бинарный урок химии и биологии 9 кл.
план-конспект урока по химии (9 класс) на тему

Бинарный урок биологии и химии в 9 классе.

Тема: «Круговороты веществ и превращение энергии в биосфере. Антропогенное влияние на круговороты веществ».

Цель урока: Обобщение и систематизация знаний по теме «Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Антропогенное влияние на круговороты веществ».

Задачи урока: 

1. Сформировать у учащихся знания о биогеохимических циклах и роли живых организмов в поддержании круговорота биогенных элементов.
2. Углубить, обобщить и систематизировать знания учащихся о химических элементах, их соединениях и их воздействии на окружающую среду.
3. Развивать  умение наблюдать и объяснять разнообразные химические явления в природе.
4. Продолжить формирование у школьников отрицательного отношения к деятельности человека, наносящей ущерб природной среде.
5. Научить школьников использовать полученные знания о процессах, происходящих в биосфере, для обоснования мероприятий по охране природы.
6. Развивать умение работать  с дополнительными источниками знаний.

Оборудование:

1. Коллекция горных пород, содержащих углерод, азот и фосфор.
2. Растворы соляной кислоты, гидроксида кальция, нитрата серебра.
3. Индикатор лакмус.
4. Лабораторное оборудование: пробирки, газоотводные трубки, спиртовки, держатели.

Ход урока.

1. Оргмомент: 

 Знакомство с темой урока, постановка цели и задач (Слайд 1, 2).

На доске эпиграф: (Слайд 3)

“Ах, эта среда обитания!
Все связаны между собой
Обменом, цепями питания,
Составом, структурой, судьбой”.

2. Актуализация знаний:

учитель биологии обращает внимание учащихся на эпиграф и организует фронтальную беседу о биосфере как среде обитания живых организмов, основных свойствах живого вещества, роли живых организмов в биосфере, функциях живого вещества в ней (Беседа по вопросам с использованием слайда 4).

1. Что такое биосфера?
2. Что называется биогеохимическими циклами?
3. Какова роль живых организмов в них?
4. Кто такие продуценты, консументы, редуценты?
5. Какова их роль  биогехимических циклах?
6. Какие элементы называют биогенными?
7. Что такое макротрофные и микротрофные элементы?

1. Значение  круговорота  в  природе  и  жизнедеятельности  человека (учитель  химии) (слайд 5)

                                                                      1

Известно, что из более 90 химических элементов, встречающихся в природе, 30 – 40 необходимы живым организмам. Некоторые элементы, такие как углерод, водород и азот, требуются в больших количествах, другие – в малых.

Химические элементы циркулируют в биосфере по определённым путям, обеспечивая свою неисчерпаемость. В связи с этим реализуется закон сохранения вещества: атомы в химических реакциях никогда не исчезают, не образуются и не превращаются друг в друга; они только перегруппировываются с образованием различных молекул и соединений (одновременно происходит поглощение или выделение энергии). В силу этого атомы могут использоваться в самых различных соединениях и запас их никогда не истощается. Именно это происходит в биосфере в виде круговоротов элементов. При этом выделяют два круговорота: большой (геологический) и малый (биологический).

2.  Биосфера  (учитель  биологии)

Наиболее значимыми для функционирования биосферы являются круговороты основных элементов, входящих в состав живого вещества: углерода, кислорода, азота, фосфора и серы, поскольку они являются компонентами для построения основных молекул живого вещества – углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот. Эти круговороты создаются живым веществом и одновременно поддерживают жизнедеятельность самих живых организмов. В процессе фотосинтеза за год зелёными растениями потребляется 480 млрд. т вещества, выделяется в атмосферу 250 млрд. т свободного кислорода. При этом создаётся 240 млрд. т живого вещества, а в круговорот вовлекается 1 млрд. т азота, 260 млн. т фосфора, 200 млн. т серы и т.п.

За время существования биосферы свободный кислород атмосферы обновлялся не менее миллиона раз, а воды Мирового океана прошли через биогенный цикл не менее 300 раз  (слайд 6,7).

Учитель химии: Посмотрим на эти элементы с точки зрения химии.

3. Обобщение знаний по темам курса химии «Углерод», «Азот», «Фосфор»

Рассказ учащихся с использованием заранее выполненных презентаций. После повторения учащиеся выполняют практическое задание в группах.

