Возможности экологического воспитания школьников при изучении темы: "Кальций и его соединения"

Mg²⁺ + SO₄^2- + 2Na⁺ + CO₃^2- > MgCO₃ v + 2Na⁺ + SO₄^2-

Mg²⁺ + CO₃^2- > MgCO₃ v

Карбонатная и некарбонатная жесткости в сумме составляют общую жесткость воды.

IV. Закрепление знаний (5 мин.)

1. На основе периодической системы и теории строения атомов поясните, какие свойства магния и кальция являются общими. Составьте уравнения соответствующих реакций.

2. Какие минералы содержат кальций и как их используют?

3. Расскажите, как отличить один природный минерал от другого.

V. Домашнее задание (3 мин.)

Ответьте на вопросы и выполните упражнения 1-15, § 48,49, решите упражнения 1-4, стр. 132-133 [14].

Именно таким образом выглядит план урока в школе по теме «Кальций и его соединения».

Исходя из вышеизложенного, очевидна необходимость наполнения школьного курса химии экологическим содержанием. Результаты проделанной работы будут изложены в третьей главе.

3. Использование экологических знаний при изучении темы «Кальций и его соединения

Бесспорно, что сегодня образованному человеку не обойтись без экологических знаний. В общеобразовательных учреждениях проблема решается введением дисциплины «Экология». В случае, когда это невозможно, вопрос решается через экологизацию школьных дисциплин. На уроках химии учитель поднимает многие экологические проблемы, обсуждает вместе с учащимися возможные пути их решения.

Вашему вниманию представляется урок на тему: «Кальций и его соедирнения», наполненный экологическим содержанием, позволяющий оценить важную роль перспективы развития экологического воспитания школьников, выявить взаимосвязь между изучаемым объектом и окружающей средой, а также определить роль уроков химии при формировании экологической самосознания школьников, их способности применять знания и навыки для достижения основной цели экологии - охраны окружающей природной среды.

3.1 Урок по теме «Кальций и его соединения» в 9-ом классе с. Карасу, позволяющий развить экологическое сознание школьников

Цель урока: познакомить учащихся с основными способами получения кальция и его соединений, возможностями применения соединений кальция, показать необходимость контроля содержания ионов кальция и магния в питьевых и сточных водах и обозначить значимость кальция как биогенного элемента.

Задачи обучения: сформировать понятие кальций, соединения кальция, расширить представление о способах применения различных минералов, содержащих кальций, в промышленности. Развить экологическое сознание и воспитание школьников, дать возможность ученику понять необходимость изучения экологических проблем для дальнейшего предотвращения загрязнения окружающей природной среды.

Задачи развития: продолжить развитие у учащихся основных приемов мышления (умения анализировать, сравнивать и т.д.), совершенствовать умение учащихся самостоятельно работать с дополнительной информацией. Развить экологическое сознание школьников, заложить в основу воспитания представления о взаимосвязи состава, строения, свойств и биологической функции веществ, их двойственной роли в живой природе.

Задачи воспитания: продолжить экологическое воспитание школьников.

Ход урока

II. Организационный момент (1-2 мин.)

- посадка детей;

- проверка принадлежностей;

- отметка отсутствующих и т.д.

II. Опрос домашнего задания (10 мин.)

4. Какие щелочные металлы Вы можете назвать?

5. Какое положение они занимают в периодической системе элементов Д.И. Менделеева?

6. Как получают натрий и калий?

7. Щелочные металлы являются сильными восстановителями или окислителями?

8. Какое место занимает кальций и магний в периодической системе элементов Д.И. Менделеева?

9. Где в промышленности применяют гидроксиды натрия и калия?

10. Какую степень окисления проявляет кальций и магний в соединениях?

III. Изучение нового материала (20 мин.)

1. Характеристика магния и кальция. Соединения кальция.

Таблица 1. Схема строения атомов магния и кальция

Положение магния и кальция в периодической системе и строение их атомов. Магний и кальций в периодической системе находятся в главной подгруппе группы. Схемы строения их атомов представлены в таблице. Как видно из схемы, последние два электрона у атомов магния и кальция расположены на наружном энергетическом уровне. Этим и объясняется, что магний и кальций во всех соединениях проявляют степень окисления +2.

2. Нахождение в природе.

