Гидрохимический практикум
статья по химии (9 класс)

Гидрохимическая практика

Голубкова Лариса Евгеньевна, учитель химии МБОУ Лицея №20, 652882, Кемеровская область, город Междуреченск, пр. Строителей, 59, 8(3875) 2-66-92

Одной из активных форм обучения на сегодняшний день являются полевые исследования, которые проводят  учащимися под руководством учителя. Такая деятельность обеспечивает непосредственное общение  с природой, формирует  прочные знания и соответствующие

компетенции.В этом отношении полевая практика обладает несомненнымипреимуществами перед отдельными экспериментами и опытами. Деятельность  учащихся в процессе полевой практики предоставляет возможность практического применения теоретических знаний, полученных на уроках, а также в процессеизучения природных комплексов демонстрирует значение экологии в решении проблем устойчивого развития и охраны природы.

Важнейшая задача практики — накопление фактических знаний о природных явлениях, формирование и развитие у учащихся компетенций анализа и оценки состояния природных экосистем.расширение образовательного пространства в области естественных наук (химия, биология, география). В соответствии с Федеральным Образовательным Стандартом нового поколения основного общего образования, в Лицеи № 20 города Междуреченска проводится комплексная полевая практика.  

На сегодняшний день полевая практика – важная часть системы общего образования в 9 классе химико-биологической направленности Лицея №20.   Актуальность данной формы работы заключается в комплексном подходе, который предполагает изучение и описание таких основ абиотических составляющих экосистем как климат, почвы, характер растительности, рельеф, воды. Все эти параметры определяют как внешний облик экосистемы, так и внутренние глубинные закономерности ее функционирования. Именно поэтому только тщательное изучение всех этих параметров соответствует требованиям комплексного подхода.

Целью комплексной полевой практики является практическое знакомство учащихся с методиками изучения окружающей среды; изучение выбранного природного комплекса.  Данная практика выполняет интегрирующую роль, является тем местом, где возникают межпредметные связи дисциплин естественного цикла.

Полевая практика предполагает 4 этапа: подготовительный, основной, аналитический, оценочный.

На подготовительном этапе организуется распределение учащихся по 3 группам, сообщение программы полевой практики, знакомство с условиями ее проведения, определение конкретных заданий прохождения практики.

Всех обучающихся, участвующих в полевой практике,  учителя делят на 3 группы (при этом каждая группа будет заниматься всеми предметами в соответствии с расписанием). С каждой  группой организуется деятельность относительно 3 блоков: химия, биология, география.

Основной этап предполагает проведение наблюдений, взятие проб, проведение экспериментов и исследований в естественной среде,расширяют знания по предметам естественного цикла, полученные на занятиях в школе с 5 по 8 классы. В процессе деятельности на основном этапе  ученики проводят опыты, регистрируют  факты, выдвигают гипотезы,  проверяют их, что стимулирует желания заниматься учебно-исследовательской деятельностью.   На данном этапе учениками используется полевой  блокнот, в который они записывают ход исследований, вносят замечания, делают всевозможные пометки. Полевой блокнот не подлежит оценке. Рабочая тетрадь является отчетным документом, поэтому в нее заносятся конечные данные исследований.

На аналитическом этапе происходит обработка и  анализ информации, полученной в ходе основного этапа, формулирование выводов по полученному анализу,систематизация материала по практике, подготовка отчетности по практике (оформление рабочей тетради), составление краткого отчетав письменном виде.

На оценочном этапе организуется оценка результатов практики.Все участники практики сдают дифференцированный зачет.  Перед зачетами обучающиеся предоставляют учителю тетрадь с оформленным отчетом по практике.  

Я расскажу о проведении гидрохимической практики. Полевая практика по химии включает в себя следующие формы работы:

1) визуальное знакомствогруппы обучающихся с водоемомпод руководством учителя;

2) измерение температуры воздуха и воды данного водоема;

3) измерение pH среды водоема с помощью pH-тестера;

4) забор пробы воды;

5) камеральная обработка отобранной пробы воды (определение органолептических свойств, концентрации Cl- - ионов, ионов Са2+, CO32-иHCO3-, а также общую жесткость воды).

Все результаты ребята записывают в рабочую тетрадь по практике.  Целесообразно сразу вносить в тетрадь все данные. Данная тетрадь не является полевым блокнотом, т.к. она может быть истрепана и испачкана, тогда все записи будут плохо различимы. Помимо этого очень важно заносить свои соображения и вопросы, которые возникают в процессе работы.

