Конкурс "Я иду на урок"

Самая удивительная жидкость на свете

Цель урока: показать проявление общих закономерностей природы с точки зрения химии, физики на примере воды.

Задачи урока: • интегрировать знания о свойствах и значении воды в природе из курсов химии, биологии, физики • систематизировать знания о физических свойствах воды, развивать знания о химических свойствах воды, о типах химической связи на примере водородной связи • раскрыть роль воды в зарождении и развитии живых организмов на Земле.

Оборудование: компьютер, интерактивная доска, презентация по теме урока, опорный конспект.

Ход урока

Организационный этап

Учитель. Сегодня на уроке мы будем говорить о самом необычном веществе на нашей планете – воде. Нам предстоит выяснить, какие свойства воды определяют её значение для жизни на Земле. Тема нашего урока: «Самая удивительная на свете жидкость». Пожалуйста, зарисуйте в тетрадях таблицу для составления опорного конспекта (ОК) по уроку.

ХИМИЯ	ФИЗИКА	БИОЛОГИЯ
ВЫВОД:

• Вода – самое распространённое вещество на нашей планете (слайды 1–6). Это океаны, моря, реки, озёра и водохранилища. Это и голубые громады ледников, и необозримые снежные покровы Земли. Свинцовые тучи и причудливые облака, дождь и туман – тоже вода. Она и в нас самих: мы на две трети состоим из воды.

• Вода в природе (слайд 7). (Ученики записывают содержание слайда 7 «Вода в природе» в колонку «биология» ОК) Вода – не только самая распространённая, но и самая важная в природе жидкость. Достаточно сказать, что в воде зародилась жизнь. Жизнь есть только там, где есть вода. Вода – это не только питьё и сырьё, но ещё и энергия. Повседневно используя воду, мы так привыкли к ней, что слово вода стали употреблять как синоним неинтересного и давно известного. В действительности она удивительна и необыкновенна. Вода – это подлинное чудо природы. Почти все физико-химические свойства воды – исключение в природе. Это действительно самое удивительное вещество.

• «Мыслящий ум не чувствует себя счастливым, пока ему не удастся связать воедино разрозненные факты, им наблюдаемые» (Д.Хевеши, слайд 8). Давайте попытаемся посмотреть, как разные науки характеризуют это вещество. Что же такое вода с точки зрения химика?

• Вода – это соединение водорода с кислородом, химическая формула которого Н₂О (слайд 9). Кем, когда и при помощи каких методов был установлен качественный и количественный состав молекулы воды?

• В основе изучения качественного и количественного состава вещества лежат два метода: синтез и анализ (слайд 10). «Лавуазье доверено,//Чтоб было всё проверено,//С Лапласом выполнил эксперимент.//Всё проанализировал//И доказал: вода не элемент». (Ученики записывают «Состав воды» и «Синтез» в колонку «химия» ОК.)

Для доказательства того, что вода не элемент, а также для подтверждения состава воды Антуан Лавуазье и химик Жак Менье осуществили знаменитые опыты по разложению воды. «Работы продолжение//Он видит в разложении//Воды в стволе, нагретом докрасна.//И это путь единственный//Для утвержденья истины://На газы разлагается она». (Ученики записывают «Анализ» в колонку «химия» ОК.)

Давайте попробуем дать общую характеристику воды по химической формуле.

• Молекулы воды имеют угловое строение – угол между связями равен 104° 27′ (слайд 11). Связи ковалентные полярные, т.е. некоторый положительный заряд несут атомы водорода, а отрицательный – атом кислорода.

Вследствие этого связанный атом кислорода способен притягивать атом водорода соседней молекулы с образованием водородной связи, что существенно повышает общую энергию связи: молекулы в воде ассоциированы. В кристаллах льда водородные связи ещё сильнее.

Водородные связи между молекулами воды в кристалле льда

• Рассчитайте массовые доли элементов, входящих в состав воды. Решите задачу двумя способами (слайд 12).