По распространенности в земной коре кальций занимает пятое место - его содержание составляет 3,38% по массе. Кальций встречается только в виде соединений, чаще всего солей кислородсодержащих кислот. Известно около 400 минералов, содержащих данный элемент. Наиболее распространенны различные силикаты и алюмосиликаты, в частности анортит Ca₃[Al₂Si₂O₈], диопсид CaMg[SiO₆], волластонид Ca[Si₃O₉], также промышленное значение имеют кальцит (известняк, мрамор, мел) CaCO₃, доломит CaMg(CO₃)₂ фосфорит Ca₅(PO₄)₃(OH, CO₃), апатиты Ca₅(PO₄)₃(F, Cl), гипс CaSO₄ • 2 H₂O, флюорит CaF₂ и др. Значительное количество кальция находится в природных водах вследствие существования глобального карбонатного равновесия между практически нерастворимым карбонатом кальция, хорошо растворимым гидрокарбонатом кальция и находящимся в воде и воздухе диоксиде углерода. Заметное количество кальция содержится в организме человека и животных, в частности, гидроксилапатит - в костной ткани позвоночных, карбонат кальция - в раковинах моллюсков, яичной скорлупе.

3. Получение. Кальций получают путем электролиза его расплавленного хлорида.

4. Физические свойства. Кальций - металл серебристо-белого цвета, очень легкий (с = 1,55 г./см³), как и щелочные металлы, но несравненно тверже их и имеет гораздо более высокую температуру плавления, равную 851 ⁰С.

5. Химические свойства. Подобно щелочным металлам кальций является сильным восстановителем, что схематически можно изобразить так:

Соединения кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет. Как и щелочные металлы, металлический кальций обычно хранят под слоем керосина.

6. Применение кальция основано на следующих моментах: при металлотермическом получении урана, тория, циркония, цезия, рубидия и некоторых лантаноидов из их соединений, для удаления примесей кислорода, азота, серы, фосфора из сталей, бронз и других сплавов, для обезвоживания многих органических жидкостей, очистки аргона от примесей азота, в качестве геттер в вакуумных устройствах, легирующего элемента для алюминиевых сплавов и модифицирующей добавки для магниевых сплавов. Сплавы кальция со свинцом являются антифрикционными материалами в производстве подшипников. Еще большее применение нашли соединения кальция. Например, карбонат кальция применяют в качестве антацидного средства, при повышенной кислотности желудочного сока, хлорид кальция организму необходим для осуществления передачи нервных импульсов, сокращения сердечных и скелетных мышц, для формирования костной ткани, свертывания крови и нормальной деятельности других органов и систем.

7. Метаболизм кальция в организме человека.

К функциям кальция в организме относятся:

· структурная (кости, зубы);

· сигнальная (внутриклеточный вторичный мессенджер-посредник);

· ферментативная (кофермент факторов свертывания крови);

· нейромышечная (контроль возбудимости, выделение нейротрансмиттеров, инициация мышечного сокращения).

Главная роль в метаболизме кальция в организме человека принадлежит костной ткани. В костях кальций представлен фосфатами - Са₃(РО₄)₂ (85%), карбонатами - СаСО₃ (10%), солями органических кислот - лимонной и молочной (около 5%). Вне скелета кальций содержится во внеклеточной жидкости и практически отсутствует в клетках. В состав плотного матрикса кости, наряду с коллагеном, входит фосфат кальция - кристаллическое минеральное соединение, близкое к гидроксилапатиту Са₁₀(РО₄)₆(ОН)_2. Часть ионов Са²⁺ замещена ионами Mg²⁺, незначительная часть ионов ОН^- - ионами фтора, которые повышают прочность кости. Минеральные компоненты костной ткани находятся в состоянии химического равновесия с ионами кальция и фосфата сыворотки крови. Клетки костной ткани могут ускорять отложение или, наоборот, растворение минеральных компонентов при локальных изменениях рН, концентрации ионов Са²⁺, НРО₄^2-, хелатообразующих соединений [6]. В организме взрослого человека содержится 1-2 кг кальция, 98% которого находится в составе скелета [12]. Он составляет около 2% массы тела (примерно 30 моль). В крови уровень кальция - 9-11 мг/100 мл (2,2-2,8 ммоль/л), во внеклеточной жидкости - около 20 мг/100 мл.

В пищевых продуктах кальций содержится в основном в виде фосфата кальция, который и поступает в организм. В природе кальций встречается в виде карбоната, оксалата, тартрата, фитиновой кислоты (в составе злаков).

Дефицит кальция в организме часто связан с малой растворимостью большинства его солей.

С плохой растворимостью солей кальция связывают кальцификацию стенок артерий, образование камней в желчном пузыре, почечных лоханках и канальцах. Формы фосфата кальция по степени возрастания растворимости располагают следующим образом: Са₃(РО₄)₂>СаНРО₄>Са(Н₂РО₄)₂.

