Интегрированный урок по теме "Вода" (8 класс)

Интегрированный урок по теме «Вода – самое обычное и необычное вещество»

ЦЕЛИ:

1. Создать условия для активизации знаний учащихся о воде.
2. Развивать умения применять знания и собственный опыт об одном и том же веществе на разных предметах.
3. Способствовать развитию мышления, обобщения и систематизации.
4. Воспитывать у учащихся чувство коллективизма, сотрудничества и взаимовыручки.

ОБОРУДОВАНИЕ: Таблицы, рисунки, высказывания о воде.

ПОДГОТОВКА К УРОКУ: за неделю учащимся дается задание подготовить сообщения о воде с точки зрения географа, физика, биолога, химика, эколога.

Учитель химии:

В кружево будто одеты
Деревья, кусты, провода.
И кажется сказкою это,
А все это просто вода.

Безбрежная ширь океана
И тихая заводь пруда,
Каскад водопада и брызги фонтана,
А в сущности это вода.

Высокие волны вздымая,
Бушует морская вода,
И топит, и губит, играя,
Большие морские суда.

Вот белым легли покрывалом
На землю родную снега…
А время придет – все растает,
И будет простая вода.

Вода повсюду. Она и вокруг нас: в океанах и морях, реках и озёрах, в дожде и снеге, в льдинах и водопроводных трубах, в питье и в пище. Она и в нас самих: мы на 2/ 3 состоим из воды. Вода – наиболее распространённое вещество, привычное в нашей жизни.

Сегодня у нас с вами не совсем обычный урок. Это урок, объединяющий знания по биологии, химии, физике. Такие уроки носят название интегрированных, т.к. помогают объединить знания всех наук для создания целостного представления об изучаемом объекте. Мы сегодня будем говорить о необычном по свойствам веществе планеты, обладающем особыми свойствами и, безусловно, важнейшем для всего живого – это вещество вода.

А поэтому я сегодня пригласила к нам некоторых специалистов, они смогут более подробно познакомить вас с особенностями воды.

ИСТОРИК. Сегодня любой школьник без труда назовет формулу воды H₂O и скажет, что это сложное вещество - оксид водорода. А древнегреческие философы принимали воду за простое вещество. Она считалась единым и неделимым веществом вплоть до конца XVIII в. Завершить многолетний гигантский марафон по изучению состава воды суждено было выдающемуся французскому химику А. Лавуазье и его коллеге, математику и физику П. Лапласу. В присутствии группы французских ученых 24 июня 1783 г. они синтезировали воду из “горючего воздуха”. При этом масса образовавшейся воды была равна массе водорода и кислорода, участвующих в реакции. Вот так в один день стало ясно, что вода не простой элемент, а сложное вещество.

Синтезировав воду, А. Лавуазье вскоре провел опыт по ее разложению: пропуская водяной пар над раскаленным железом, он получил водород и оксид металла. Новый способ получения водорода заинтересовал парижскую академию наук, поскольку работы эти совершенно неожиданно нашли практическое применение в воздухоплавании.

Первый запуск воздушного шара, наполненного водородом, осуществил французский ученый Жак Шарль 1 декабря 1783 г. Таким образом, вода стала причастной к первым полетам на воздушных шарах, открыв путь к практическому воздухоплаванию.

Опыты по синтезу и разложению воды продолжались. А. Лавуазье и Ж. Менье в феврале 1785 г. пришли к выводу, что вода содержит 85% кислорода и 15% водорода (по современным данным, 88,81% кислорода и 11,19% водорода).

ГЕОГРАФ. Обратите внимание на высказывание Вернадского: “”Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных процессов. Нет земного вещества – минерала, горной породы, живого тела, которое ее бы не заключало”. Вода уникальна и ничем не заменима.

Спуститесь в подземные пещеры. Они поразят вас сложной системой многоэтажных помещений, коридоров, сталактитов, сталагмитов. Подчас вам встретятся журчащий ручей или подземное озеро. Какой архитектор построил этот сказочный дворец - природная вода.

Обратите взор к небу, вы увидите облака или тучи, они плывут в водном океане, не воображайте, что они невесомы. Их масса 1 км ³ -2000 т. и состоят они из природной воды.

Не даром по некоторым предположениям биологов колыбелью жизни на Земле были мелководные лагуны, даже если жизнь была занесена из межпланетного пространства в форме спор одноклеточных организмов.

Если обратиться к самым страшным из известных катастроф, которые переживала наша планета – тайфуны, смерчи, цунами, земле и моретрясения, извержения вулканов- в этом принимает участие вода.

Площадь земной поверхности - 510 млн. км².

Площадь океана - 361 млн. км².

