Роль и место самостоятельной работы на уроках и во внеурочное время в формировании научного мировоззрения и экологической культуры учащихся

Рис. 2. Зависимость температур плавления и кипения веществ от молекулярной массы: 1 -- t_nn; 2 -- t_кип

Молекулы воды, образованные ковалентной полярной связью, электростатически притягиваются друг к другу {демонстрирует схему образования водородных связей). Такое взаимодействие называют водородной связью. Водородные связи могут связывать три, четыре, пять, шесть молекул воды, образуя ассоциаты (карточки 12-15), имеющие значительно большие значения молярных масс, поэтому вода при обычных условиях -- жидкость. Между молекулами водородных соединений других элементов подгруппы кислорода водородные связи не возникают, и эти вещества при обычных условиях газообразны. Образованием водородных связей можно объяснить и хорошую растворимость некоторых веществ.

Журналист. Мы поняли, что на Земле встречается не чистая вода, а растворы различных веществ. А много ли в них растворено веществ?

Сотрудник химической лаборатории. Общий объем растворенных в Мировом океане солей равен 48 000 000 млрд. тонн. Если эти соли выпарить и равномерно распределить по всей поверхности земного шара, то образуется слой толщиной 45 м, а если распределить эту соль только по суше, то толщина слоя составит 153 м - это высота 50-этажного небоскреба.

Журналист. Имеет ли значение для живых организмов Земли способность воды растворять твердые, жидкие и газообразные вещества?

Сотрудник биолаборатории. Именно с водой к клеткам животных и растений поступают необходимые для жизнедеятельности вещества, продукты жизнедеятельности удаляются из клеток тоже с водой.

Вода участвует в явлениях осмоса, играющего важную роль в поддержании постоянства химического состава клетки. Осмос -- это проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор какого-либо вещества. Вода поступает в клетку именно путем осмоса. Давление, которое нужно приложить к раствору, чтобы прекратить этот процесс, называют осмотическим, оно возрастает с увеличением концентрации раствора. Осмотическое давление жидкостей организма человека соответствует давлению 0,86%-ного раствора хлорида натрия. Более концентрированные растворы принято называть гипертоническими, менее концентрированные -- гипотоническими. Направление диффузии воды -- в клетку или из нее -- обусловлено значением осмотического давления окружающего клетку раствора. Если, например эритроциты, поместить в гипотонический раствор, вода будет поступать в них и давление ее на наружную клеточную мембрану будет возрастать до тех пор, пока клеточная оболочка не лопнет. Напротив, в гипертоническом растворе вода стремится наружу, и клетки обезвоживаются.

На явлениях осмоса основано движение воды по проводящей системе зеленых растений от корней к листьям. Вода, всасываемая корневыми волосками, содержит мало растворенных веществ. Проникая в клетки через мембраны и создавая в них повышенное давление, вода придает упругость листьям, лепесткам цветков, стеблям трав.

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.

Эксперт-биолог. Вода - самое распространенное неорганическое соединение в живых организмах нашей планеты. Например, даже в клетках эмали зубов ее около 10%, а в теле медузы - до 98%. В среднем в многоклеточном организме вода составляет около 80% общей массы тела.

Количество воды в организме зависит от возраста. Эмбрион человека на 97% состоит из воды, а у новорожденных ее количество составляет 77% массы. К 50 годам человек немного «усыхает» и вода составляет только 60% от его массы.

Основная масса воды -- 70% -- сосредоточена внутри клеток, а 30% - вне клеток (7% -- это кровь и лимфа, а большая часть омывает клетки, это вода межтканевая -- интерстициальная).

Вода в организме постоянно обновляется. В кактусах полное обновление воды происходит в течение 28 лет, у черепах - за 1 год, у верблюдов -- за 3 месяца, у человека--за 1 месяц. Без воды человек может прожить только 3 дня, в то время как без пищи -- 30-50 дней.

Живые организмы чутко реагируют на потерю воды. Человек, например, тяжело переносит потерю даже 0,68% воды. При этом у него повышается температура, краснеет кожа, учащается сердцебиение, начинается головная боль. Потеря 10% воды может привести к необратимым изменениям в организме, потеря 15-20% воды при 30^о С (25% при 20° С) смертельна.

Журналист. Как происходит обезвоживание организма?

Эксперт-биолог. Этот процесс происходит на клеточном уровне. Растворы солей или Сахаров высокой концентрации, находящиеся вокруг клетки, вытягивают из нее воду. При этом цитоплазма отходит от стенок клетки. Это явление получило название плазмолиз.

Учитель демонстрирует опыты.

Опыт 1. «Выделение воды при плазмолизе». В небольшой цилиндр, наполненный глицерином, опускает кубик картофеля, нагрузив его для предотвращения всплытия. Постепенно из картофеля выделяется вода и поднимается вверх.

Опыт 2. «Потеря растением тургорного движения». Примерно за 30 мин до демонстрации в цилиндры с водой и раствором поваренной соли нужно опустить кусочки листьев капусты. На роке необходимо сравнить внешний вид образцов, сделать вывод.

Журналист. Мы знаем, что для сохранения тканей живыми вне организма ученые Акватоида опускали их в воду, но ткани погибали. Однако ткани, помещенные в 0,95%-ный раствор хлорида натрия, сохранились. Почему?

Сотрудник биолаборатории. Если ткани поместить в простую воду, концентрация солей в них снижается, что приводит к гибели клеток. В физиологическом растворе (0,95%-ный раствор хлорида натрия) клетки не погибают, так как концентрации солей в клетке и вне ее равны.

Журналист. Эксперименты показали, что если прилить в кровь чистую воду, то клетки крови человека лопаются, если же поместить их в концентрированный раствор соли, то они сморщиваются. Почему же этого не происходит, когда человек пьет воду и употребляет в пищу соль?

Сотрудник биолаборатории. В организме поддерживается постоянная внутренняя среда. Излишки воды и солей быстро удаляются через почки и кожу.

