Экологическое содержание темы "Основания" в курсе неорганической и органической химии средней школы
КУРСОВАЯ РАБОТА
экологическое содержание темы
«Основания» в курсе неорганической и органической химии средней школы
Введение
Актуальность выбранной темы не может вызывать сомнений, так как основания, как неорганические, так и органические, и соединения на их основе применяется самым широким образом. Это и горно-перерабатывающая, и фармацевтическая промышленность, производство красителей, поверхностно-активных веществ, гербицидов, инсектицидов (применение в сельском хозяйстве) и др., применение в органическом синтезе, например, в синтезе ускорителей для каучуков, в качестве ингибиторов коррозии, и прочее.
При разработке данной темы, на наш взгляд, особое внимание следует уделить экологическому аспекту производства, применения и утилизации оснований. Реализацию целей школьного экологического образования можно осуществлять разными путями: это и экологизация учебных дисциплин, и создание интегрированных курсов, и введение в практику обучения специального предмета, раскрывающего вопросы экологии и защиты окружающей среды от загрязнения.
В процессе обучения химии в VII–IX классах важно сосредоточить внимание на проблемах защиты окружающей среды; развитии представлений о взаимосвязи состава, свойств и биологической функции веществ, их двойственной роли в живой природе; биологической взаимозаменяемости химических элементов и последствиях этого процесса дли организмов, причинах нарушения биологических циклов.
На завершающем этапе школьного обучения в X–XI классах создаются предпосылки для понимания таких экологических закономерностей, как цикличность и непрерывность процессов обмена веществ между составляющими компонентами биосферы.
Учитывая соответствующую подготовку учащихся, на любых этапах школьного курса можно разъяснять вопросы, касающиеся состояния окружающей среды: глобальное потепление климата, уменьшение толщины слоя стратосферного озона, кислотные дожди, накопление в почве токсичных металлов и пестицидов, загрязнение больших территорий радионуклидами, истощение природных ресурсов планеты.
Экологические проблемы многоаспектны, поэтому для своего решения они требуют комплексного подхода и, как правило, знаний из различных областей науки. Наиболее подходящей формой организации деятельности учащихся, отмечающей этому требованию, являются учебно-исследовательские экологические проекты (1). В процессе работы над проектом у учащихся формируется комплекс специфических умений, подкрепленный соответствуй теоретической базой. Немаловажную роль в реализации экологического подхода играет включение в учебный процесс наряду с общеучебными также задач и тестовых заданий с экологическим содержанием.
В нашей работе особое внимание уделено экологическим аспектам промышленного использования неорганических и органических оснований, их токсичности и утилизации. Данный акцент сделан для привлечения внимания учащихся к этой проблеме.
Цель работы:
1. На основе анализа как теоретического материала по основаниям, так и экологических аспектов их использования, сформировать у учащихся экологическое понимание проблемы загрязнения окружающей среды.
2. Сформировать навыки решения и составления тестов, связанных с понятием «предельно допустимая концентрация».
3. Сформировать навыки решения и составления задач, связанных с понятием «предельно допустимая концентрация».
1. Проблема экологизации химического образования в тематическом планировании VIII–XI классов
В процессе обучения химии в VIII–IX классах важно рассматривать проблемы защиты окружающей среды от химического загрязнения. В основу экологизации положены представления о взаимосвязи состава, строения, свойств и биологической функции веществ, их двойственной роли в живой природе; биологической взаимозаменяемости химических элементов и последствиях этого процесса для организмов, причинах нарушения биогеохимических циклов.
Для реализации экологического подхода к изучению школьного курса химии автор (2) анализирует учебную программу по химии VIII–XI классов. Особое внимание обращаются на вопросы, вызывающие серьезную обеспокоенность за состояние окружающей среды: глобальное потепление климата, истощение стратосферного озонового слоя, кислотные дожди, накопление в почве токсичных тяжелых металлов и пестицидов, загрязнение больших территорий радионуклидами, истощение природных ресурсов планеты.
Экологический подход реализуется и через задачи с экологическим содержанием, практические работы, а также при изучении производств и проведении ролевых уроков.
При составлении тематического планирования учитываются вопросы экологического образования следующим образом.
VIII КЛАСС
Введение. Взаимосвязь экологии и химии. Создание экологически безопасных технологий.
Первоначальные химические понятия. Вещества-загрязнители и их источники.
Демонстрационный опыт «Очистка поверхности воды от загрязнителей (масла, нефть)».
Лабораторная работа «Очистка пшена (гречки, риса) от примесей».
Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева. Понятие о биогенных элементах, их положение в периодической системе. Распространенность химических элементов в природе, содержание в живых организмах, степень проявления токсичности, возможность биологической взаимозаменяемости. Изотопы. Проблемы радиоактивного загрязнения природной среды; причины, последствия, возможные пути решения.
Демонстрационный опыт «Роль биогенных элементов в жизни растений:
1) замена в питательной среде магния – важнейшего элемента пигмента хлорофилла – на кальций (имитация процесса биологической взаимозаменяемости элементов);
2) участие углекислого газа в процессе фотосинтеза растений (биогенный элемент углерод) и угнетающее действие соединений свинца – ядов».
Химическая связь. Зависимость биологических функций веществ от их состава, строения, видов связи, типов кристаллических решеток, химических свойств.
Кислород. Масштабы использования кислорода в промышленности, быту, энергетике. Продукты полного и неполного сгорания веществ как загрязнители окружающей среды. Роль зеленых растений в поддержании постоянного состава атмосферного воздуха. Приемы поддержания чистоты воздуха в помещениях.
Водород. Водород как источник экологически чистой тепловой энергии в будущем. Гидриды металлов – источники водородного топлива для автомобилей сегодня.
Кислоты. Соли. Роль кислот и солей в организме человека. Закисление организма – одна из причин быстрого и преждевременного старения. Кислотные дожди: причины, последствия и пути предупреждения. Засоление почвы и воды как фактор ухудшения качества природной среды.
Демонстрационный опыт «Влияние кислотности почв и воды на рост и развитие растений (имитационный опыт)».
Лабораторные опыты: «Определение кислотности образца почвы», «Известкование как способ понижения кислотности среды (взаимодействие карбоната кальция и соляной кислоты)».
Вода. Основания. Растворы. Химический состав природных вод. Основные источники загрязнения водных бассейнов. Водоочистительные станции. Методы, применяемые для очистки воды, и их эффективность. Внедрение бессточных процессов, работающих по замкнутому циклу. Охрана природных вод.
Демонстрационный опыт «Очистка воды от содержащихся в ней солей и примесей».
Лабораторный опыт «Сравнение чистой и загрязненной воды по запаху, цвету, прозрачности, рН, наличию осадка после отстаивания».
Обобщение сведений о важнейших классах неорганических веществ. Неорганические вещества в быту, промышленности, медицине. Экологические требования к качеству производимой продукции.
Техногенные источники веществ – загрязнителей биосферы. Важнейшие природоохранные меры.
IX КЛАСС
Электролитическая диссоциация веществ. Применение электролитов в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту. Механизм закисления почв, воды. Понятие о буферных системах и их роли в самоочищении водоемов. Ионы, проявляющие токсичность. Окислительно-восстановительные реакции как источники появления токсичных веществ в природной среде.
Подгруппа кислорода. Озон – сильнейший окислитель и токсикант. Сера как элемент, входящий в состав веществ – загрязнителей природной среды. Сероводород и оксиды серы как загрязнители природной среды. Последствия образования сернокислотных дождей (влияние на водоемы, хвойные породы деревьев). Промышленные способы обезвреживания оксидов серы и сероводорода.
Демонстрационный опыт «Моделирование сернокислотных дождей».
Исследование «Влияние диоксида серы на рост и развитие растений».
Подгруппа азота. Применение жидкого азота для утилизации вышедшей из употребления продукции. Аммиак как загрязнитель окружающей среды. Положительное и отрицательное воздействие аммиака и его соединений на живые организмы. Производство аммиака как пример экологически чистой технологии.
Проблемы накопления оксидов азота в атмосфере, их участие в фотохимическом смоге, образовании кислотных дождей. Химические методы очистки газообразных выбросов, содержащих оксиды азота.
Лабораторные опыты: «Обезвреживание оксидов азота методом адсорбции с использованием растворов аммиака и карбоната аммония», «Обнаружение нитратов в овощах, фруктах, продуктах питания».
Подгруппа углерода. Адсорбция как один из методов улавливания отравляющих веществ.
Оксиды углерода – загрязнители атмосферы. Влияние углекислого газа на жизнедеятельность организмов; снижение фотосинтеза у растений и ухудшение дыхания у животных, человека. Отравляющее действие угарного газа. Парниковый эффект: причины возникновения, возможные последствия и пути их предотвращения. Соединения кремния как загрязнители среды обитания живых организмов. Силикоз как следствие повышенной концентрации кремнезема в воздухе.
Демонстрационный опыт «Адсорбция углем различных веществ (красителей, газов)».
Лабораторный опыт «Моделирование действия кислотных дождей на скорлупу яиц птиц».
Общие свойства металлов. Двойственная роль ионов металлов в природе в зависимости от их концентрации.
