегодня мы собрались на урок в «Мастерской получения знаний». Работа в нашей мастерской – необычная. На уроке предусматривается создать такие условия, которые вам, ученики, дадут возможность поверить в свои силы. Выполняя работу по-своему в индивидуальной и коллективной деятельности, можно будет  не только пополнить свои знания, но и раскрыть творческие возможности: ведь каждый из вас от природы наделен способностями ко многим видам деятельности наукам, искусству, музыке. В мастерской получения знаний отсутствует оценка, соревнование, соперничество, их должны заменить самооценка, самокоррекция, самовоспитание.

Индуктор

 «…Она стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться  с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества – минерала, горной породы, живого тела, которое ее не заключало бы. Все земное вещество…ею проникнуто и охвачено». В.И.Вернадский.  

 О каком веществе сегодня пойдет речь?

Тема урока «Вода»

 Цель урока: раскрыть роль воды в природе и в жизни человека; обобщить знания о свойствах и составе воды; определить экологические проблемы, связанные с водой; найти пути рационального использования водных ресурсов.

Эпиграф урока: «Не в массе приобретенных знаний заключается красота и мощь умственной деятельности, даже не в их системности, а в искреннем и ярком искании». В.И.Вернадский.

Социализация

  Вода – самая известная и самая загадочная из всех жидкостей, существующих на Земле.

  Предлагаю завершить фразу «Вода – это…». Ваша задача: записать предложение, раскрывающее смысл слова вода и зачитать ответы. Записывают предложения, зачитывают ответы.

  В предложениях, которые  прозвучали сейчас, мы услышали немало важного. Среди известных, ранее высказанных определений о воде, встречаются и такие:

 Вода – одно из начал всего существующего на Земле, говорили в древности.

 Вода – простое вещество, единое и неделимое, считали в средние века.

 «Вода состоит из водорода и кислорода, ее можно получить с помощью химической реакции»,- утверждал  великий Лаувазье.

  Но вода заслуживает, чтобы о ней знали больше. Сегодня мы попытаемся решить поставленную задачу.  В мастерской получения знаний, каждый из вас получает инструктивную карту. Чтобы не сбиться с пути,  необходимо  записать новую для вас информацию в столбик №3 , а также ответить на вопросы столбика №4. В итоге урока вы не только узнаете немало интересного о воде, вы сможете самостоятельно оценить свои знания, определить проблемы, связанные с изучением воды, окружающего мира.

Афиширование

Инструктивная карта

Этапы исследования (1-6) дополняются выступлениями учащихся:

1. Физические свойства воды

                                                                       О какой воде говорится в стихотворении?

      В обычных условиях вода – это жидкость без цвета, вкуса и запаха. При 0ºС она замерзает, превращаясь в лед – прозрачную хрупкую массу. Если замерзают капли воды (как, например, в облаках), то получаются красивые белые кристаллы с шестилучевой симметрией – снежинки. Слипаясь, они дают снежные хлопья и «крупку». Из холодного воздуха, пересыщенного водяным паром, выпадают мелкие ледяные кристаллики – иней.

 При 100ºС вода кипит, переходя в газообразное состояние. При любой температуре в воздухе находится некоторое количество водяного пара. Если относительная влажность превысит 100 %, то излишки воды выпадают в виде росы или инея. Если давление ниже 1 атм, то испарение воды облегчается, и она кипит не при 100ºС, а при более низкой температуре. На высокогорьях, где атмосферное давление довольно низкое, температура кипения воды падает. Например, на вершине горы Агарац (4095 м) вода кипит при 88 ºС.

 Назовите температуры, при которых происходит плавление и кипение воды, выбраны за опорные точки шкалы….

      Благодаря водородным связям вода обладает аномально высокой теплоемкостью (4,18 Дж/г·К). Поэтому ночью вода остывает медленно, а днем также медленно нагревается, (наверное, некоторые замечали, что утром вода холоднее песка на пляже, а ночью – теплее). Медленно остывая осенью и постепенно отдавая аккумулированное тепло, и медленно нагреваясь весной, водные массы смягчают переход от лета к зиме и от зимы к лету (в местностях, примыкающих к морям, и на островах более мягкий и «смазанный» климат, чем контрастный климат центральных областей материков()лета кзиме и от зимы к летуепенно отдавая аккумулированное тепло и медленно нагреваясь весной, водные массы смягчают переход ).