Учитель пишет на доске Молекулярная формула – ? Мr(Н2О) = ? M(Н2О) = ? ω(Н) = ? ω(О) = ?

Учащиеся дописывают Н2О 18 18 г/моль 11% 89%

Весовой состав воды выражается следующими числами: 11,11% водорода и 88,89% кислорода. Отсюда простейшая формула воды: Н₂О.

Учитель. Известна тяжёлая и лёгкая вода. Что это такое? Для желающих: подготовьте к следующему уроку сообщение.

• Вода реагирует со многими веществами (слайд 13). (Ученики записывают «Химические свойства» в ОК.)

• Теперь посмотрим, что говорят о воде физики (слайд 14). Давайте вспомним физические свойства воды. Вода – поразительная жидкость, у неё особые свойства. Для воды будто законы не писаны! Давайте перечислим физические особенности воды и попытаемся их объяснить. (Ученики записывают «Физические свойства» в колонку «физика» ОК.)

– Удельная теплоёмкость воды. Из-за исключительной способности воды поглощать тепло температура её при нагревании и охлаждении изменяется незначительно, поэтому морским обитателям не угрожают ни сильный перегрев, ни чрезмерное охлаждение. Большая удельная теплоёмкость воды определяет климат планеты. Вода нагревается значительно медленнее суши, забирая большое количество солнечного тепла. Полученное тепло она сохраняет дольше, чем воздух и земля, выполняя при этом терморегулирующую функцию. На этом свойстве воды, кстати, основан и принцип обогрева жилых помещений при движении горячей воды по батареям отопительной системы.

– Удельная теплота парообразования воды. Парообразование воды – тоже терморегулирующее свойство. Например, если бы человек не потел при физической работе, он бы перегревался. Пот, основой которого является вода, при испарении понижает температуру тела. У воды очень высокая удельная теплота парообразования. Если бы у воды не было этого свойства, многие озёра и реки летом быстро бы пересохли до дна, и вся жизнь в них погибла бы.

– Удельная теплота плавления льда при 0 °С и давлении 760 мм рт.ст. составляет 330 000 Дж/кг. Из распространённых на Земле металлов только алюминий, железо и медь имеют удельную теплоту плавления выше 200 кДж/кг (при соответствующих температурах плавления). Таким образом, замерзая, вода выделяет тепло и согревает окружающий воздух. Это свойство воды также играет немаловажную роль в формировании климата планеты Земля. Замерзание воды в реках, озёрах, морях в то же время не позволяет переохлаждаться воздуху в данной местности. Часто можно наблюдать, как птицы в сильный мороз греются, сидя на льду.

– Расширение объёма при замерзании. Замерзая, вода расширяется на 9%. Поэтому лёд всегда легче незамёрзшей воды и всплывает вверх. Под такой «шубой» даже зимой в Арктике морским животным не очень холодно.

• Почему капля воды имеет такую форму (слайд 15)?

Сообщение ученика «Сила поверхностного натяжения». Первый взгляд на чай, налитый в чашку, подтверждает известное положение, что жидкость своей формы не имеет, а принимает форму сосуда, в который она налита.

Все системы стремятся уменьшить свою энергию. Точно так же сила поверхностного натяжения стремится сократить до минимума площадь поверхности капли жидкости. Из всех геометрических форм шар обладает при данном объёме наименьшей поверхностью. Так что собственная форма жидкости – шар. Большое количество жидкости не может сохранить шарообразную форму: она деформируется под действием силы тяжести. Если устранить действие силы тяжести, то под действием молекулярных сил жидкость примет форму шара.

Если взять смесь воды и спирта и поместить в неё каплю жидкого масла, то в какой-то момент сила тяжести уравновесится силой Архимеда и образуется масляный шар, свободно покоящийся в смеси. Этот шар от разлёта на молекулы удерживает сила поверхностного натяжения.