Коррозия – фактор загрязнения окружающей среды. Влияние продуктов коррозии на обитателей водоемов.
Демонстрационные опыты: «Действие ионов тяжелых металлов на развитие растений», «Действие продуктов коррозии металлов на развитие водных растений».
Металлы I – Ш групп. Кальций, магний – макроэлементы, входящие в состав животных и растительных организмов. Загрязнение среды обитания: замена кальция на стронций в организмах человека и животных.
Влияние алюминия на нервную систему человека. Отрицательное действие алюминия на дыхательную систему рыб.
Железо. Соединения железа. Общетоксическое действие солей двухвалентного железа на организм человека.
Металлургия. Основные природоохранные мероприятия, предусмотренные в доменном производстве.
Внедрение на металлургических предприятиях прогрессивного метода получения стали прямым восстановлением железа из руды – путь к сохранению природной среды. Понятие о безотходном производстве.
В курсе химии IX класса выделяю два урока на проведение урока – ролевой игры «Влияние диоксида серы на животные и растительные организмы» (при изучении подгруппы кислорода) и урока-практикума «Ис-следование сточных вод городских предприятий» (при изучении металлов).
Х КЛАСС
Введение. Проблема загрязнения окружающей среды органическими веществами, не свойственными живой природе. Некоторые пути ее решения.
Предельные углеводороды. Двойственная роль метана в биосфере: источник углерода для метанокисляющих бактерий и загрязнительразрушитель озонового слоя Земли.
Фреоны – загрязнители окружающей среды.
Непредельные углеводороды. Полиэтилен и полипропилен как примеры стойких загрязнителей природной среды.
Ароматические углеводороды. Влияние ядохимикатов на наследственность человека. Биологические способы борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур и сорняками.
Природные источники углеводорода. Загрязнение биосферы продуктами сгорания природного газа, нефти, нефтепродуктов, угля. Парниковый эффект: пути решения проблемы.
Демонстрационный опыт «Действие нефти на растения».
Кислородсодержащие органические соединения. Токсичность спиртов. Этанол – социальный токсин. Метанол – топливо будущего.
Причины попадания фенолов в природную среду, их отрицательное действие на живые организмы.
Демонстрационный опыт «Действие фенола на водную экосистему (аквариум)».
Альдегиды. Карбоновые кислоты. Токсичность альдегидов. CMC как загрязнители природной среды. Способы нейтрализации CMC, удаления их с поверхности воды.
Демонстрационные опыты: «Действие CMC на водную экосистему», «Способы очистки воды от CMC».
Жиры. Совершенствование способов утилизации отходов в производстве и переработке жиров.
Углеводы. Целлюлозно-бумажная промышленность и проблемы загрязнения воздуха, водоемов.
XI КЛАСС
Азотсодержащие органические вещества. Понятие о биотехнологии. Отходы биотехнологической промышленности как загрязнители окружающей среды.
Практические занятия: «Действие солей тяжелых металлов на белок», «Действие кислот (минеральных и органических) и щелочей на белок».
СВС. Создание полимеров, способных разрушаться в природной среде под воздействием природных факторов.
ОБЩАЯ ХИМИЯ
Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева. Химический состав организма как отражение химического состава окружающей человека среды. Изменение качества среды обитания – причина экологического кризиса на планете.
Неметаллы. Примеры соединений неметаллов – основных загрязнителей биосферы.
Металлы. Двойственная роль металлов в отношении живой природы. Проблема «металлизации» окружающей среды.
2.2.1 Амины – органические основания
Задачи урока: сформировать понятие аминов как производных аммиака; научить составлять структурную и электронную формулы метиламина и уравнения химических реакций, доказывающих его основные свойства.
Оборудование: прибор для получения метиламина хлоридметиаммония (соль), едкий натр (концентрированный раствор), вода, фенолфталеин; на столах учащихся – набор для изготовления моделей молекул веществ.
2.2.1.1 Опорный конспект «Амины как органические основания. Токсическое действие»
получение аминов
СН3NО2 + 3Н2® 2Н2О + СН3NН2
С2Н5NO2 + 3Н2® 2Н2О + С2Н5NН2
С3Н7NO2 + 3Н2® 2Н2О + С3Н7NН2 и т.д.
 |
СН3NH2, С2Н5NH2
первичные
вторичные
 |
третичные
Изложение нового материала. Учителю известно, что амины генетически связаны с нитросоединениями. Однако у учащихся почти нет знаний об этих соединениях, и поэтому рассматривать генетический переход от углеводородов к аминам через нитросоединения, конечно, не имеет смысла.