Журналист. Подлетая к зелено-голубой планете Земля, наши ученые заметили на поверхности воды темные пятна непонятного происхождения. Что это такое?

Эколог. Большая часть всей воды на Земле сосредоточена в морях и океанах. Запас пресной воды составляет всего 2%. Основное количество пресных вод (85%) сосредоточено во льдах полярных зон и ледников. Возобновление запасов пресных вод происходит в результате круговорота воды. С появлением жизни на Земле круговорот воды стал сложнее, так как к физическим явлениям испарения и конденсации добавились более сложные процессы, связанные с жизнедеятельностью живых организмов. Все более значительной становится роль человека в этом круговороте. Деятельность человека порой приводит к загрязнению природных вод.

Один из основных загрязнителей воды -- нефть и нефтепродукты, которые могут попадать в воду из естественных источников, при нефтедобыче, транспортировке, переработке и использовании в качестве топлива и промышленного сырья.

Из других загрязнителей необходимо назвать металлы (например, ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм. Из металлов наибольшую опасность для водной среды представляют ртуть, свинец и их соединения. Накопление в водоемах органических веществ приводит к эвтрофикации -- обогащению их биогенными элементами, следствием чего являются уменьшение содержания кислорода, обеднение фауны и флоры, неприятный запах.

Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают в водоемы подогретую воду. Это приводит к повышению температуры воды -- так называемому тепловому загрязнению. При этом уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие. В таких водоемах возникает и биологическое загрязнение -- накапливаются микробы.

Деятельность человека -- это геологическая сила, способная привести как к нарушению природных закономерностей, так и к улучшению состояния природных вод. На Земле разработаны химические и биологические способы очистки сточных вод, но самая эффективная мера -- применение безотходных технологий, при которых использованную воду очищают от примесей и загрязнений, а затем вновь используют в технологическом процессе. Повторное использование очищенных вод в 20-25 раз снижает потребление свежей воды и уменьшает сброс сточных вод в водоемы. Это одно из главных условий рационального использования воды.

Эксперт-эколог. Человечество потребляет огромное количество пресной воды -- в основном на промышленные и сельскохозяйственные нужды (рис. 3). Главный потребитель воды -- сельское хозяйство. Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70 % всей воды, затрачиваемой в промышленности.

На все виды водопользования тратится 2200 км³ воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных под мира. Расчеты показывают, что даже если очищать все сточные воды, то все ришт и их разбавление потребуется 30-35 тыс. км³ пресной воды. Это означает, что водные ресурсы близки к истощению.

Потребление воды связано с развитием цивилизации: чем выше ее уровень, тем больше потребляется воды (рис. 4). К началу XXI в. среднее потребление воды составило более 200 л в сутки на человека. Все это приводит к недостатку пресной воды.



Рис. 3. Потребление пресной воды в различных отраслях человеческой деятельности (в процентах)

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

Рис. 4. Потребление пресной воды человечеством

Руководитель экспедиции ученых Акватоида. Итак, мы выяснили, что вода может служить основой жизни не только для землян, но и для цивилизации планеты Акватоид. Овладение способами получения этого вещества позволит нам восстановить условия, необходимые для существования жизни на нашей планете.

Учитель химии. Закончим урок словами А. де Сент-Экзюпери: «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 объяснить 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...»

Учащимся предлагается кроссворд. Лучшие ответы оцениваются. Отметки по физике, биологии, химии и экологии получают школьники, исполнявшие роли ученых, журналистов, а также активно работавшие на уроке.

Кроссворд

				1							Р
								2			А
									3		С
										4	Т
										5	В
						6					О
7											Р
									8		И
							9				Т
				10							Е
										11	Л
							12				Ь

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 1 °С. 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.

Ответы. 1. Раствор. 2. Плазмолиз. 3. Осмос. 4. Теплоемкость. 5. Водород. 6. Обезвоживание. 7. Дистиллятор. 8. Кислород. 9. Кристаллизация. 10. Расширение. 11. Лед. 12. Соль. [6-9, 11, 17-18].

3.2 Контрольные задания

3.2.1 Задачи с решением

Бесспорно, что сегодня образованному человеку не обойтись без экологических знаний. В общеобразовательных учреждениях проблема решается через экологизацию школьных дисциплин. На уроках химии учитель поднимает многие экологические проблемы, обсуждает вместе с учащимися возможные пути их решения. При обобщении знаний в конце изучения курса неорганической химии можно предложить следующие задачи.

Задача 1. В сточных водах цеха гальванических покрытий содержится AgNO₃ массой 120 кг. Вычислите массу 30 %-ного раствора пероксида водорода Н₂О₂, необходимого для восстановления ионов серебра до металлического состояния.

Решение:

4AgNO₃ + 2Н₂O₂ = 4Ag + 4HNO₂ + O₂

m(AgNO₃) v(AgNO₃) v(H₂O₂) m(H₂O₂) m₀(H₂O₂)

120 ·10³ г 0,706 · 10³ моль 0,353·10⁵ моль 12,0 · 10³ г 40 ·10³ г

Ответ: m₀(H₂O₂) = 40 кг.

Задача 2. Целлюлозно-бумажный комбинат произвел сброс сточных вод. Вычислите объем хлора при н.у., необходимого для очистки 1000 м³ сточных вод от сероводорода. Концентрация сероводорода в сточных водах - 0,05 мг/л.

Решение:

H₂S + Cl₂ = S + 2НС1

c(H₂S)

0,05 · 10³ г/л

m (H₂S) v (H₂S) v (Cl₂) V(Cl₂)

50 г 1,47 моль 1,47 моль 32,94 л (н.у.)

V₀

1000 · 10³ л

Ответ: V(Cl₂) = 32,94л.

Задача 3. В результате аварии на производстве серной кислоты в сточные воды массой 400 кг попало 3,2 кг SO₃. Вычислите массовую долю образующейся серной кислоты в сточных водах.