Роль поверхностного натяжения в жизни очень разнообразна. Например, существуют целые виды мелких насекомых и паукообразных, передвигающихся благодаря поверхностному натяжению. Наиболее известны водомерки, которые опираются на воду кончиками лапок. Сама же лапка покрыта водоотталкивающим налётом. Поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, но за счёт силы поверхностного натяжения водомерка остаётся на поверхности.

На первый взгляд, кажется, что в обычных сосудах поверхность воды горизонтальна. Однако приглядитесь внимательнее – и вы заметите, что у краёв поверхность жидкости приподнята или, наоборот, немного опущена. Это тоже следствие поверхностного натяжения. Молекулы жидкости взаимодействуют между собой и с молекулами сосуда. В зависимости от того, какая из этих сил больше, будет наблюдаться явление смачивания (вогнутая поверхность) или несмачивания (выпуклая поверхность). Благодаря капиллярным явлениям влага поднимается по сосудам растения, доставляя во все его органы воду и питательные вещества.

Учитель. А что же думают о воде биологи? Вода нужна нашему организму и как растворитель питательных веществ, и как их переносчик, и как среда, в которой протекают различные процессы, связанные с нашей жизнедеятельностью. Выделяясь потовыми железами и испаряясь с поверхности кожи, вода регулирует температуру нашего тела. Кроме того, вода необходима для удаления из организма различных вредных веществ, образующихся в результате обмена. Содержание воды в отдельных органах и тканях тела почти постоянно. Питательные вещества попадают в кровь через стенки пищеварительного канала. Через эти стенки могут проникать только вещества, растворённые в воде, – жидкости. Если бы кусок сахара не растворился в слюне и в желудочном соке, глюкоза не попала бы в кровь. Белок яйца, крахмал хлеба и картофеля не растворяются в воде, но желудочный и кишечный соки содержат особые вещества – ферменты, – которые расщепляют белок и крахмал и переводят их в вещества растворимые. Это расщепление идёт только в воде. Кровь, состоящая на 4/5 из воды, разносит питательные вещества по всему организму.

• Содержание воды в организме человека (слайд 16). (Ученики перерисовывают таблицу со слайда в ОК.) Для нормального существования человек должен потреблять воды примерно в два раза больше, чем питательных веществ. Потеря 12–15% воды приводит к нарушению обмена веществ, а потеря 25% воды – к гибели организма.

Некоторые животные менее чувствительны к потере воды. Какое бы животное или растение мы ни взяли, в него входит вода как одна из главных составных частей. Обитатели водоёмов, как правило, содержат в себе больше воды, чем обитатели суши. В теле рыб, например, до 70–80% воды, а в медузе – больше 95%. В травянистых растениях суши процент воды доходит до 85%. Организмы млекопитающих животных и человека содержат меньше воды.

Нельзя забывать о том, что в истории нашей планеты вода имеет исключительное значение. Пожалуй, никакое другое вещество не может сравниться с водой по своему влиянию на ход тех величайших изменений, которые претерпела Земля за многие сотни миллионов лет своего существования. Там, где есть жизнь, всегда есть вода. Жизнь без воды невозможна.

• А в живых клетках вода и углекислый газ участвуют в сложной и важной реакции (слайд 17). Этот процесс происходит в растительных клетках и называется фотосинтезом. При фотосинтезе солнечная энергия запасается в органических веществах. Исходными соединениями для фотосинтеза служат углекислый газ и вода. В качестве побочного продукта фотосинтеза образуется молекулярный кислород. (Ученики записывают реакцию фотосинтеза в ОК.)

• Какие ещё жизненно важные процессы, кроме фотосинтеза, происходят в растениях при участии воды (слайд 18)? Растениям необходимо охлаждение, поэтому они вынуждены постоянно испарять воду. В результате тепловая энергия выделяется.

