МЕНЮ


Фестивали и конкурсы
Семинары
Издания
О МОДНТ
Приглашения
Поздравляем

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ


  • Инновационный менеджмент
  • Инвестиции
  • ИГП
  • Земельное право
  • Журналистика
  • Жилищное право
  • Радиоэлектроника
  • Психология
  • Программирование и комп-ры
  • Предпринимательство
  • Право
  • Политология
  • Полиграфия
  • Педагогика
  • Оккультизм и уфология
  • Начертательная геометрия
  • Бухучет управленчучет
  • Биология
  • Бизнес-план
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Банковское дело
  • АХД экпред финансы предприятий
  • Аудит
  • Ветеринария
  • Валютные отношения
  • Бухгалтерский учет и аудит
  • Ботаника и сельское хозяйство
  • Биржевое дело
  • Банковское дело
  • Астрономия
  • Архитектура
  • Арбитражный процесс
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Административное право
  • Авиация и космонавтика
  • Кулинария
  • Наука и техника
  • Криминология
  • Криминалистика
  • Косметология
  • Коммуникации и связь
  • Кибернетика
  • Исторические личности
  • Информатика
  • Инвестиции
  • по Зоология
  • Журналистика
  • Карта сайта
  • Моделирование экологических проблем и способов их решений на уроках химии

    Моделирование экологических проблем и способов их решений на уроках химии

    Министерство образования российской федерации

    Самарский государственный университет

    Химический факультет

    Кафедра общей химии и хроматографии

    Специализация аналитическая химия

    Реферат на тему

    ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ НА УРОКАХ ХИМИИ

    Выполнил студент

    4 курса 442 группы

    Паньков Павел Петрович

    Самара

    2003

    Моделирование экологических проблем и способов их решений на уроках химии

    В последние годы очень часто можно слышать выражение «кислотные

    осадки». Они представляют собой различные виды атмосферных осадков, таких,

    как дождь, снег, туман или роса, с рН ниже нормы (рН < 5,6).

    Впервые проблема кислотных осадков стала предметом обсуждения на ХXVIII

    Генеральной ассамблее Международного союза по теоретической и прикладной

    химии (ИЮПАК), проходившей в Мадриде в сентябре 1975 г.

    По словам канадского министра окружающей среды Дж.Робертса, «кислотный

    дождь – одна из наиболее тяжелых форм загрязнения окружающей среды, которую

    только можно себе представить, опасная болезнь биосферы».

    Максимальный отрицательный эффект кислотные дожди и газовые выбросы

    наносят воздушной среде, а через нее – флоре и фауне. Однако велик и

    уровень загрязнения водной среды [1].

    В связи со сложившейся экологической ситуацией учащиеся должны иметь

    грамотные представления о проблеме кислотных осадков. Одним из средств

    формирования этих представлений являются наглядные пособия в виде схем,

    использовать которые можно на занятиях по химии в средней школе в разных

    классах. Однако, на наш взгляд, рациональнее работать с ними в старшей

    школе.

    Основным наглядным пособием при изучении данного материала становится

    динамическая схема 1 «Влияние кислотных осадков на окружающую среду»,

    которая состоит из двух частей – статической и динамической.

    Статическая часть, выполненная на большом листе ватмана, представляет

    изображения основных антропогенных источников кислотообразующих выбросов:

    теплоэлектростанция (ТЭС), металлургический завод и автомобиль.

    Основные поставщики диоксида серы в атмосферу – машиностроительные,

    металлургические заводы (переработка руды, содержащей серу, различные

    химические технологические процессы – 50% SO2), теплоэлектростанции

    (сжигание богатого серой угля, мазута – 40% SO2) [2].

    Кислотные оксиды азота техногенного происхождения (NО, NO2) образуются

    из азота воздуха при сгорании топлива, если температура превышает 1000 °С.

    В России около 25% техногенных выбросов оксидов азота происходит при

    сжигании топлива на предприятиях тепло- и электроэнергетики, столько же –

    при различных производственных процессах на предприятиях металлургической,

    машиностроительной, химической отраслей промышленности (например, получение

    азотной кислоты и взрывчатых веществ). Главный источник поступления оксидов

    азота в атмосферу (до 40%) – автотранспорт [см. 2].

    Приведенные данные об антропогенных выбросах кислотных оксидов в

    атмосферу объясняют, почему в статической части схемы 1 приведены

    изображения именно этих объектов. Возможным дополнением к ним могут быть

    числовые значения антропогенного поступления кислотных оксидов в атмосферу.

    Схема 1

    Влияние кислотных осадков на окружающую среду

    Статическая часть

    [pic]

    Динамическая часть

    [pic]

    Кроме антропогенных источников кислотообразующих выбросов в статической

    части схемы 1 изображены различные природные среды обитания живых

    организмов: гидросфера, атмосфера и литосфера. Гидросферу можно представить

    в виде пруда или озера, в которых обитают различные живые организмы.