Презентация «Углерод».  Приложение №1.

учитель химии:

1. содержание углерода в карбонатных горных породах (демонстрация коллекции горных пород).

В  природе  углерод встречается в свободном состоянии (алмаз, графит) и в форме соединений, главным  образом карбонатов основным карбонатным минералом является кальцит CaCO3, который образует  карбонатные  осадочные  горные  породы:  мел,  известняк,  мрамор. Углерод входит в состав известковых  туфов   и  в виде углекислого  газа (слайд 8).

Практическое задание:  Доказать опытным путем, что в состав соединения №1 входит связанный углерод.

1. К выданному образцу прилить соляную кислоту, выделяется газ.

2. В пробирку опустить горящую лучинку, она потухнет. Углекислый газ не поддерживает горение.

3. Уравнение реакции записать в молекулярном и ионном виде (слайд 9).

2. поддержание концентрации СО2 атмосферы;                                                              2

Углекислый  газ  образуется  в  результате  дыхания

 Опыт  подышать  в  чистую  стеклянную  трубочку  через  известковую  воду,  она  помутнеет.

Углекислый газ образуется при сгорании топлива. Поэтому в городской местности, вблизи заводов, фабрик и транспорта углекислого газа больше, чем в сельской местности. Он образуется при тлении и гниении органических веществ.

 учитель химии:

3. углерод океана

Гораздо больше, чем в воздухе, углекислого газа содержится в водах морей и океанов. В воде он легко растворяется, образуя слабую угольную кислоту  H2CO3. Эта кислота вступает в реакции с кальцием и другими элементами, образуя минералы, называемые карбонатами и гидрокарбонатами. Карбонатные породы, например известняк, находится в равновесии с диоксидом углерода, который содержится в контактирующей с ними воде. Аналогичным образом количество СО2 , растворенного в океанах и пресных водах, определяется его концентрацией в атмосфере. Общее количество растворенных и осадочных углеродсодержащих веществ оценивается в 1,8 трл.т.

Задание:  (слайд 10).

Осуществить  цепочку  превращений:   СО2  Н2СО3  СаСО3  Са (НСО3)2

учитель химии:

4. химический круговорот углерода;

миграция углерода осуществляется созданием  карбонатной  системы в различных водоемах, где углекислый газ переходит в угольную кислоту,  в гидрокарбонат - ионы и карбонат – ионы. Затем с  помощью растворенного в воде кальция (реже магния) происходит осаждение карбонатов (CаСО3) биогенным и абиогенным путем, в результате чего возникают мощные толщи известняков.

учитель биологии:

5. биологический круговорот  углерода (слайд 11, 12);

Углерод поступает в биосферу в  результате фиксации его в процессе фотосинтеза. Количество углерода, ежегодно связываемого растениями, оценивается в 46 млрд. т. Часть его поступает в тело животных и освобождается в результате дыхания в виде СО2, который  вновь поступает в атмосферу.

Сотни  миллиардов  тонн  углекислого  газа  вместе  с  водой  включается  ежегодно  в  процесс  фотосинтеза,  в  результате  которого  образуется  свободный  молекулярный  кислород  и  важные  органические  вещества  -  углеводы.

       Кроме того, запасы углерода в атмосфере пополняются за счёт вулканической деятельности и сжигания человеком горючих ископаемых. Хотя основная часть поступающего в атмосферу диоксида углерода поглощается океаном и откладывается в виде карбонатов, содержание СО2 в воздухе медленно, но неуклонно повышается.

Углекислый  газ  образуется  в  результате   горения  углеродсодержащих  веществ  (природный  газ,  уголь,  нефть,  древесина),  а  также  в  ходе  процессов  гниения,  дыхания  и  др. Содержание  СО2  в  атмосфере  составляет  0,03%,  что  обеспечивает  относительное  постоянство  климата  на  Земле.