Отчет по химии выглядит следующим образом:  

1. Дата забора пробы (воды, почвы)  2
2. Время забора пробы (воды, почвы)
3. t0С проб (воды, почвы)
4. pH
5. Органолептические свойства:

б) цвет

в) запах (воды)

г) тип (почвы)

д) плотность воды

5. Определяемые ионы:

 Перейдем непосредственно к самой гидрохимической практике.  Основной задачей проведения практикума по химии является ознакомление учащихся с методами изучения воды.  Практикум включает в себя общие методы анализа и обработки полученных данных. Учащиеся знакомятся с основными методами аналитической химии применительно к определению ионного состава воды.  Пробы брались на расстояние 10 метров от берега на глубине 1 метр (такие расстояния необходимы для чистоты эксперимента).  При заборе пробы воды нам помогают родители учащихся (всё-таки уже осень).  Собранную воду помещаем в чистую стеклянную  бутылку с номером группы, обернутую в темную бумагу, т.к. под действием света происходят изменения в свойствах воды.

 Из всего многообразия характеристик состава природной воды мы определяем следующие важнейшие показатели:

1) органолептические показатели (цветность, запах, мутность);

2) определение содержания взвешенных частиц;

3) плотность;

4) рН- водной среды;

5) определение главнейших примесей воды (качественный и количественный анализ).

Определение органолептических свойств

Органолептическая оценка качества воды - обязательная начальная процедура санитарно-химического контроля воды.

Определение цветности.

Цветность - естественное свойство природной воды, обусловленное присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений железа.

Цветность воды определяется визуально или фотометрически, сравнивая окраску пробы с окраской условной 100-градусной шкалы цветности воды, приготавливаемой из смеси бихромата калия К2Сr2О7 и сульфата кобальта CoSO4.

Можно определять цветность и качественно, характеризуя цвет воды в пробирке высотой 10-12 см. Предлагаемый метод определения цветности является наиболее простым. (Таблица 1)

Таблица цветности.

В полевых условия наиболее приемлемо определять цветность воды качественно. Для качественного определения цветности нам необходимо воспользоваться чистой пробиркой и листом белой бумаги. Определить цветность воды легко. Необходимо рассматривать пробирку сверху на белом фоне при достаточном боковом освещении. Отметить необходимый оттенок и сделать вывод о цветности воды.

Определение запаха

  Запах воды обусловлен наличием в ней летучих пахнущих веществ, которые попадают в воду естественным путем либо со сточными водами. Обычно запах определяют при нормальной температуре (20°С) и при повышенной температуре (60°С) воды.

Характер запаха

Интенсивность запаха оценивают по 5 - бальной шкале, где 0 балов - отсутствие запаха, 5 - балов - запах очень интенсивный. Необходимо заполнить колбу исследуемой водой на 1/3объема и закрыть пробкой. Взболтать содержимое колбы вращательным движением руки и, открывая колбу, определить характер и интенсивность запаха. Для большей убедительность в определении запаха необходимо нагреть  воду до 60 градусов по Цельсию.

Определение мутности

Мутность воды обусловлена содержанием взвешенных в воде мелкодисперсных примесей. Мутность воды обусловливает ее прозрачность.

В полевых условиях мутность определяют визуально — по степени мутности столба высотой 10 - 12 см в мутномерной пробирке. При этом воду описывают следующим образом: прозрачная, слабо мутная, мутная, очень мутная.

Определение содержания взвешенных частиц.

 Определение содержания твердых осадков проводилось методом фильтрования. При этом рассчитывается масса взвешенных частиц, содержащихся в 0,5 - 1л исследуемой воды.

Определение водородного показателя (рН).

Водородный показатель (рН) представляет собой отрицательный логарифм концентрации водородных ионов в растворе.

Определение рН - среды проводится с помощью индикатора кислотности рН-тестера. Если показатель рН =3 ÷ 6, то вода имеет кислотную среду, т.е. преобладают кислые соли; если рН =8÷14, то вода имеет щелочную среду, т.е. преобладают основные соли.

Определение главнейших примесей воды.

Определение хлор-иона.

Хлорид - ион - важнейший показатель минерализации и генезиса природных вод. Он содержится во всех типах природных вод, начиная от атмосферных осадков, в которых его концентрация составляет от десятых долей до целых мг/л.

Удобным и быстрым методом определения хлорида в полевых условиях является аргентометрический метод (метод Мора), который относится к методу осаждения. В его основе лежит количественное осаждение ионов хлора Cl- в результате реакции между ионами хлора Cl- и ионами серебра Ag+.

Ag+ + Сl-→AgCl↓.

В качестве индикатора для определения конца реакции использовали раствор хромовокислого калия зеленовато-желтого цвета, который после полного осаждения ионов хлора Cl- образует с избытком AgNO3, осадок хромата серебра Ag2CrO4 красно-бурого цвета.

2Ag+ + 2СгO42-→Ag2CrO4↓

Титрование можно выполнять в пределах рН=5,0÷8,0.