Фосфаты кальция легко растворяются в желудочном содержимом. Максимальное всасывание кальция происходит в проксимальных отделах тонкого кишечника и уменьшается в дистальных отделах.

Доля усвоения кальция более значительна у детей (по сравнению со взрослыми), у беременных и кормящих. Усвоение кальция снижается с возрастом человека, при дефиците витамина D.

8. Важнейшие соединения кальция, получаемые в промышленности.

Оксид кальция получают в промышленности обжигом известняка:

CaCO₃ > CaO + CO₂

Оксид кальция - тугоплавкое вещество белого цвета (плавится при температуре 2570 ⁰С), обладает химическими свойствами, присущими основным оксидам активных металлов (I, табл. II, с. 88) [14].

Реакция оксида кальция с водой протекает с выделением большого количества теплоты:

CaO + H₂O = Ca (OH)₂ + Q

Оксид кальция является основной составной частью негашеной извести, а гидроксид кальция - гашеной извести.

Реакция оксида кальция с водой называется гашением извести.

Оксид кальция применяется в основном для получения гашеной извести.

Гидроксид кальция Ca(OH)₂ имеет большое практическое значение. Он применяется в виде гашеной извести, известкового молока и известковой воды.

Гашенная известь - тонкий рыхлый порошок, обычно серого цвета (составная часть гидроксида кальция), немного растворим в воде (1,56 г. растворяется в 1 л воды при 20 ⁰С). Тестообразную смесь гашенной извести с цементом, водой и песком применяют в строительстве. Постепенно смесь твердеет:

Ca (OH)₂ + CO₂ > CaCO₃ v + H₂O

Известковое молоко - взвесь (суспензия), похожая на молоко. Она образуется при смешивании избытка гашеной извести с водой. Применяют известковое молоко для получения хлорной извести, при производстве сахара, для приготовления смесей, необходимых в борьбе с болезнями растений, для побелки стволов деревьев.

Известковая вода - прозрачный раствор гидроксида кальция, получаемый при фильтровании известкового молока. Используют ее в лаборатории для обнаружения оксида углерода (IV):

Ca(OH)₂ + CO₂ > CaCO₃ v + H₂O

При длительном пропускании оксида углерода (IV) раствор становится прозрачным:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O > Ca(HCO₃)₂

Если полученный прозрачный раствор гидрокарбонатного кальция нагревают, то снова происходит помутнение:

Ca(HCO₃)₂ > CaCO₃ v + H₂O + CO₂ ^

Подобные процессы протекают также и в природе. Если вода содержит растворенный оксид углерода (IV) и действует на известняк, то некоторая часть карбоната кальция превращается в растворимый гидрокарбонат кальция. На поверхности раствор согревается, и из него вновь выпадает карбонат кальция.

8. Гипс. Различают следующие виды гипса: природный - CaSO₄ • 2H₂O, жженый - (CaSO₄)₂ • H₂O, безводный - CaSO₄.

Жженый (полуводный) гипс, или алебастр, (CaSO₄)₂ • H₂O получают при нагревании природного гипса до 150-180 ⁰С:

2 [CaSO₄ • 2H₂O] > (CaSO₄)₂ • H₂O + 3H₂O ^

Если смешать порошок алебастра с водой, то образуется полужидкая пластическая масса, которая быстро твердеет. Процесс затвердевания объясняется присоединением воды:

(CaSO₄)₂ • H₂O + 3H₂O > 2 [CaSO₄ • 2H₂O]

Свойство жженого гипса затвердевать используют на практике. Так, например, алебастр в смеси с известью, песком и водой применяют в качестве штукатурки. Из чистого алебастра изготавливают художественные изделия, а в медицине его используют для накладывания гипсовых повязок.

Если природный гипс CaSO₄ • 2H₂O нагревать при более высокой температуре, то выделяется вся вода:

CaSO₄ • 2H₂O > CaSO₄ + 2H₂O^

Образовавшийся безводный гипс CaSO₄ уже не способен присоединить воду, и поэтому его назвали мертвым гипсом.

9. Жесткость воды:

IV. Закрепление знаний (5-7 мин.)

1. Что такое гашенная и негашеная известь и где их применяют?

2. Как получают гипс?

3. Расскажите, какие виды жесткости воды Вы знаете?

4. Какой вред здоровью человека могут нанести повышенное содержание ионов кальция и магния в организме человека, а также их недостаток?

5. Какие функции выполняет кальций в организме человека?