Решение:

SO₃ + Н₂О Н₂SO₄

m(SO₃) v (SO₃) v (H₂SO₄) m(H₂SO₄) (H₂SO₄)

3,2 · 10^-3 г 40 моль 40 моль 3920 г 9,72 · 10^-3

Ответ: (H₂SO₄) = 9,72 · 10^-3 (0,972%)

Задача 4. На нефтеперерабатывающем заводе из-за поломки произошел аварийный сброс нефтепродуктов в ближайшее озеро. Масса сброшенных нефтепродуктов составила 500 кг. Выживут ли рыбы, обитающие в озере, если известно, что примерная масса воды в озере 10000 т. Токсическая концентрация нефтепродуктов для рыб составляет 0,05 мг/л.

Решение:

с = m/V₀; с = 500 кг / (10 · 10⁶) л = 500 10⁶ мг / (10 · 10⁶) л = 50 мг/л.

Ответ: с = 50 мг/л, что значительно больше токсической концентрации (0,05 мг/л).

Задача 5. При производстве фенолформальдегидных пластмасс произошел аварийный сброс фенола в ближайший водоем. Рассчитайте молярную концентрацию фенола в водоеме, если масса воды в нем -- 10 000 m, a масса сброшенного фенола составляет 0,5 кг.

Решение:

m (С₆Н₅ОН) v (С₆H₅OH) c (С₆H₅OH)

500 г 5,3 моль 5,3 · 10^-7 моль/л

Ответ: c (С₆H₅OH) = 5,3 · 10^-7 моль/л.

Задача 6. В сточных водах химико-фармацевтического комбината был обнаружен хлорид ртути HgCl₂, концентрация которого составила 5 мг/л. Для их очистки решили применить метод осаждения и в качестве осадителя использовали сульфид натрия Na₂S массой 420 г. Будут ли достаточно очищены сточные воды, чтобы допустить их сброс в соседний водоем, содержащий 10000м³ воды? ПДК(НgС1₂) = 0,0001 мг/л. Объем сточных вод 300 м³.

Решение:

HgCl₂ + Na₂S = HgS + 2NaCl

с (HgCl₂)

5 · 10^-3 г/л

m (HgCl₂) v(HgCl₂)

1500 г 5,52 моль

V₀

300 · 10^-3 л

по ур. реак.

m (Na₂S) v (Na₂S) v (HgCl₂) v_ост(HgCl₂) m (HgCl₂)с (HgCl₂)

420 г 5,38 моль 5,38 моль 0,14 моль 39 г 0,127 мг/л

Ответ: с (HgCl₂) = 0,127 мг/л, что значительно больше ПДК.

Задача 7. Выживут ли караси в озере объемом 500 000 м³, в воду которого попало 100м³ сточных вод сернокислотного завода, содержащих 1600 кг оксида серы(V1)? Токсическая концентрация серной кислоты для карасей равна 138 мг/л.

Решение:

m (SO₃) v (SO₃) v (Н₂SO₄) m (Н₂SO₄) с (Н₂SO₄)

1600 · 10³ г 20 · 10³ моль 20 · 10³ моль 1960 · 10³ г 3,92 мг/л

Ответ: c(H₂SО₄) = 3,92 мг/л, что значительно меньше токсической концентрации.

Задача 8. В результате вулканической деятельности образовалась смесь газов объемам 2000 м³ (н.у.), в которой объемная доля сероводорода составила 0,15. Сероводород полностью растворился в соседнем водоеме, объем воды в котором 5 · 10 м³. Можно ли использовать воду из данного источника в хозяйственно-питьевых целях, если ПДК(Н₂S) = 0,05 мг/л?

Решение:

V₀(смесь) V(H₂S) v(H₂S) V (H₂O)

2000 м³ 300 м³ (н.у.) 13,4 · 10³ моль 5 · 10⁹ л

m (H₂S) c (H₂S)

455,4 · 10³ г 91,1 · 10^-6 г/л (0,091 мг/л)

Ответ: c (H₂S) = 0,091 мг/л, т. е. больше ПДК. [10]

Задача 9. Концентрация ионов водорода в дождевых водах Нигерии во время грозы достигает 0,001 моль/л. Выполните следующие задания: 1) объясните появление ионов водорода в дождевой воде и напишите уравнения соответствующих реакций; 2) рассчитайте массу кислоты в дождевой воде массой 1 · 105 т (масса среднего грозового облака); 3) оцените массу углекислого газа, поступающую в атмосферу после выпадения таких осадков в районах, содержащих карбонатные породы.

Решение

1) при электрическом разряде (молнии) в воздухе образуются оксиды азота, которые в дальнейшем образуют азотную кислоту, эти процессы можно упрощенно записать в виде уравнений:

2NO + О₂ 2NО₂,

4NO₂ + O₂ + 2Н₂О 4HNO₃;

2) рассчитаем массу кислоты, образующейся при грозовых разрядах:

3) рассчитаем массу углекислого газа, образующегося при действии кислотного дождя на карбонатные породы:

Ответ: 1) см. химические уравнения в п. 1 решения; 2) m(НNО₃) = 6,3 т; 3) m(СО₂) = 2,2 т.

Задача 10. В Центральной Европе и Северной Америке бывают дожди, в которых концентрация ионов водорода достигает 1-10~4 моль/л (рН ss 4). Оцените массы серной и азотной кислот в 1 т дождевой воды, исходя из следующих предположений: 1) кислую среду создает только серная кислота; 2) только азотная кислота; 3) смесь кислот в молярном отношении 1:1. Проанализируйте, какая дождевая вода (из указанных) опаснее для мраморных и известняковых сооружений?

Решение:

1) рассчитаем массу серной кислоты, содержащейся в 1 т дождевой воды:

2) рассчитаем массу азотной кислоты, содержащейся в 1 т дождевой воды:

3) рассчитаем массы серной и азотной кислот, исходя из того, что их количества одинаковы. Пусть х -- количество (моль) каждой кислоты, содержащейся в 1 т воды. Учитывая, что общее количество ионов водорода равно 0,1 моль, записываем уравнение:

2х + x = 0,1 х = 0,0333 моль.