учитель химии:

6. нарушение концентрации СО2 в результате промышленной революции (добыча угля,

          нефти, разрушение гумуса, вырубка лесов);                                                               3

7. последствия нарушения концентрации СО2 в атмосфере, «Парниковый эффект» (слайд 13);

      учитель биологии:

8. источники попадания в атмосферу СО;

Угарный  газ образуется  при  горении  углеродсодержащих  веществ  в  условиях  высоких  температур  и  недостатка  кислорода,  например  в  печах,  автомобильных  двигателях. В  цехах  и  лабораториях  при  работе  с  оксидом  углерода  два  устанавливается  строгий  контроль  над  герметичностью  аппаратов  и  содержанием газа  не  должно  превышать  20  мг/м3.    В  быту  мы  встречаем  этот  газ  чаще,  чем  было  бы  желательно,  в  табачном  дыме  -  до  0.5 %, в  выхлопных  газах  двигателей   внутреннего  сгорания  около  3%,  большое  количество  этого  газа  в  дымовых  газах  фабричных  труб.

9. воздействие СО на организм человека;

Угарный  газ  чрезвычайно  ядовит!  Отравление  наступает  незаметно  и  сопровождается  головокружением  и  головной  болью  (лучшее  средство  помощи -  свежий  воздух).  Это  вещество  активно  связывается  с  гемоглобином  крови.  В  цехах  и  лабораториях  при  работе  с  оксидом  углерода  два  устанавливается  строгий  контроль  над  герметичностью  аппаратов  и  содержанием газа  не  должно  превышать  20  мг/м3.  Газ  обладает  кумулятивным действием,   т. е.  может  накапливаться  в  организме,  поэтому   отравление  им  может  наступить  и  спустя  2-3  месяца  в  результате  его  вдыхания  в  небольших  дозах.  Первая  помощь  при  отравлении  оксидом  углерода  два   чистый  воздух,  вдыхание  паров  нашатырного  спирта.   Т.О.  В процессе фотосинтеза углекислота превращается в органическое  вещество, служащее пищей животным. Дыхание, брожение и сгорание  топлива возвращают углекислоту в атмосферу.

Презентация «Азот».

учитель химии:

10. Среди основных  неорганических веществ, содержащих атомы азота можно назвать азотную кислоту и ее  соли.

 а) природные соединения азота – селитры (учитель химии);

Все  нитраты  щелочных  металлов,  щелочно -  земельных  металлов  аммония  называют  селитрами  (натриевая,  калийная  и  т.  д. )

 Особое  название  имеют  соли:  NaNO3  -  чилийская  селитра  (натриевая)

                       KNO3   - индийская  селитра  (калиевая)

                       Ca(NO3)2 -  норвежская  селитра (кальциевая)

б) атмосферный азот

Свободного молекулярного азота   80%  в атмосфере более чем достаточно. Однако фиксация азота в живом веществе нашей планеты осуществляется ограниченным количеством живых существ. Только некоторые микроорганизмы почв и поверхности мирового океана способны расщеплять молекулярный азот и использовать его для построения белков и других органических соединений живого вещества. Атмосферный азот поглощается при жизнедеятельности азотофиксирующими бактериями и некоторыми водорослями, которые синтезируют нитраты, доступные для использования растениями биосферы.    

Растения и животные после своей гибели возвращают азот в почву, откуда оно поступает в состав новых организмов. При этом определенная  часть азота в виде молекул возвращается в атмосферу.

        В почвах происходит процесс нитрификации, который состоит из цепи реакций, когда при участии микроорганизмов происходит окисление иона аммония до нитрита или нитрита до нитрата. Восстановление  нитритов и нитратов до газообразных соединений молекулярного азота или его оксидов составляет сущность процессов денитрификации. В малых количествах атмосферный азот

                                                                                                                                                                  4

связывается с кислородом в процессе грозовых разрядов, а затем с дождями выпадает на поверхность почв.

Учитель биологии:

11. Круговорот азота. Азот - один из основных биогенных элементов - в громадных количествах содержится в атмосфере, где составляет 80% от общей массы её газообразных  компонентов. Однако в молекулярной форме он не может использоваться ни высшими растениями, ни животными.  В форму, пригодную для использования, атмосферный азот переводят электрические разряды (при которых образуются  оксиды азота, в соединении с водой дающие азотистую и азотную кислоты), азотфиксирующие бактерии и сине-зелёные водоросли. Одновременно образуется аммиак, который  другие хемосинтезирующие бактерии последовательно переводят в нитриты и нитраты. Последние наиболее усвояемы для растений. Биологическая фиксация азота на суше составляет примерно 1 г/м2, а в плодородных областях достигает 20 г/м2. После отмирания организмов гнилостные бактерии разлагают азотсодержащие соединения до аммиака. Часть его  уходит в атмосферу, часть восстанавливается денитрифицирующими бактериями до молекулярного азота, но основная  масса окисляется до нитритов и нитратов и вновь используется. Некоторое количество соединений азота оседает в глубоководных отложениях и надолго (миллионы лет) выключается из круговорота. Эти потери компенсируются поступлением азота в атмосферу с вулканическими газами (слайд 14, 15, 16).