Водная оболочка Земли – гидросфера составляет около 71% земной поверхности, количество воды на поверхности Земли оценивается в 1,39х10¹⁸ тонн. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников.

В связанном состоянии вода находится в земной коре – литосфере. В глубинных слоях Земли воды находится больше, чем на поверхности.

В атмосфере находится около 1,3х10¹³ тонн воды. Молекулы воды входят в состав многих минералов и горных пород, присутствуют в почве, во всех организмах. Запасы воды на Земле составляют 1 млн. 359 тыс.м.³

98% в морях и океанах

2% воды суши (85% ледники, подземные воды 14%, 1% реки, озера, почвы, атмосфера.)

Вода играла и играет определяющую роль в геологической истории Земли.

БИОЛОГ: Жидкие растворы доминируют во всех живых организмах. Все биохимические реакции в каждой клетке – это реакции в водных растворах. Вода источник питания для растений. Вода передвигается по стеблю растения. Также стебель запасает влагу, без которой невозможна жизнь растения. Вода необходима для прорастания семян, а например, у папоротника без нее не происходит оплодотворение.

Все основные процессы жизнедеятельности у животных тесно связаны с водой. Вода составляет 60% и более от массы тела животных. Вода является средой обитания не только для растений, но и для животных. В воде живут рыбы, моллюск, раки, и многие другие животные.

Жизнь человека также зависит от воды. Вода составляет более половины массы тела человека (65%). Она входит в состав крови, пищеварительных соков, слез и других жидкостей.

Вода в организме человека

В организмах идет обновление воды. Например, в кактусах вода обновляется полностью в течении 28 лет, у черепахи за 1 год, у верблюда за 3 месяца, у человека за 1 месяц. Для человека потеря 6-8% влаги от веса тела вызывает тяжелое состояние, близкое к обмороку, а если потери достигают 10-12%- перестает биться сердце.( без воды человек может прожить только 3 дня, в то время как без пищи от30-до 50 дней). Без воды немыслимо очищение организма от шлаков, регуляция температуры тела, транспортная работа крови. Вода поддерживает кислотно-основное равновесие организма, большинство тканей и органов состоят из воды.

УЧИТЕЛЬ ХИМИИ: Если внимательно приглядеться к воде, то увидим, что привычное вещество обладает некоторыми совершенно удивительными свойствами. Уникальные свойства воды определяются структурой ее молекул.

В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Молекула изогнута под углом: в вершине угла находится атом кислорода, а по краям –два атома водорода. Поскольку кислород притягивает атомы сильнее, чем водород, молекула воды полярна: ее кислородный атом несет частичный отрицательный заряд, а каждый из двух атомов водорода - частично положительный заряд.

Частично отрицательный атом кислорода одной молекулы воды притягивается частично положительными атомами водорода других молекул; поэтому молекулы воды связаны друг с другом водородными связями. В жидкой воде эти слабые связи быстро образуются и столь же быстро разрушаются при беспорядочных соударениях молекул. Благодаря особой структуре молекул воды и их способности связываться друг с другом при помощи водородных связей вода обладает рядом свойств, имеющих важное значение для жизни:

ФИЗИК: Чистая вода - бесцветная жидкость, без вкуса и запаха, кипит при температуре 100^оС (при давлении 1 атм.), замерзает при 0^оС, её максимальная плотность (при 4^оС) равна 1г/см³. Вода - привычное для нас вещество. И в тоже время, сколько в нём необычного! Свойства воды не подчиняются общим закономерностям.

Аномалия 1-ая. Согласно своей относительной молекулярной массе вода должна быть газом, как её ближайшие родственники сероводород и селеноводород, теллуроводород.(демонстрация таблицы) Вода же плавится и кипит при значительно более высоких температурах. Эту аномалию можно объяснит тем, что молекулы воды способны соединяться друг с другом. Атом кислорода одной молекулы воды притягивает атом водорода другой. Связь между молекулами воды называется водородной (Слайд 19) За счёт неё молекулы связываются друг с другом и образуют целые группы молекул. Это затрудняет испарение воды, а, следовательно, повышает температуру плавления и кипения.