Пояснение к решению. В этой задаче рассматривают разбавленные растворы сильных кислот и поэтому расчеты сделаны на основе предположений, что степени диссоциации кислот равны 100 % (в том числе для I и II ступени диссоциации серной кислоты).

Ответ: 1) m(Н₂SO₄) = 4,9 г; 2) m(НNО₃) = 6,3 г; 3) m(Н₂SO₄) = 3,27 г; 4) m(НNО₃) = 2,1 г. Дождевые воды равного объема и с одинаковой концентрацией ионов водорода реагируют с одинаковым количеством карбоната натрия, что видно из ионного уравнения:

СаСО₃ + 2Н⁺ Ca²⁺ + Н₂О + СО₂.

Однако азотная кислота образует нитрат кальция, растворимость которого выше растворимости сульфата кальция и дигидрата сульфата кальция (гипса), и поэтому можно ожидать, что в присутствии азотной кислоты разрушение мраморных и известняковых сооружений будет идти быстрее.

Задача 11. В помещении V = 54 м³ разлилось 5,0 мл этиламина ( = 0,689 г/см³). Превышает ли его концентрация пдк (18 мг/м³)?

Решение:

Зная объем вещества и его плотность, найдем массу:

m = V.

m = 5,0. 0,689 = 3,445 г = 3445 мг

Для сравнения концентрации со значением ПДК этиламина найдем его концентрацию в приведенном помещении:

С = m/V = 3445 мг/ 54 м³ = 63,8 мг/м³.

63,8 / 18 = 3,5 раза

Ответ: Концентрация этиламина в помещении превышает значение его ПДК в 3,5 раза.

Задача 12. В результате аварии в цеху, размеры которого составляют 4 9 10 м произошла утечка 23 г 50 %-ного раствора триэтиламина (ПДК = 10 мг/м³). Превышает ли концентрация триэтиламина а помещении его ПДК?

Решение:

Найдем объем помещения:

V = 4910 = 36000 м³

Найдем массу триэтиламина, зная его концентрацию:

23 г 0,5 = 11,5 г триэтиламина

С = m/V = 1150 мг/3600 м³ = 0,32 мг/м³

Ответ: концентрация триэтиламина не превышает значение его ПДК

Задача 13. В цеху хранится 8,5 г аллиламина. Каков должен быть объем помещения, чтобы в случае аварии концентрация аллиламина не превысила значение его ПДК (ПДК = 0,5 мг/м³)?

Решение:

Найдем объем помещения из выражения для его концентрации:

С = m/V; V = m/C

V = 8500 / 0,5 = 17000 м³

Ответ: Объем помещения должен быть больше 17000 м³.

Задача 14. В лаборатории размерами 28 20 3 м было разлито 1,62 мл бутиламина (ПДК = 10 мг/м³, = 0,7401 г/мл) и 1,2 мл дипропиламина (ПДК = 5 мг/м³, = 0,7384 г/мл). Составляет ли угрозу здоровью персонала такая ситуация?

Решение:

Найдем массу веществ:

m = V

для бутиламина m = 0,7401 1,62 = 1,2 г = 1200 мг

для дипропиламина m = 0,7384 1,2 = 0,9 г = 900 мг

Найдем объем помещения:

V = 28 20 3 = 1680 м³

Концентрация веществ:

С₁ = m/V = 1200 / 1680 = 0,71 мг/м³

С₂ = m/V = 900 / 1680 = 0,54 мг/м³

Ответ: Данная утечка не представляет особой угрозы здоровью персонала.

По вышеприведенным схемам учащимся предлагается составить задачи.

Задача 15. Самый дешевый щелочной реагент для нейтрализации кислотных промышленных стоков - гашеная известь (гидроксид кальция). Используют как суспензию гидроксида кальция ("известковое молоко"), так и прозрачный раствор ("известковую воду"). Рассчитайте рН 0,02М раствора Ca(OH)₂.

Решение.

Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

Ca(OH)₂ = Ca²⁺ + 2 OH^-; рН > 7

c{Ca(OH)₂} = 0,02 моль/л; pH = ?

В соответствии с уравнением реакции равновесная молярная концентрация анионов OH^- вдвое больше концентрации гидроксида кальция c{Ca(OH)₂}:

[OH^-] = 2c{Ca(OH)₂}

рН = 14 - pOH = 14 + lg[OH_--] = 14 + lg 2c{Ca(OH)₂} = 12,6

Ответ. Водородный показатель известковой воды равен 12,6.

Задача 16. Рассчитайте, на сколько градусов поднялась бы температура вашего тела после стакана сладкого чая, если бы весь поступивший с чаем сахар сразу окислился в организме до углекислого газа и воды. В расчетах следует принять, что в одной чайной ложке содержится 10 г сахара; теплоемкость тела равна теплоемкости воды и составляет 4,2 кДж/(кг * К); тепловой эффект реакции окисления сахарозы равен 5650 кДж/моль; масса человека 60кг.

Решение

С тремя чайными ложками (m = 30г) в организм попадет сахароза количеством вещества:

n = m/M;

n = 30/342 = 0,088 (моль).

В результате его полного окисления выделится примерно 497 кДж (5650 кДж/моль * 0,088 моль) энергии.

Если вся эта энергия пойдет на нагрев тела, его температура поднимется на 2?C(497/(60?4,2)), т.е. с 36,6 до 38,6?C. На самом деле перегревания организма после приема пищи человек не чувствует, так как выделение тепловой энергии идет медленно и компенсирует естественные затраты, в том числе и на поддержание постоянной температуры тела.

Задание 17. Кислотность выше нормы могут иметь различные виды атмосферных осадков (дождь, снег, туман, роса). Главными кислотообразующими выбросами в атмосферу являются диоксид серы SO₂ и оксиды азота. Назовите еще два вида кислотообразующих видов, их основные источники. Предложите способ обнаружения в воздухе вредных выбросов.