 Вставьте пропущенное слово в предложение  От воды зависит климат планеты, т.к. у воды большая … ,

нагреваясь, она поглощает тепло; остывая, отдает его.

2. Химические свойства воды

 (Уравнения реакций на доске)   

  1. Кислотно-основные свойства.

а)  Н2О – слабый электролит:

Н2О = Н+ + ОН-. (опыт с лакмусом выполняет докладчик)

б) Н2О – амфотерное соединение, реагирует как с кислотными, так и с основными оксидами:

Nа2О + Н2О = 2NаОН,

N2О5 + Н2О = 2НNО3.                      

 в) Реакция с солями (гидролиз):

Аl2S3 + 6Н2О = 2Аl(ОН)3 + Н2S↑

(опыт с лакмусом выполняет каждая группа - СuSО4 , Na2СО3)

г) Образование кристаллогидратов:

СuSО4 + 5Н2О = СuSО4 · 5Н2О  (показывает докладчик)

  Вода поддерживает кислотно-основное равновесие организма – это чисто химическая роль воды. Под действием специальных ферментов она вступает в реакции гидролиза, при которых образуются вещества, необходимые для жизни клетки.

2.  Окислительно-восстановительные свойства.

а) Реакция с активными металлами:

2Li + 2Н2О = 2 LiОН + Н2↑ (Н2О – окислитель), ( просмотр в/ фрагмента)

б) Разложение воды под действием электрического тока или при сильном нагревании:

2Н2О = 2Н2↑ + О2↑ (Н2О – окислитель и восстановитель).

3. Каталитические.

 2Al + 3I2 = 2AlI3  - реакцию катализирует капля воды.

4. Вода – растворитель.

Из свойств воды особенно важна ее способность растворять вещества. Вода – универсальный растворитель. В воде растворяется больше веществ, чем в любой другой жидкости. Именно поэтому в водной среде клетки осуществляется множество химических реакций. Вода растворяет продукты обмена веществ и выводит их из клетки и организма в целом.

       На поверхности тела, погруженного в воду, силы, действующие между молекулами и атомами, ослабевают под влиянием воды почти в сотню раз. Под действием молекул воды молекулы и атомы тела начинают отрываться от его поверхности и переходят в воду. Тело начинает растворяться, распадаясь либо на отдельные молекулы, как сахар в стакане чаю, либо на заряженные частицы – ионы, как поваренная соль.

  Нет в природе такой очной силы, которая могла бы сопротивляться всемогущему разрушителю – воде. 

3. Строение молекулы воды.

   Вода обладает некоторыми уникальными свойствами. Свойства эти настолько важны для живых организмов, что нельзя представить жизнь без этого соединения водорода и кислорода. Уникальные свойства воды определяются структурой ее молекул.

  В молекуле воды один атом кислорода связан с двумя атомами водорода ковалентными связями. Молекула воды полярная (диполь): положительные заряды сосредоточены у атомов водорода, так как кислород электроотрицательнее водорода.

                       . .

                     : О     Н                        

                       Н

Вокруг атома кислорода в молекуле воды находятся  общие электронные пары, образующие с атомами водорода ковалентные связи, и две свободные электронные пары атома кислорода. Эти четыре электронных облака, отталкиваясь друг от друга, располагаются в пространстве почти по вершинам тетраэдра. Молекула воды имеет угловую форму, так как свободные электронные пары атома кислорода, отталкиваясь друг от друга, образуют угол связи (Н-О-Н) = 104º , вместо тетраэдрического  109º.

Соберите модель молекулы воды из материала, который имеется на столах.

  Полярность молекул является важным условием  межмолекулярного взаимодействия воды: отрицательно заряженный атом кислорода одной молекулы воды притягивается к положительно заряженному атому водорода другой молекулы с образованием водородной связи. По прочности водородная связь примерно в 15-20 раз слабее ковалентной связи. Поэтому водородная связь легко разрывается, что наблюдается, например, при испарении воды. Вследствие теплового движения молекул в воде одни водородные связи разрываются, другие образуются.

 Какая связь более прочная ковалентная или водородная, почему?

   В твердом состоянии каждая молекула воды образует четыре водородных связи с соседними молекулами. Водородная связь длиннее ковалентной, и при этом получается рыхлая ажурная структура с малой плотностью – лед.