Аномалия 2-ая. Вода - единственное вещество, которое при затвердении расширяется. Поэтому плотность льда меньше плотности жидкой воды. Вот почему лёд плавает на поверхности воды. Один кубический дециметр воды при 4^оС имеет массу 1000 г, а кубический дециметр льда- 916г,т.е замёрзшая вода увеличивает свой объём на одну десятую часть. Эту аномалию воды можно объяснить тем, что понижением температуры увеличивается число водородных связей между её молекулами. Это приводит к такому расположению молекул воды относительно друг друга, при котором образуются пустоты между молекулами. Кристаллическая решётка льда имеет ажурное строение (демонстрация крист. ршётки) Попробуем вообразить, как выглядел бы мир, если бы вода обладала, нормальными свойствами лёд был бы, как и полагается твёрдому веществу плотнее жидкой воды. Зимой образовавшийся сверху лёд, как более плотный, тонул бы, непрерывно опускаясь на дно водоёма. Летом же лёд, защищённый толщей воды, не смог бы растаять. Постепенно все озёра, пруды, реки, ручьи превращались бы в гигантские ледяные гроты. Промёрзли бы моря, океаны. Наш прекрасный цветущий мир был бы сплошной ледяной пустыней, кое-где покрытой тоненьким слоем талой воды. Чудесной аномалией обладает наше удивительное вещество! Благодаря ей, наши водоёмы, которые в сильные морозы защищены ледяной крышей, полны жизни.

Аномалия3-я. Самое привычное для нас состояние воды - жидкое. Однако из того, что температура кипения воды – её аномалия, следует что в условиях нашей земли жидкое и твёрдое состояние - так же аномалия. Нормальным должно быть только газообразное состояние. Самое обычное свойство воды оказывается необычным и удивительным.

Аномалия 4-ая Наличие водородных связей между молекулами затрудняет испарение воды, поэтому у неё очень высокая температура испарения.

Нет ни одного вещества, у которого бы удельная теплота испарения была бы больше, чем у воды. Метеорологи подсчитали, что Солнце испаряет на Земле 1 миллиард тонн воды за минуту. Энергия Солнца, поднятая с водяным паром вверх, неминуемо должна выделяться обратно. Каждую минуту водяной пар отдаёт атмосфере Земли огромное количество энергии 2,2x10¹⁸Дж. Столько энергии за то же время могли бы выработать 40 мин электростанций, но по миллиону киловатт каждая. Эта энергия переходит в тепловую, нагревая воздух. Это та энергия, которая переносит сотни миллиардов тонн воды по воздуху в облаках и орошает дождями всю поверхность Земли, за счёт неё дуют ветры, возникают бури, рождаются штормы и ураганы.

Аномалия 5-я. В кристаллах льда, как и в жидкой воде, каждая молекула воды связана водородными с четырьмя соседними. Поэтому при плавлении льда приходится затрачивать большую энергию. Вода имеет высокую температуру плавления. Удельная теплота плавления льда 335 Дж на 1 г. Когда наступает зима, образуется лёд, вода отдает энергию, поглощенную при плавлении льда, обратно, подогревая Землю и воздух. 1 л воды, превращаясь в лед, подогревает на 1°С 250 тыс. литров воздуха. Это смягчает переход к суровой зиме, сильным морозам. Именно благодаря этому замечательному свойству воды на нашей планете существует осень и весна.

Аномалия 6-я. У воды самое высокое поверхностное натяжение из всех жидкостей, кроме ртути. Поверхность воды всегда затянута тончайшей пленкой из молекул, прочно соединенных водородными связями. Водная пленка выдерживает значительные давления.

Силы поверхностного натяжения заставляют воду подниматься из глубины почвы и питать растения. Вода сама поднимается вверх по капиллярным сосудам стволов деревьев и стеблям трав.

Аномалия 7-я. Вода самое распространенное вещество на Земле, и в то же время мы вправе сказать, что на Земле нет чистой воды. Все, что мы называем водой, - растворы тех или иных веществ в воде. Вода - один из лучших растворителей. В ней растворены газы атмосферного воздуха: азот, кислород, углекислый газ, аргон, и другие. Растворенные в воде соли придают ей приятный вкус. В воде некоторых источников содержится большое количество растворенных веществ, и она имеет целебные свойства. Это минеральная вода.

УЧИТЕЛЬ ХИМИИ

В основе физико-химических свойств лежит дистиллированная вода. Какими свойствами она обладает исходя из стихотворения Л.Мартынова.?

Вода благоволила литься

Она блистала столь чиста

Что ни напиться,

Ни умыться.

И это было не спроста.

Ей не хватало ивы, тала

И горечи цветущих лоз.

Ей водорослей не хватало

И рыбы жирной от стрекоз

Ей не хватало быть волнистой.

Ей не хватало течь везде

Ей жизни не хватало

Чистой, дистиллированной воды."

ХИМИК. Вода по-разному реагирует с веществами. Рассмотрим взаимодействие воды с металлами. От чего это зависит? Обратимся к "Ряду активности металлов" на форзаце учебника. Можно не проводя опытов определить, пойдет реакция или нет.