Решение

За счет выбросов химических предприятий, сжигания отходов, фотохимического разложения фреонов в атмосфере происходит образование радикалов хлора, которые при соединении с метаном образуют газообразный хлороводород. Последний, в свою очередь, хорошо растворяется в воде, образуя аэрозоль соляной кислоты:

Cl^* + CH₄ = CH^*₃ + HCl

CH^*₃ + Cl₂ = Cl^* + CH₃Cl.

Для обнаружения в воздухе вредных выбросов можно использовать индикаторную трубку с оксидом кремния(IV) - силикагелем, который является хорошим сорбентом. Силикагель предварительно следует пропитать химическим реагентом, способным давать цветную реакцию с определяемым выбросом. Так, для обнаружения хлора применяется силикагель, пропитанный раствором йодида калия и крахмала. В результате продувания через индикаторную трубку воздуха, содержащего примесь хлора, выделяется йод, дающий с крахмалом синее окрашивание. По степени окраски сорбента достаточно точно можно определить концентрацию примеси.

Еще один источник кислотных дождей - аэрозоль плавиковой кислоты - образуется в воздухе за счет выбросов фтороводорода. Источник выбросов - производство алюминия и стекла.

Задача 18. Будет ли вредна для здоровья питьевая вода, если в ней обнаружено:

а) 3,3*10^-6 моль/л ионов железа (II);

б) 1,7*10^-7 моль/л ионов никеля (II);

в) 1,9*10^-7 моль/л ионов хрома (III)?

Санитарные нормы допускают присутствие в питьевой воде ионов железа(II)в количестве 0,2 г/м³; ионов никеля(II) - 0,1 г/м³; ионов хрома(III) - 0,05 г/м³.

Решение

В 1 м³ такой воды содержится примерно 0,184 г ионов железа(II), 0,01 г ионов никеля(II), 0,01 моль ионов хрома(III). Вода невредна для здоровья, поскольку содержание обнаруженных ионов ниже допустимых норм.

Задача 19. Желудочный сок - это бесцветная жидкость, имеющая кислотную реакцию среды благодаря присутствию соляной кислоты HCl, которая относится к числу сильных кислот. Рассчитайте pH желудочного сока, если массовая доля HCl в нем составляет 0,5%.Плотность желудочного сока практически равна плотности воды.

Решение

Хлороводородная кислота - сильная, диссоциирует необратимо:

HCl = H⁺ + Cl^-.

Значит, концентрация ионов водорода равна концентрации раствора (в моль/л), которую можно определить следующим образом:

c(HCl) = (p*w*1000)/M(HCl);

c(HCl) = (1*0,005*1000)/36,5 = 0,137 (моль/л).

Отсюда pH = -lg(H⁺) = -lg 0,137 = 0,86.

Задача 20. Одно из самых дешевых азотных удобрений - аммиачная вода, раствор аммиака. Определите степень диссоциации гидрата аммиака NH₃^. H₂O в 0,002М растворе, если его рН равен 10,3 при 25 ^oС.

Решение.

Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

NH₃^. H₂O <<здесь знак обратимости>> NH₄⁺ + OH^-; рН > 7

c(NH₃^. H₂O) = 0,002 моль/л; pH = 10,3

a = ?

В соответствии с уравнением реакции равновесная молярная концентрация анионов OH^- связана с концентрацией гидрата аммиака и степенью диссоциации:

[OH^-] = a. c(NH₃^. H₂O)

рН = 14 - pOH = 14 + lg[OH^--] = 14 + lg {a. c(NH₃^. H₂O)}

a = (10 ^{pH - 14}): с = 10 ^{10,3 -- 14} / 0,002 = 0,093 = 9,3%

Ответ. Степень диссоциации гидрата аммиака равна 9,3. [9 - 11]

3.2.2 Задачи с правильным ответом

Задача 1. В стратосфере на высоте 20-30 км находится слой озона O₃, защищающий Землю от мощного ультрафиолетового излучения Солнца. Если бы не "озоновый экран" атмосферы, то фотоны большой энергии достигли бы поверхности Земли и уничтожили на ней все живое. Подсчитано, что в среднем на каждого жителя Белгорода в воздушном пространстве над городом приходится по 150 моль озона. Сколько молекул озона и какая его масса приходится в среднем на одного белгородца? (Ответ: 9,03*10²⁵; 7,2 кг)

Задача 2. Одинаковое ли (и какое именно) число молекул содержится в 1г воды и в 1г кислорода? Какова роль этих веществ в биосфере Земли? (Ответ: 0,33*10²³; 0,37*10²⁷)

Задача 3. Чтобы приготовить бордосскую смесь (препарат против фитофторы - грибкового заболевания огородных растений), используют медный купорос CuSO₄?5H₂O. Рассчитайте число атомов кислорода и водорода, которые содержатся в 350 г этого вещества. (Ответ: 75,8*10²³; 84,2*10²³)

Задача 4. В сутки человек вдыхает приблизительно 25 кг воздуха. На каждые 100 км пути автомобиль расходует 1825 кг кислорода. Сколько суток сможет дышать человек воздухом, если одна из машин проедет на 100 км меньше? Используя приведенные факты и результаты ваших расчетов, подготовьте:

а) рекламный проспект автомобилей;

б) текст обращения к президенту России о защите природы.

(Ответ: 347 суток 14 часов 52 минуты)

Задача 5. Основной компонент природного газа - метан. Некоторые крупные месторождения природного газа, например Астраханское, Оренбургское, помимо углеводородных газов содержат значительное количество сероводорода. Эта примесь, с одной стороны опасна, так как вызывает сильную коррозию трубопроводов и перекачивающей аппаратуры. Кроме того, при сгорании такого газа получается оксид серы (IV), что вызывает загрязнение атмосферы. С другой стороны сероводород является ценным химическим сырьем, из которого можно получить, например, серную кислоту. Предложите рациональные, по вашему мнению, способы очистки природного газа от сероводорода.

Задача 6. Белгородский мел содержит карбонат кальция и карбонат магния в пересчете на CaO и MgO соответственно 54 и 0,5 %.

Сколько примеси содержит белгородский мел?