Массовую концентрацию хлорид-иона в мг/л вычисляют по формуле:

где

Vхл. - объем раствора нитрата серебра, израсходованный на титрование, мл;

Н - концентрация титрованного раствора нитрата серебра с учетом поправочного коэффициента, г-экв/л;

Vа - объем воды, взятой на анализ, мл;

35,5 - эквивалентная масса хлора;

1000 - коэффициент пересчета единиц измерений из г/л в мг/л.

Определение карбонат-, гидрокабонат -ионов.

Определение карбонат- и гидрокарбонат-ионов является титриметрическим и основано на реакции с водородными ионами в присутствии фенолфталеина (при определении карбонат- ионов) или метилового оранжевого (при определении гидрокарбонат ионов) в качестве индикаторов.

Определение карбонат-ионов основано на реакции:

СО32-+Н+=НСО3-

Определение гидрокабонат- ионов основано на реакции:

НСОз- +Н+=СО2+Н2О

Расчет массовой концентрации карбонат -и гидрокарбонат- ионов проводят по формулам:

Ск =Vк х 300,

гдеVk,- объем кислоты, пошедший на титрование по фенолфталеину, мл.

Сгк,=Vгкх 305,

гдеVгк; - объем кислоты, пошедший на титрование по метиловому оранжевому.

Определение ионов кальция.

 Кальций - довольно распространенный ион природных вод , а в пресных водоемах - главнейший на ряду с гидрокарбонат- ионом.

Трилонометрический метод определения иона кальция в последнее время получил широкое применение, особенно в полевых условиях. Принцип трилонометрического метода определения ионов кальция основан на применении трилона Б (двунатриевой соли этилендиаминтетраускусной кислоты) в присутствии индикатора мурексида. В присутствии ионов кальция раствор мурексида окрашивается в красный цвет.

 Определение массовой концентрации кальция проводят по уравнениям:

Ска= Vка х 5, мг-экв/л

Общая жесткость — свойство воды обусловленное наличием в ней двухвалентных катионов (главным образом кальция и магния). Жесткость является важной характеристикой воды так как

определяет ее пригодность для различных целей.

Расчет общей жесткости в мг-экв/л производят по формуле

где: Vтр - объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование,

Н - концентрация тированного раствора трилона Б с учетом поправочного коэффициента,

Vа - объем воды взятый для анализа,

1000 - коэффициент пересчета единиц измерения из г-экв/л в мг-экв/л.

Определение концентрации растворенного в воде кислорода.

Определение концентрации растворенного кислорода в воде проводится методом йодометрического титрования – методом Винклера. Метод определения концентрации растворенного кислорода  основан на способности гидроксида марганца (II) окисляться в щелочной среде до гидроксида марганца (IV), количественно связывая при этом кислород. В кислой среде гидроксид марганца (IV) снова переходит в двухвалентное состояние, окисляя при этом эквивалентное связанному кислороду количество йода. Выделившийся йод оттитровывают раствором тиосульфата натрия (Na2S2O3) в присутствии крахмала в качестве индикатора. Для проведения гидрохимического практикума мы используем  портативные комплект-лаборатория для определения показателей качества воды в полевых условиях НКВ.

Многолетний опыт проведения полевых практик показывает их высокую образовательную результативность. Использование разработанной нами методики проведения комплексной полевой практики обеспечивает формирование у учащихся системы знаний и способов деятельности в сфере естественных наук, высокого  уровня сформированности практических умений учащихся и развития интереса к предметам естественнонаучного цикла в целях их профессиональной самоориентации.

По итогам многолетней работы учителями химико-биологического методического объединения было создано методическое пособие Комплексная полевая практика для учащихсяхимико-биологических классов. Авторами данного пособия являются учителя биологии, географии и химии нашего Лицея № 20.

Литература

      1. Никаноров А. М. Гидрохимия. / А. М. Никаноров, Е.В. Посохов.- Л. :Гидрометеоиздат, 1985. – 232 с.

      2. Цыцарин Г. В Введение в гидрохимию. / Г. В. Цыцарин. - М. :Изд - во Моск. ун-та, 1988. – 104 с.

      3. Резников А. А.    Методы анализа природных вод. / А. А. Резников, Е.П. Мумековская, И.Ю. Соколов. - М. : Недра, 1970. – 488 с.

      4. Цыцарин Г. В. Гидрохимический практикум. / Г. В. Цыцарин,Н.А. Шмидеберг. – М. : Изд-во Моск. ун-та, 1972. – 128 с.

      5. Строганов Н. С. Практическое руководство по гидрохимии. / Н. С.Строганов,

Н.С. Бузинова. – М. : Изд-во Моск. ун-та, 1980. – 257 с.