учитель химии:

Задание:  (слайд 17) записать уравнения реакции, происходящие в атмосфере во время грозы

Осуществить цепочку превращений:

N2 NO  NO2  HNO3

в) локальные круговороты азота;

Большая часть азота забирается из почвы с сельскохозяйственными культурами, поэтому в почву нужно вносить азотные удобрения.

г) применение азота и его соединений

 Задание опыт:

Докажите экспериментальным путем, что нельзя вносить соли аммония в качестве азотных удобрений вместе с известью? (слайд 18).

Учитель биологии:

д) отрицательное влияние азотных соединений на окружающую среду;

Накопление нитратов и нитритов в продуктах питания и  вредно сказываются на здоровье человека, химическая эрозия почвы (слайд 19).

Презентация «Фосфор».

учитель химии:

а) химический круговорот фосфора в природе;

                                              разлагаются (эрозия)

Горные породы фосфаты                                     фосфаты

                                                                                            потребляются растениями

                                                                               для синтеза органических веществ

 б) природные фосфаты;

основные запасы фосфора содержат различные горные породы: фосфориты и апатиты, которые в результате разрушения и эрозии отдают свои фосфаты растениям, а они синтезируют органические вещества.                                                                                                                                              5

Содержат Р в виде нерастворимого Са3(РО4)2, плохо усваивается растениями.

Практическое задание: 

Докажите опытным путем, что выданное вам вещество №3 содержит фосфаты.

Запишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде. Назовите признаки реакции.

Учитель биологии:

 в) усвоение фосфора растениями и животными;

 г) разложение фосфатов бактериями и грибами;

Фосфаты употребляются растениями и используют их  для синтеза органических  веществ, При разложении трупов животных  и микроорганизмов фосфаты возвращаются в почву и затем снова используются растениями. Часть фосфатов выносится водотоками в море.

учитель химии:

 д) превращение нерастворимых фосфатов в растворимые (демонстрация опыта);

 е) отрицательное влияние фосфорных соединений на окружающую среду;

Подведение итогов урока:

1. Биосфера – энергетически открытая система

2. Накопление веществ в биосфере идёт за счёт растений, способных преобразовывать энергию солнечного света.

3. Круговорот веществ - необходимое условие существования жизни на Земле.

4. В процессе эволюции в биосфере установилось равновесие между организмами.

3. Закрепление.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ.

Биологическая задача № 1.

В основе круговорота веществ лежат связи между организмами - производителями, потребителями и разрушителями органического вещества.

Что это за связи? Почему цепь питания не может состоять только из организмов-производителей и потребителей органического вещества?

Биологическая задача №2.

Круговорот веществ, их движение требуют постоянного притока энергии. Что служит источником этой энергии? Почему считают, что поставщиками энергии являются растения? Какую энергию они поставляют для круговорота веществ?

Экологическая задача № 3.

Сокращение озонового слоя на 1% способствует росту раковых заболеваний на 6% в год. Численность жителей земного шара составляет 6 млрд. чел. Какова численность людей, заболевших раком, ежегодно, если дефицит озонового слоя достигнет указанной величины?

Экологическая задача № 4.

Автомобиль ГАЗ-24 с водителем и четырьмя пассажирами выбрасывает в воздух 40 г ядовитой окиси углерода (СО) за 1 км пробега. Сколько углерода (СО) он выбросит за 255 км пробега?

Домашнее задание:   (по выбору)

1. Творческое: на листе формата А4 составить схему круговорота кислорода, стрелками показать последовательность происходящих процессов и оформить получившиеся схемы рисунками.
2. Составить кроссворд по теме урока.

                                                                                                                                                             6