Какой объем CO₂ выделится в атмосферу при обжиге образца такого мела массой 1 кг? (Ответ: 2,5%)

Задача 7. В природе постоянно происходит круговорот биогенных элементов: углерода, водорода, кислорода, фосфора, азота и др. Человек в процессе своей деятельности вмешивается в круговорот веществ, использую минеральное сырье для своих нужд. Какая масса углерода должна превратиться в CO₂, чтобы получить 1 л минеральной газированной воды с концентрацией углекислоты 2%, с=1г/см³. (Ответ: 3,84 г.)

Задача 8. Азот - незаменимый биогенный элемент, поскольку входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера - неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений. Существуют азотфиксирующие бактерии, способные фиксировать азот воздуха и превращать его в доступную для растений форму. С помощью таких бактерий при хорошем урожае клевер может накапливать за сезон 150-160 кг/га азота. Какой объем воздуха в м³ содержит такую массу азота? Какую массу 10 % раствора аммиачной воды (используемой в качестве удобрений) может заменить 1 га клевера, накопивший за сезон 100 кг/га азота? (Ответ: 120 м³, 2100 кг)

Задача 9. Растения поглощают минеральные вещества и углекислый газ и под действием ультрафиолета синтезируют глюкозу, выделяя кислород.

Какой объем CO₂ усвоили зеленые листья сахарной свеклы для получения 100 г сахарозы, из которой можно изготовить 10 конфет (одна конфета содержит примерно 10 г сахара)? (Ответ: 26 л СО₂).

Задача 10. Листья растения махорки содержат лимонную кислоту, примерно 3%. Какая масса зеленых листьев этого растения потребуется для получения 1 кг лимонной кислоты, если потери при производстве составляют 15 %? (Ответ: 39,1 кг). [21, 26-27].

3.2.3 Задачи для самостоятельного решения

1. Большой ущерб водным организмам наносят соединения мышьяка. Особенно ядовиты соединения мышьяка (III) Предложите способ очистки сточных вод от арсенатов и арсенитов, принимая во внимание, что мышьяк является аналогом фосфора.

2. Накопление углекислого газа в атмосфере становится опасным загрязнением - приводит к парниковому эффекту. Какой объем CO₂ попадает в атмосферу при сжигании 100 г полиэтилена (100 шт. использованных пакетов)?

3. Поскольку нефтепродукты горючи, очистку от них водной поверхности можно было бы проводить путем сжигания нефтяной пленки. Такой способ, конечно, не экономичен, он связан с потерей топлива, но охрана природы, сохранение морской и прибрежной фауны и флоры важнее, чем экономия нефти. Трудность сжигания нефтяной пленки заключается в том, что поджечь можно только относительно толстый слой плавающей на поверхности воды нефти. Если же пленка тонкая (так бывает в большинстве случаев), поджечь ее не удается. Предложите способ сжигания тонких пленок нефтепродуктов на поверхности воды.

4. Большие неприятности доставляет наличие в сточных водах карбоновых кислот и их солей. Предложите физико-химический способ очистки воды от этих загрязнений.

5. При нейтрализации промышленных стоков белгородского завода "Ритм" было получено 300 кг осадка Cr(OH)₃. Какую массу металлического хрома можно получить из осадка, если производственные потери составляют 10 %

6. Маршрутный автобус расходует за день 60 кг бензина. Сколько кубометров газа выделяет он в городе, загрязняя среду? Плотность этого газа при температуре 0°С равна 0,002 кг/м³. Какие способы защиты атмосферного воздуха от загрязнения выбросами автотранспорта вы можете назвать?

7. Для обогрева почвы в парниках применяется нагревательный элемент, изготовленный из стальной проволоки длиной 693 м и сечением 7 мм². Определите количество теплоты, выделяемой ежесекундно нагревательным элементом, если по нему проходит ток силой 22,7 А. В чем сущность «парникового эффекта», играющего важную роль в тепловом балансе нашей планеты?

8. Во время пахоты на влажной почве колесный трактор забуксовал. Выполняется ли в этом случае трактором работа? Какая экологически нежелательная проблема возникает при этом?

9. Рыжие лесные муравьи обладают феромоном тревоги - кислотой, которая одновременно служит оружием. Установите его структурную формулу, если вещество разлагается при нагревании, дает реакцию серебряного зеркала.

10. Рассчитайте объем СО₂, возвращенного в круговорот углерода в результате деятельности метанокисляющих бактерий, если ими было утилизировано из воздуха 4,8 т СН₄. Процесс биологического окисления метана при этом идет ступенчато.

11. ПДК фенола у мест водопользования составляет 0,001 мг/л. Рассчитайте, во сколько раз концентрация фенола будет превышать ПДК, если в водоем вместимостью 10⁴ м³ со сточными водами коксохимического предприятия было сброшено 47 кг фенола.

12. В лабораторных спиртовках этиловый спирт сгорает с выделением СО₂ и Н₂О. Вычислите объем СО₂, который накопился в химическом кабинете объемом 288 м³, если на каждом из 18 столов за время работы учеников сгорает 2,3 г спирта.

Рассчитайте объемную долю СО₂ и поясните, окажет ли он влияние на самочувствие учащихся, работающих в кабинете, если учесть, что объемная доля СО₂ в атмосферном воздухе составляет 0,03%. Если же его содержание превышает 4%, то происходит раздражение дыхательных путей, возникают шум в ушах и головная боль.

13. В питьевой воде были обнаружены следы вещества, обладающего общетоксическим и наркотическим действием. На основе качественного и количественного анализов этого вещества было установлено, что это производное фенола и массовые доли элементов в нем равны: 55% С, 4,0% Н, 14,0% О, 27% Cl.

Установите молекулярную формулу вещества. Составьте уравнения реакции его получения, укажите возможные причины попадания этого вещества в среду.

14. Один из способов очистки коксового газа от оксидов азота(II) - использование метана:

Какой объем СН₄ расходуется в час на взаимодействие с NO на установке по очистке коксового газа производительностью 130 тыс. м³/ч, если в 1 м³ коксового газа содержится 6 см³ NO?