Самые активные металлы расположены вначале ряда (до магния) именно они реагируют с водой, без нагревания образуя щелочь и выделяя водород.

2Na+ 2H₂O=2NaOH +H₂

Наряду с металлами в этом ряду находится водород. Значит металлы, расположенные до водорода активнее его и поэтому выделяют водород из соединений. Металлы средней активности (от магния до водорода) реагируют с водой при нагревании с образованием оксидов и выделением водорода.

Mg+H₂O=MgO+H₂

Fe+H₂O=FeO+H₂

Металлы, стоящие после водорода не взаимодействуют с водой.

Вода также может взаимодействовать с неметаллами:

Пропуская пары воды, через раскаленные угли получают водяной газ

H₂O+C=CO+H₂

Вода способна гореть в атмосфере фтора

2F₂+2H₂O=4HF+O₂

Фосфор при нагревании с водой под давлением и в присутствии катализатора окисляется до метафосфорной кислоты.

6H₂O+3P=2HPO₃+5H₂

Вода взаимодействует с основными оксидами с образованием оснований

CaO+H₂O=Ca(OH) ₂

С кислотными оксидами вода дает кислоты

СO₂+H₂O=H₂CO₃

ЭКОЛОГ. Водопользование – это применение воды для хозяйственных нужд, то есть в промышленности, в сельском хозяйстве.

Водопотребление - это использование пресной воды для обеспечения живых организмов, в том числе человека.

В промышленности, в сельском хозяйстве вода используется в качестве растворителя, для обогрева школ, детских садов, больниц, заводов и фабрик…

 Сельское хозяйство – один из наиболее значительных потребителей воды (наряду с промышленностью, энергетикой и коммунальным хозяйством городов. ) Около3/4 воды в сельском хозяйстве расходуется безвозвратно. Чтобы составить мнение о водоемкости этой отрасли, напомним некоторые цифры: на выращивание 1 т пшеницы требуется за вегетационный период 1. 500 т воды; на выращивание 1 т риса – более 7 тыс. т ; на получения 1т хлопка – около 10 тыс. т воды. Подсчитано, что для производства суточной нормы пищевых продуктов в расчёте на одного человека требуется не менее 6 м³ воды…

В промышленности на 1т синтетического волокна нужно израсходовать 500 – 2. 500тыс. м3 воды; на 1т пластмассы: 500-1000м³; на 1 т бумаги: 400-800 м³; на 1т стали и чугуна: 160-200 м³. Одна теплоэлектростанция мощностью 300 тыс. кВт расходуется до 120 м³ воды, или более 300 млн. м³ в год. Вода, как сырье, используется для получения водорода и кислорода.

Человеческую жизнь нельзя представить без использования воды в быту. В первую очередь она источник гигиены.

Чистой воды на Земле становится все меньше. Больше всего пресной воды используется в промышленности и сельском хозяйстве. В результате запасы чистой пресной воды уменьшаются. Недостаток ее уже сейчас ощущается во многих странах. Однако это не потому, что запасы воды истощаются. Над водой нависла угроза загрязнения. Заводы и фабрики, электростанции потребляют воду и одновременно загрязняют ее различными отходами. Со сточными водами предприятий в реки и озера попадают разные ядовитые вещества. Все живое погибает в такой воде. Она отравляет воздух, становится источником тяжелых заболеваний. Воду надо беречь! Это надо понять и запомнить каждому. Беречь воду – это значит беречь жизнь, здоровье, красоту окружающей природы. Для экономии чистой воды, использованную воду очищают для повторного использования.

УЧИТЕЛЬ ХИМИИ

А теперь попробуйте ответить на мои вопросы.

1. Какова роль воды неживой природы?
2. Прочитайте в справочный материал “Вода в организме человека”, и ответьте на вопрос: какова роль воды в жизни человека?
3. Какова роль воды в жизни растении и животных?
4. Назовите важнейшие физические свойства воды.
5. Благодаря какому свойству воды водные бассейны регулируют температуру на нашей планете?
6. . Почему даже в лютую зиму, вода в водоемах не промерзает до дна? Какое это имеет значение для живой природы?
7. Можно ли считать природную воду чистым (индивидуальным) вещество?
8. Можно ли использовать дистиллированную воду для питья?
9. Как применяют воду и растворы в промышленности и сельском хозяйстве?
10. Где вода используется как сырье?

УЧИТЕЛЬ ХИМИИ: Так давайте же подведем итоги нашей работы. Я предлагаю вам рефлексию в виде индивидуальной работы. Запишите на листочках

Карточки вы должны положить на стол, когда будете выходить из класса.

Домашнее задание: подготовить творческие работы о воде (загадки, кроссворды, ребусы, рисунки, стихи)