   Плотность льда меньше плотности жидкой воды, благодаря этому лед не тонет, защищая водоемы от промерзания. Ближний порядок в расположении молекул воды сохраняется почти до самого кипения. При плавлении льда рвется не более 15% водородных связей между молекулами, и даже при температуре кипения в воде содержатся ассоциаты молекул, соединенных водородной связью.

 Можно ли переносить воду в сите с мелкими ячейками?

Подведем итоги: что мы узнали о строении воды?

Вид химической связи -  ковалентная.

Тип кристаллической решетки – металлическая.

Силы взаимодействия между частицами водородная связь.

4. Аномалии воды

Кристаллическая вода может резать камень, лист стали. Вода и лед – взрывчатые вещества. Горячий лед.

 Возможно ли такое?

Несмотря на то, что вода — вещество, принятое в качестве   эталона   меры плотности, объема и т. д. для других веществ, сама вода, как это не странно, является самым аномаль ным среди них. Этих удивительных аномалий у воды много, рассмотрим лишь основные из них.

  Температура кипения воды – это наиболее обычное ее свойство – оказывается необычным и удивительным. Если определить температуру кипения гидрида кислорода по положению его в периодической таблице, то окажется, что вода должна кипеть при минус 80 º С. Следовательно, вода кипит приблизительно на сто восемьдесят градусов выше, чем должна кипеть. На основании положения в периодической системе Менделеева, гидрид кислорода должен был бы затвердевать при ста градусах ниже нуля.

   Важным обстоятельством в природе является то, что максимальная плотность воды, наблюдается при 4 °С. У большинства веществ при затвердевании образуется кристаллическая структура, среднее расстояние между частицами при этом сокращается, объем уменьшается, плотность растет. При снижении температуры воды до 4 °С расстояния между молекулами становятся меньше, уменьшаются размеры самих молекул, за счет снижения интенсивности колебания атомов в них. Затем происходит процесс кристаллизации с образованием дополнительных водородных связей, которые образуют ассоциаты крупных размеров с полостями внутри. Именно это и приводит к уменьшению плотности и, следовательно, к возрастанию объема. Если бы этого не было, то водоемы и водо токи промерзали бы зимой до самого дна, что было бы настоящей катастрофой для всего живого в них. Расширением воды при замерзании, объясняются разру шительная сила замерзающей воды в замкнутых пус тотах, трещинах горных пород, откалывающая подчас многотонные глыбы и дробящая их в дальнейшем на мелкие осколки, так и страшные взрывы наледей, а также разрывы водопроводных труб при замерзании в них воды.

            Имея структуру, сходную со строением кристаллической решетки алмаза, вода обладает свойствами твердых тел. Струя воды, вытекающая из небольшого отверстия с большой скоростью (давление в водяной камере свыше 1000 атм), режет камень или стальной лист.

           Поверхностное натяжение воды очень высокое – 0,073 Н/м при 20 ºС. По прочности на разрыв струя воды не уступает стальной проволоке того же сечения. Поверхностное натяжение — это способность пограничных молекул воды, а также твердых тел сцепляться, «стягиваться», самоуплотняться (когезия). На поверхности воды образуются сцепления молекул, создающие пленку натяжения, для разрыва которой потребуется немалая сила. На этой пленке могут лежать, не погружаясь в воду, предметы, кото рые в 8 раз и более тяжелее воды, например лез вие безопасной бритвы, иголка и др.

С повышением давления температура замерзания воды понижается приблизительно на 1ºС через каждые 130 атм. При давлении 2200 атм температура замерзания равна 22 ºС. Наступает момент, когда молекулярная кристаллическая структура льда превращается в атомную. Попавшая в смазку сверхмощных паровых турбин вода, может замерзнуть даже при высокой температуре – все это приведет к катастрофе.

Многие физические свойства воды обусловлены водородными связями.

        Ученые обнаружили: вода каким-то необъяснимым путем отзывается на то, что происходит в космосе. Была установлена четкая зависимость от изменения относительной скорости Земли в ее движении в космическом пространстве. Вода -  самое необыкновенное вещество в мире.

Представьте, что аномалии воды перестанут существовать. Какие изменения в природе повлекло бы это за собой? Возможна ли была бы жизнь на Земле при отсутствии водородных связей?

5. Вода в природе.