15. В промышленности винилхлорид получают пиролизом дихлорэтана (1-я стадия):



В настоящее время осуществлен сбалансированный (безотходный) синтез винилхлорида. Для этого выделяющийся при пиролизе HCl смешивают с этиленом и кислородом, а затем эту смесь подвергают окислительному хлорированию в присутствии катализатора хлорида меди(II) CuCl₂ на носителе (2-я стадия):

16. Рассчитайте объем НСl (н. у.), выделившегося при пиролизе 19,8 кг дихлорэтана, и массу винилхлорида, полученного при сбалансированном синтезе. Какой объем займет этилен (н. у.), необходимый для второй стадии процесса? Оцените новую технологию получения винилхлорида с позиции защиты окружающей среды от загрязнения [20, 25-28].

3.3 Тестовые задания и индивидуализация обучения

Оптимальным можно считать только такое обучение, которое способствует овладению приемам самостоятельного приобретения знаний и их применения.

Чаще всего используют тесты со свободно конструируемыми ответами и тесты с выборочными ответами. Последние дают возможности учащимся лучше понимать общие и отличительные качества изучаемых объектов, легче классифицировать различные явления.

Применение данного метода позволяет учителю получить сведения об усвоении того или иного материала, не затрагивая время на беседу с учащимися.

1. Впервые термин «экология» в науку ввел:

а) К. Мебиус;

б) В.Н. Сукачев;

в) Э. Геккель;

г) В.И. Вернадский.

2. Термин «экосистема» впервые предложил ученый:

а) Мебиус;

б) Фобс;

в) Тенсли;

г) Сукачев.

3. Способность экосистемы к поддержанию динамического равновесия называется:

а) выживаемостью;

б) гомеостазом;

в) плотностью;

г) дигрессией.

4. Минимальный уровень энергии в экосистеме будет у:

а) продуцентов;

б) консументов первого порядка;

в) редуцентов;

г) Консументов.

5. Закончите определение. Биосфера - это:

а) оболочка Земли, в которой существуют и взаимодействуют с окружающей средой (или когда-либо существовали и взаимодействовали) живые существа;

б) оболочка Земли, включающая часть литосферы, атмосферы и гидросферы;

в) Оболочка Земли, в которой существует человечество.

6. Вещество, сформировавшееся без участия живых организмов, В.И. Вернадский назвал

а) Живым веществом;

б) Биокосным веществом;

в) Биогенным веществом;

г) Косным веществом;

7. Круговорот углерода отличается от круговоротов воды, фосфора и азота тем, что

а) запасы углерода в горных породах недоступны;

б) не весь углерод усваивается растениями вновь;

в) углерод концентрируется в горных породах;

г) углерод вымывается в океан безвозвратно.

8. Процесс разрушения соединений азота до молекулярного состояния

а) аммонификация;

б) редукция;

в) денитрификация;

г) деструкция.

9. Определите, к каким факторам среды -- можно отнести следующие факторы: а)хищничество, б)вырубка лесов, в)влажность воздуха, г)температура воздуха, д) паразитизм, е)свет, ж)строительство зданий, з)давление воздуха, и)конкуренция, к)выброс углекислого газа заводами, л)соленость воды.

1. абиотическим - в, г, е, з, л.

2. биотическим - а, д, и.

3. антропогенным - ж, к

10. В каждом из предложенных примеров выберите тот фактор, который можно считать лимитирующим:

а) Для растений на глубине 6000 м:

Вода, температура, углекислый газ, свет

б) Для растений в пустыне летом:

Температура, свет, вода.

в) Для скворца зимой в подмосковном лесу:

Температура, пища, кислород, влажность воздуха, свет.

г) Для речной обыкновенной щуки в Черном море:

Температура, свет, пища, соленость воды, кислород.

д) Для кабана зимой в северной тайге:

Температура, свет, кислород, влажность воздуха, высота снежного покрова.

11. Расположите перечисленные источники энергии в порядке убывания их экологической опасности:

а) ГЭС;

б) ТЭЦ на природном газе;

в) солнечные электростанции;

г) АЭС;

д) ТЭЦ на угле;

е) приливно-отливные электростанции.

Правильный ответы-е, в, б, а, д, г

12. В крупных городах более половины выбросов в атмосферу производят:

а) Промышленные предприятия;

б) Энергетика;

в) Химическая и угольная отрасли промышленности вместе;

г) Транспорт.

13. Сохранение природной среды и решение экологических проблем бассейна р. Баксан относится к проблемам:

а) Локального характера;

б) Регионального характера;

в) Глобального характера;

г) Районного масштаба.

14. Проблема разрушения озонового слоя относится к проблемам:

a) Локального характера;

б) Глобального характера;

д) Районного масштаба;

с) Регионального характера;

15. Способность ядовитых веществ оказывать вредное действие на живые организмы называется

а) токсичность;

б) техногенез;

в) автогенез;

г) куммулятивность.

16. Тератогенное действие на живые организмы - это действие:

а) на поджелудочную железу;

б) на почки;

в) на плод в утробе матери;

г) на рядом находящиеся живые организмы;

17. Развитие злокачественных опухолей под воздействием вредных факторов, называется:

а) Онтогенез;

б) Канцерогенез;

в) Филогенез;

г) Биогенез;

18. Одними из самых сильных канцерогенов признаны:

а) Хлорорганические соединения;

б) Галогены;

в) Тяжелые металлы;

г) Фосфорорганические соединения;

19. Использованные люминесцентные лампы являются источником одного из наиболее опасных ядов - ионов:

а) Pb - свинца;

б) Cd - кадмия;

в) Hg - ртути;

г) Ni - никеля;

20. Свинец (Pb), негативное биологическое воздействие которого связано с замещением ионов кальция (Ca) в костях, используется в производстве:

а) Красок и автомобильного топлива;

б) Ламп и батарей;

в) Калийных и фосфорных удобрений;