• Вода – хороший растворитель (слайд 19). В ней растворяются минеральные соли почвы. В поисках воды и минеральных солей корни растений проникают в толщу земли, порой на большую глубину. «А меж растениями царствует война.//Деревья, травы вверх растут задорно,// А корни их в земле, неся свой труд,// За почву и за влагу спор ведут».

Население земного шара каждые сутки потребляет 7 млрд кубометров воды. Вода – это единственное богатство нашей планеты, не имеющее заменителей. Для своих нужд человек использует только пресные поверхностные и подземные воды, которые требуют предварительной очистки. На долю пресной воды приходится только 3% её общих запасов. Поэтому очень остро стоит проблема загрязнения воды.

• Сообщение ученика о загрязнении и охране вод.

Учитель. Теперь подведём итоги – о каких свойствах воды мы говорили сегодня на уроке.

• Вода входит в состав всех живых организмов и является участницей всех процессов жизнедеятельности (слайд 20). (Ученики записывают выводы в ОК.)

• «Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха; тебя не опишешь, тобой наслаждаешься, не понимая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь. С тобой во всём существе разливается блаженство, которое не объяснишь только нашими пятью чувствами…

Ты величайшее в мире богатство…» (слайд 21). Этими словами Антуана де Сент-Экзюпери, чудом избежавшего смерти от жажды в раскалённой пустыне, мне хочется закончить наш урок, посвящённый самому уникальному и удивительному веществу на Земле – воде!

Окончательный вид опорного конспекта урока

ХИМИЯ	БИОЛОГИЯ	ФИЗИКА
Состав воды: 1787 г.  Лавуазье Синтез:                                                      2Н2 + О22Н2О Анализ: 2Н2О2Н2 + О2 Химические свойства 1. Вода реагирует с активными металлами (опыт): 2Na + 2H2O → NaOH + H2 ↑ 2. Вода взаимодействует с основными оксидами (опыт): CaO + H2O → Ca(OH)2 3. Вода реагирует  с кислотными оксидами с образованием  кислот (видеофрагмент): P2O5 + H2O → 2H3PO4 4. Вода реагирует с некоторыми неметаллами (продукты реакции разнообразны) C + H2O → CO + H2	Вода в природе 3/4 земного шара; 97% – океаны и моря; 3% – озёра, реки, подземные воды; 70% в животных организмах; 90% в плодах огурца, арбуза; 65% массы тела человека. Содержание воды в организме человека Уравнение фотосинтеза 6СО2 + 6Н2ОС6Н12О6 + 6О2↑	Физические свойства Плотность воды ρ = 1000 кг/м3; Удельная теплоёмкость воды с = 4200 Дж/(кг · °С); Температура кипения t = 100 °С; Удельная теплота парообразования r = 2 300 000 Дж/кг; Температура замерзания t = 0 °С; Удельная теплота замерзания λ = 330 000 Дж/кг
ВЫВОД Вода входит в состав всех живых организмов и является участницей всех процессов жизнедеятельности. В водном растворе происходят важные химические и биохимические процессы, т.к. вода – хороший растворитель. Вода является средой обитания для многих организмов. Вода – оксид водорода – весьма реакционно-способное вещество. Вода – важнейший терморегулятор Земли

 

Оксана Владимировна Пономаренко – учитель химии высшей квалификационной категории, окончила Ростовский ГПИ в 1989 г. по специальности «Учитель химии и биологии». Победитель районных конкурсов «Лучшая презентация-2006» и «Информационные технологии в образовании-2007» в номинации «Лучшая разработка урока с использованием интерактивной доски», обладатель губернаторского гранта в 2008 г. Ученики не раз побеждали на детских конкурсах регионального и всероссийского уровней. Педагогическое кредо: «Учись, учи, иди вперёд». Семья – муж и два сына. Хобби – чтение.

---

Полностью презентация представлена в рубрике «Дополнительные материалы» на сайте газеты. См. также урок «Вода: известная и неизвестная» Блиновой Л.Ф. (Химия-ПС, 2009, № 39) – Ред.