«Если и есть нечто волшебное на этой планете, то оно заключено в воде… Это вещество находится повсюду, оно касается прошлого и обеспечивает будущее; оно движется под полюсами и блуждает в высотах воздушных масс». Лорен Эйсли, антрополог и писатель.

        Вода – самое распространенное соединение водорода. Общая масса воды на планете около 1,4·1018 т. Вода – это единственное вещество, все три агрегатных состояния которого мы можем наблюдать в естественных условиях.

     Любое живое существо содержит более 50 % воды, мускулы – 35%. Меньше всего воды в костной ткани и зубной эмали. За свою жизнь человек выпивает около 25 т воды. Больше всего воды в недрах Земли находится в мантии. Геологи считают, что здесь сосредоточено не менее 13 млрд. км3 воды. Земная кора содержит еще примерно 1,5 млрд. км3 воды. Почти вся вода в этих слоях находится в связанном состоянии – она входит в состав горных пород и минералов, образуя гидраты. В этой воде не выкупаешься и ее не выпьешь. Гидросферу – водную оболочку земного шара образуют примерно 1,5 млрд. км3 воды. Почти все это количество содержится в Мировом океане. Вода в океанах и морях соленая – ее пить нельзя. На суше всего только 90 млн. км3 Из них более 60 млн. км3 находится под землей, почти все это соленые воды. Около 25 млн. км3 твердой воды лежи в горных и ледниковых районах. Во всех озерах, болотах, созданных человеком водохранилищах и в почве содержится еще 500 тыс. км3 воды. Вода присутствует в атмосфере, даже в самых безводных пустынях, всего 14 тыс.км3 Вода  на Земле никогда не остается неподвижной. В природе всегда существует вечный круговорот воды, связывающий воедино все водные ресурсы нашей планеты: в атмосфере, гидросфере, биосфере. Вода в природе постоянно обновляется. В кактусах полное обновление воды происходит в течение 28 лет, у черепах – за 1 год, у верблюдов за три месяца, у человека – за 1 месяц. Без воды человек может прожить только 3 дня.  В то время как без пищи – 30-50 дней.

  Наличие воды на планете Земля – наиболее важное условие зарождения и существования жизни. Самое важное в мире – это жизнь. Жизнь – вершина развития материи, а без воды нет жизни, нет ни одного известного нам организма, который мог бы жить и развиваться без воды. Все процессы в живых организмах протекают в водной среде и с участием воды. В природе нет для нас ничего драгоценнее воды.

 (решить задачу) Определите, чему равны в % запасы пресной воды в реках и озерах, если 97-98 % запасов воды приходится на морские воды, 2-3 % - на пресные воды;  1% от всех пресных вод находится в жидком состоянии, а 75 % - скованы льдами, 24 % - подземные воды.

  Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли – она незаменима, поэтому человечество должно рационально использовать и беречь воду -  основу жизни на Земле.

6. Проблемы водопользования.

Человечество потребляет огромное количество пресной воды – в основном на промышленные и сельскохозяйственные нужды. Главный потребитель воды – сельское хозяйство. Наиболее водоемкие отрасли промышленности – горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности.

Бурное развитие всех отраслей промышленности может повлечь за собой недостаток пресной воды. Чтобы изготовить 1 кг бумаги, требуется 100 л воды; чтобы вырастить корову требуется 100 л в сутки. Экономисты посчитали, что все фабрики и заводы России «выпивают» за минуту целую реку Волгу. И это неудивительно. На производство одной тонны металла идет 500 тонн воды, на производство одной тонны капрона в 7-8 раз больше. В водоемы попадает большое количество бытовых и промышленных загрязнений. Например, в мире количество бытовых сточных вод превышает 200 л в сутки на одного человека. Особенно опасными в сточных водах считаются нефть и нефтепродукты, ионы тяжелых металлов, пестициды и другие вредные вещества.

     На все виды водопользования тратится 2200 км3 в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира. Расчеты показывают, что даже если очищать все сточные воды, то все равно на их разбавление потребуется 30-35 тыс. км3 пресной воды. Это означает, что водные ресурсы близки к истощению. Таким образом, человек, сбрасывая неочищенные воды, загрязняет неиспользованную воду и делает ее непригодной для своих нужд.

(просмотр кинофрагмента           )  

    Потребление воды связано с развитием цивилизации: чем выше ее уровень, тем больше потребляется воды. К началу XXI в. среднее потребление воды составило более 200л в сутки на человека. Все это приводит к недостатку пресной воды.  Известны многие страны, которые сейчас испытывают дефицит воды: Япония, Италия, Тунис, Эфиопия, Пакистан, Афганистан и многие другие. В  странах Аравийского полуострова, а также на многих островах,  где почти полностью отсутствуют собственные источники пресной воды, используется морская опресненная вода. На привозной воде живет целая страна Алжир. Статистические исследования, охватившие многие страны мира, показывают, что 80% всех заболеваний связаны с плохим качеством питьевой воды и нарушением санитарно-гигиенических норм водоснабжения. И еще одна цифра: от болезней, связанных сводой, страдает треть населения планеты, то есть 2 млрд человек. 

   Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли – она незаменима, поэтому человечество должно рационально использовать и беречь воду -  основу жизни на Земле. Чтобы избежать " водяного голода ", ученые предлагают опреснять воды Мирового океана. И сейчас по всей Земле строят дистилляционные установки для получения пресной воды. Подумайте и предложите проекты рационального водопользования.

Проект исследовательской работы

Из геологических исследований известно: во время вулканических извержений  вместе с лавой из мантии земли выбрасывается на поверхность планеты гигантские массы воды в виде пара. За счёт этого объём гидросферы постепенно увеличивается, по некоторым расчётам 4 млрд. лет назад объём её составлял 20 млн. км3, т.е. был в семь тысяч раз меньше современного. В будущем количество воды на Земле, по-видимому, так же будет возрастать, если учесть, что объём воды в мантии Земли оценивается в 20 млрд. км3 – это в 15 раз больше современного объёма гидросферы. (Петрянов) Нет в природе такой точно силы, которая могла бы противостоять всемогущему разрушителю и созидателю – воде. Возникает вопрос «сможет ли повлиять возрастающее количество воды в гидросфере на будущее человечества?» Если да, то каким образом?  Вспоминая известную фразу, «Кто не знает свое прошлое, у того нет будущего», по нашему мнению, следует искать ответ на данные вопросы из прошлого, настоящего человеческих цивилизаций. В природе все взаимосвязано и каждая де таль важна, поэтому вполне за кономерен  вопрос:  «Каким образом вода влияла на прошлое и может повлиять на будущее человеческих цивилизаций», раскроем суть понятия цивилизация с современной точки зрения.

Разрыв

 После работы в мастерской получения новых знаний, происходит переход к новому видению предметов, иному осознанию явлений. Если у вас появились новые вопросы о воде, дополните список вопросов таблицы.  

Итак, сделаем вывод…

 Вода – самое распространенное вещество в живой и неживой природе. Она влияет на климат, преобразует рельеф; является внешней и внутренней средой обитания.

Рефлексия 

 1.Всем учащимся еще раз посмотреть на вопросы в четвертом столбце и пометить знаком «+» те, на которые получили ответы.

 2.Ответить на вопросы кроссворда (см. обратную сторону инструктивной карты).

3. Предложить проекты рационального использования водных ресурсов.

 Наш мастерская получения новых знаний завершает свою работу словами высказывания А. де Сент-Экзюпери о воде: «Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни! Ты сама жизнь! Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснишь нашими чувствами. С тобой возвращаются к нам силы, с которыми мы уже простились. По твоей милости в нас вновь начинают бурлить высохшие родники нашего сердца. Ты самое большое богатство на свете…».

Задание на дом:

1. Предложить проекты рационального использования воды.

2.Ответить на вопросы кроссворда.

1. Химическая система, образованная несколькими веществами, не имеющими поверхности раздела.

2. Процесс обособления цитоплазмы клетки от оболочки вследствие частичной потери воды.

3. Переход молекул растворителя из области с высокой их концентрацией, в область с низкой концентрацией через полупроницаемую мембрану.

4. Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить телу, чтобы нагреть его на 1оС.

5. Самый распространенный химический элемент вселенной.

6. Потеря воды организмом.

7. Прибор для получения дистиллированной воды.

8. Самый распространенный химический элемент на Земле.

9. Переход вещества из жидкого состояния в твердое.

10. Процесс увеличения объема тела.

11. Твердое состояние воды.

12. Неорганическое вещество, образованное атомами металлов и кислотными остатками.