г) Пестицидов;

21. Болезнь Минамата, приводящая к глухоте, параличу и смерти людей, вызывается:

а) Повышеным содержанием в пище кобальта (Co);

б) Повышеным содержанием в пище ртути (Hg);

в) Нехваткой микроэлементов;

г) Обезвоживанием организма;

22. Основным компонентом атмосферы является:

а) Кислород;

б) Водяные пары;

в) Аргон;

г) Азот;

23. Наиболее значимым для живых организмов из основных компонентов атмосферы является:

а) Кислород;

б) Водяные пары;

в) Аргон;

г) Азот;

24. Атмосфера защищает живые организмы, населяющие поверхность планеты, от воздействия:

а) Вулканических выбросов;

б) Жесткого ультрафиолетового излучения;

в) Хозяйственной деятельности человека;

г) Парникового эффекта;

25. Постепенное потепление климата на планете называют:

а) Озоновым экраном;

б) Парниковым эффектом;

в) Фотохимическим смогом;

г) Локальным загрязнением атмосферы;

26. Основной причиной глобального потепления климата является:

а) Изменение естественного радиоактивного фона;

б) Увеличение в атмосфере концентрации диоксида углерода (СО₂);

в) Истончение озонового слоя;

г) Увеличение в атмосфере концентрации диоксида серы (SO₂);

27. Озоновый слой атмосферы разрушается под действием:

а) Жесткой солнечной радиации;

б) Углекислого газа;

в) Хлорфторуглеводородов;

г) Изменения геомагнитных свойств атмосферы;

28. Основной причиной выпадения кислотных дождей считают воздействие на атмосферу:

а) Электромагнитных излучений;

б) Выбросов сернистого газа;

в) Высокотоксичных соединений;

г) Мелких частиц сажи.

29. Ядовитый туман, образующийся при воздействии солнечного света на смесь выбросов промышленных предприятий и транспорта, называют:

а) Фотохимическим смогом;

б) Задымлением атмосферы;

в) Лондонским смогом;

г) Парниковым эффектом.

30. Какие из нижеперечисленных органов и тканей человека наиболее чувствительны к радиационному излучению?

а) Кости;

б) Жировая ткань;

в) Костный мозг;

г) Мышечная ткань.

31. Воды Мирового Океана относятся к:

а) Неисчерпаемым природным ресурсам;

б) Возобновляемым (исчерпаемым) природным ресурсам;

в) Невозобновляемым (исчерпаемым) природным ресурсам;

г) Вечным природным ресурсам.

32 Запасы пресной питьевой воды сосредоточены в основном в:

а) Озерах и прудах;

б) Ледниках;

в) Реках;

г) Почве.

33. Возросший дефицит пресной воды вызван в основном:

а) Ухудшением климата;

б) Резким уменьшением объема грунтовых вод;

в) Загрязнением водоемов;

г) Глобальным засолением почв;

34. Приоритетным загрязнителем Мирового Океана является:

а) Бытовой мусор;

б) Нефть и нефтепродукты;

в) Биологические отходы;

г) Твердые промышленные отходы;

35. Незамерзание водоемов в холодное время года - один из признаков:

а) Естественной эвтрофикации водоема;

б) Теплового загрязнения водоема;

в) Здорового состояния водоема;

г) Засорение поверхностного водоема;

36. Эвтрофикацией водоемов называют:

а) Быстрое накопление органических веществ, ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны

б) Быстрое бытовое загрязнение водоемов синтетическими моющими средствами;

в) Активное загрязнение водоемов продуктами нефтепереработки;

г) Активное поступление в водоемы солей тяжелых металлов;

37. Эвтрофикации водоемов в наибольшей степени способствует:

а) Энергетика;

б) Транспорт;

в) Металлургия;

г) Земледелие;

38. Наиболее чувствительными к загрязнителям воздуха (в первую очередь - к SO₂) являются:

а) Газонные травы;

б) Широколиственные породы;

в) Многолетние травы;

г) Хвойные породы;

41.Сила наркотического действия и токсичность веществ возрастает:

а) с увеличением числа атомов углерода в молекуле;

б) с уменьшением числа атомов углерода в молекуле;

в) с увеличением содержания атомов кислорода в молекуле;

г) с увеличением содержания атомов азота в молекуле;

42.Наркотическое и токсическое действие веществ ослабляется:

а) при разветвлении углеродных цепей;

б) при замыкании углеродных цепей;

в) при увеличении длины углеродных цепей;

43. С увеличением кратности химической связи:

а) увеличивается токсическое действие;

б) уменьшается токсическое действие;

в) токсикологические свойства соединения не меняются;

44.Избыточное образование свободных радикалов в организме может привести:

а) К раковым заболеваниям;

б) К повышению иммунитета;

в) К простудным заболеваниям;

г) Не повлияет на работу организма;

45. Бром концентрируют в себе:

а) Боровики;

б) Опята;

в) Лисички;

г) Шампиньоны;

46. С живыми тканями организма совместим:

а) Тантал;

б) Ванадий;

в) Висмут;

г) Вольфрам.

47. Химический элемент селен извлекает из почвы и концентрирует цветок:

а) Астра;

б) Пион;

в) Роза;

г) Тюльпан;

48.В качестве консервирующего средства при сушении слив и абрикосов применяют

а) оксид серы;

б) оксид азота;

в) оксид фосфора;

г) оксид магния;

49. Фенол используется в качестве:

а) дезинфицирующего средства;

б) катализатора;

в) ингибитора;

г) инициатора;

50. Тривиальное название фенола:

а) муравьиная кислота;

б) царская водка;

в) уксусная кислота;

г) карболовая кислота.

51. Формальдегид применяют для изготовления:

а) игрушек;

б) пластмасс;

в) кирпича;

г) взрывчатых веществ;

52. Фенолформальдегидные смолы получают в результате реакции:

а) поликонденсации;

б) полимеризации;

в) присоединения;

г) замещения;

53. При производстве фенолформальдегидных смол в окружающую среду выделяется: