Возможности экологического воспитания школьников при изучении темы: "Кальций и его соединения"
Mg2+ + CO32- → MgCO3 ↓
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
Химический знак
|
Размещение электронов
по энергетическим уровням
|
Электронная формула
|
Mg
|
+12 Mg 2e-, 8e-, 2e-
|
1s2 /
2s22p6 / 3s2
|
Ca
|
+20 Ca 2e-, 8e-, 8e-, 2e-
|
…3s23p63d0
/ 4s2
|
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 (ρ = 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+,
НРО42-, 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 ↓ + 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 ↓ + 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 ↓ + 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:
Жесткость воды
и способы ее устранения
|
Состав жесткой воды
|
Вид жидкости
|
Способы устранения
|
катионы
|
анионы
|
по составу
|
по способу её
устранения
|
Са 2 +
Mg 2+
|
НСО-3
|
карбонатная
|
временная
|
1) нагревание
2) добавка извести
3) пропускание через ионообменник
|
Сl -
N0-3
SO42-
|
некарбонатная
|
постоянная
|
1) добавка соды,
2) пропускание через ионообменник
|
|
Сl -
N0-3
SO42-
НСО-3
|
общая
|
1) пропускание через
ионообменник
2) добавка соды
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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.
Оценка
|
Обычный урок
|
Урок с экологическим
содержанием
|
неудовлетворительно
|
0
|
0
|
удовлетворительно
|
1
|
0
|
хорошо
|
1
|
1
|
отлично
|
2
|
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.
Страницы: 1, 2, 3, 4
|