Объяснение можно построить на основе имеющихся у учащихся знаний об аммиаке, тем более что они должны были вспомнить их в процессе подготовки домашнего задания. Объяснение строят в форме рассказа, по возможности используя изготовленные учащимися модели молекул и демонстрационный эксперимент (5). В ходе объяснения необходимо осветить следующие вопросы:
1. Состав и формулы аминов (метиламин, этиламин, диметиламин), их названия.
2. Физические свойства (низшие амины – газы, имеют запах аммиака, хорошо растворяются в воде).
3. Химические свойства (горение, взаимодействие с водой и кислотой).
Заметим, что обсуждение растворимости аминов в воде – это переход к их химическим свойствам, так как в основе растворения лежит химическое взаимодействие с водой. Рассмотрение этого взаимодействия предоставляет возможность по усмотрению учителя рассмотреть такие вопросы, как образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму, проявление растворами аммиака и аминов основных свойств; сделать вывод о сходстве и различиях их свойств. В связи с тем, что ранее не рассматривался вопрос о взаимном влиянии атомов в молекулах органических веществ, причины различий обсуждать не следует.
С целью закрепления знаний учащимся можно предложить ответить на вопрос и выполнить задания:
1. Составьте формулы изомеров пропиламина СH3 – CH2 – CH2 – NH2.
2. С какими из перечисленных ниже соединений вступает в реакцию этиламин: H2O, NaOH, NaCl, HNO3? Напишите уравнения возможных реакций.
Задание на дом: § 40, выполнить задания 2, 4, повторить строение бензола (§ 17).
2.2.3 Развернутый план-конспект урока
При изучении данной темы надо закрепить основную идею о развитии органических веществ и причинах, порождающих их многообразие; углубить понятие о ковалентной связи на примерах аминов; расширить знания о водородных связях и амфотерных соединениях (6).
Азотсодержащие органические вещества изучаются методом сравнения, с привлечением ранее изученного материала, что дает возможность для широкого его обобщения.
Приступая к рассмотрению темы, предлагают учащимся вспомнить, какие соединения, содержащие азот, им известны. Учащиеся называют нитробензол, нитроглицерин, тринитроклетчатку. Коротко повторяют сведения о свойствах нитробензола и его получении в лаборатории. При этом составляют на доске уравнение реакции, отмечают ее тип (замещения) и дают название (реакция нитрования). На вопрос, могут ли быть проведены реакции нитрования предельных углеводородов, учащиеся дают утвердительный ответ. После этого записывают уравнения реакций нитрования до пятого гомолога. Учитель отмечает, что впервые эти реакции были проведены русским ученым М.И. Коноваловым в 1886 г. По аналогии с нитробензолом дает названия вновь полученным азотсодержащим веществам – нитрометан, нитроэтан и т.д. Далее коротко учитель знакомит учащихся с физическими свойствами полученных гомологов. Из химических свойств нитросоединений следует подчеркнуть их способность восстанавливаться водородом. Для того, чтобы учащиеся убедились в образовании гомологического ряда новых азотсодержащих веществ и самостоятельно их назвали, составляют уравнения реакций:
СН3NО2 + 3Н2 ® 2Н2О + СН3NН2
С2Н5NO2 + 3Н2 ® 2Н2О + С2Н5NН2
С3Н7NO2 + 3Н2 ® 2Н2О + С3Н7NН2 и т.д.
Обращают внимание на образование новой функциональной группы атомов, – NН2 – аминогруппы. Здесь надо отметить, что аминами их называют по тем радикалам, которые входят в состав молекулы, с прибавлением слова «амин». После этого учащиеся без труда дают названия полученным веществам: метиламин, этиламин и др. Сопоставляя записанные ранее уравнения реакций нитрования с реакциями восстановления, делают вывод о генетической связи между гомологическими рядами органических веществ: углеводороды можно превратить в нитросоединения, а нитросоединения – в амины:
СН4 + НNО3 ® Н2О + СН3NО2;
СН3NО2 + 3Н2 ® 2Н2О + СН3NH2.
Эти соединения являются аминами жирного ряда, так как они получены от предельных углеводородов. Затем описывают физические свойства первых представителей ряда аминов. Прежде чем перейти к изучению их химических свойств, обращают внимание на состав функциональной группы. Аминогруппа – остаток от аммиака, в котором один атом водорода замещен на углеводородный радикал. Далее предлагают рассмотреть амины как производные аммиака. Учащиеся отмечают, что в аммиаке могут быть заменены на углеводородные радикалы и два других атома водорода. Тогда в зависимости от числа остатков углеводородов, входящих в молекулу, амины могут быть
СН3NH2, С2Н5NH2
 |
первичные