6. Каким образом можно устранить карбонатную жесткость?

7. Как избавиться от некарбонатной жесткости?

V. Домашнее задание (2-3 мин.)

Ответьте на вопросы и выполните упражнения 1-15, § 48,49, решите упражнения 1-4, стр. 132-133 [14].

Для того чтобы выяснить насколько хорошо были усвоены эти два урока и оказывают ли уроки с содержанием экологических знаний благотворное влияние на восприятие учениками нового материала было проведено контрольное тестирование. Тестирование проводилось по 2-м вариантам (Приложение 1), вопросы одного из которых были составлены на основе обычного школьного материала в сочетании с вопросами экологических проблем, связанных с содержанием кальция в организме человека, освещенных в третьей главе.

Результаты тестирования представлены в табл. 3.

Оценка уровня знаний учащихся в 9 классе до и после проведения уроков химии по теме «Кальций и его соединения» с экологическим содержанием.

Таблица 3.

Анализ результатов эксперимента свидетельствует о недостаточном уровне знаний учащихся по экологии, о повышении интереса учащихся к экологическим проблемам, дополнение уроков химии экологической информацией способствует развитию представлений об охране окружающей природной среды, что в конечном итоге привело к лучшему усвоению химических знаний. После проведения уроков с экологическим содержанием все 4 учеников 9 класса школы с. Карасу получили хорошие и отличные оценки.

Выводы

1. Проведен литературный обзор по теме квалификационной работы.

2. Подобран экологический материал для изучения темы «Кальций и его соединения» в школьном курсе химии 9 классов.

3. Приведена методика проведения урока по выбранной теме с экологическим содержанием.

4. Проведены уроки с содержанием обычной школьной программы и с экологическим уклоном.

5. Литературный обзор и Приложение 1 содержат материал, который учителя могут использовать при проведении уроков по химии в сельской в школе.

6. Задачи и тесты, представленные в Приложении 1, могут быть использованы для контрольных мероприятий.

Результаты проведенного в средней школе с. Карасу эксперимента показали улучшение усвоения материала школьниками, что способствовало развитию экологического воспитания школьников и расширило их познания в области охраны окружающей природной среды

Литература

1. Ефимова Е.В., Чупанова Л.В., Намова Л.Г., Миркин Б.М. Об экологической состовляющей химического образования/ Химия в школе, №9, 2003 г., с. 25-28.

2. Голубкова Г.Л., Степанова В.Н. Экологическое образование в гимназическом пространстве/ Химия в школе, №4, 2008 г., с. 17-24.

3. Бруннер В., Хорнинг Э. и др. Экологическое образование. Методы и примеры. - Опубликовано фондом «Сохраним чистоту Швеции», 1997 г.

4. Моисеев Н.Н. Экология и образование. - М.:, 1996 г.

5. Шаов А.Х. Элементы периодической системы Д.И. Менделеева с точки зрения химической экологии: Справочное пособие. - Н.:, КБГУ, 2003 г., 166 с.

6. Мецлер Д. Биохимия. Химические реакции в животной клетке/В 3 томах, т. 1, М., Мир, 407 с.

7. Кольман Я., Рем К.Г. Наглядная биохимия: Пер. с нем. М., Мир, 2000, 469 с.

8. Маршалл В.Дж. Клиническая биохимия / Пер. с англ. М., СПб, Бином - Невский диалект, 2002, 348 с.

9. Руководство по клинической лабораторной диагностике. Ч. 3. Клиническая биохимия / Под ред. М.А. Базарновой, В.Т. Морозовой. К., Вища школа, 1986, 279 с.

10. Смоляр В.И. Рациональное питание. К., Наукова думка, 1991, 368 с.

11. Клаттер У. Нарушения минерального обмена и костного метаболизма // Терапевтический справочник Вашингтонского университета. Под ред. М. Вудли и А. Уэлан. М., Практика, 1995, с. 502-601.

12. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э., Хилл Р., Леман И. Основы биохимии/ В 3 томах, т. 3, пер. с англ., М., Мир, 1981, 726 с.

13. Чен Т.Х., Раткевич Е.Ю., Алферова Е.А. Методика определения общей жесткости воды / Химия в школе, №5,2000 г., с. 80-81.

14. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия, учебник для 9 класса М.; Просвещение, 2002 г. -192 с.

15. Грамм-Осипова В.Н., Арефьева О.Д. Расчетные задачи с экологическим содержанием / Химия в школе, №7, 2000 г., 59-60.

16. Сведения об экологии в химических задачах / Химия в школе, №6, 2000 г., 55-56.