    Литосфера изображена в виде почвы и наземной растительности.

    Все изменения в окружающей среде при действии кислотных оксидов

    представлены в динамической части схемы 1.

    Элементы динамической части схемы изображают на плотной бумаге и

    прикрепляют к статической части схемы 1 с помощью булавок по мере

    объяснения материала.

    До начала объяснения воздействия кислотных осадков на различные среды

    обитания организмов на статической части схемы 1 прикрепляют следующие

    условные изображения: фито- и зоопланктон, моллюск, водоросли и значение

    рН = 7,5 – возле водоема; бактерии-сапрофиты – в почве, слева от

    изображения водоема; азотфиксирующие бактерии – около корней клевера;

    здоровое хвойное дерево – справа от автомобиля.

    Объяснение материала необходимо начать с рассмотрения антропогенных

    источников кислотообразующих выбросов, прикрепляя к башням ТЭС и трубам

    металлургического завода аппликации с изображением дымовых выбросов SO2 и

    NO2, а к выхлопной трубе автомобиля – изображение NOx, показывающее дымовое

    выделение оксидов азота (NО2 и NО).

    После попадания оксидов серы и азота в атмосферу необходимо рассмотреть

    процессы, приводящие к образованию кислотных осадков.

    Диоксид серы, попавший в атмосферу, претерпевает ряд химических

    превращений, ведущих к образованию кислот. Частично диоксид серы в

    результате фотохимического окисления превращается в оксид серы(VI) (серный

    ангидрид) SО3:

    [pic]

    который реагирует с водяным паром атмосферы, образуя аэрозоли серной

    кислоты:

    [pic]

    Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе образует

    кислотный полигидрат SO2•nH2O, который часто называют сернистой кислотой

    Н2SO3:

    [pic]

    Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной:

    [pic]

    Аэрозоли серной и сернистой кислот конденсируются в водяном паре

    атмосферы и становятся причиной кислотных осадков. Они составляют около 2/3

    кислотных осадков. Остальное приходится на долю аэрозолей азотной и

    азотистой кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным

    паром атмосферы:

    [pic]

    Методика проведения данной части урока может быть различной: объяснение

    и составление уравнений учителем, дописывание правых или левых частей

    уравнений учащимися или самостоятельное написание уравнений превращений

    кислотных оксидов в атмосфере.

    Работа со схемой 1 выражается сначала появлением (на статической ее

    части) облака с уравнениями реакций, а затем – облака с формулой иона

    водорода. В схему вносят и различные виды осадков: дождевые капли или

    снежинки, на которых написан ион водорода (Н+). Это показывает, что в

    атмосфере произошли химические превращения, которые привели к выпадению

    кислотных осадков.

    Далее логично рассмотреть изменения в окружающей среде, которые

    происходят под действием кислотных осадков. Начать это объяснение можно с

    любой среды обитания.

    Средним значением показателя кислотности большинства почвенных вод,

    питающих реки и грунтовые воды, является рН около 8 [3]. Например,

    концентрация водородных ионов в озере Байкал соответствует пределам

    7,0–8,5. В летнее время щелочность байкальской воды несколько увеличивается

    и рН возрастает до 8,0–8,5. Зимой рН близок к 7,0. С глубиной рН снижается,

    вода приобретает слабокислый характер [4].

    Для создания более конкретных представлений о влиянии рН водоемов на

    жизнедеятельность гидробионтов (обитатели пресноводных водоемов) может быть

    использована схема 2 «Реакция гидробионтов на понижение значений рН в

    пресноводных водоемах» [5]. На этой схеме изображены различные обитатели

    водоемов: ракообразные, улитки, разнообразные виды рыб (лосось, форель,

    окунь, щука, угорь и др.), водные насекомые, фито- и зоопланктон – и их

    реакция на изменения рН воды в диапазоне от 7,5 до 3,5.

    Пользуясь схемой 2, учащиеся самостоятельно смогут рассказать об

    изменениях, происходящих в водной среде при попадании в нее ионов водорода,

    и их влиянии на рН воды. Для этого изготавливаются карточки с различными

    значениями водородного показателя (рН = 6,5; рН = 6,0; рН = 5,6; рН = 5,0;

    рН = 3,5) для водной среды (см. схему 1, динамическая часть).

    Схема 2

    Реакция гидробионтов на понижение значений рН

    в пресноводных водоемах

    [pic]

    По мере понижения значения рН со схемы 1 снимают изображения

    организмов, гибнущих при подкислении воды. При рН = 6,0 исчезает

    изображение моллюсков, их считают хорошими индикаторами загрязнения.

    Моллюски ведут донный образ жизни, причем прикрепляются к определенным

    участкам дна. Если этот участок подвержен воздействию загрязняющих веществ

    (например, тяжелых металлов), то этот загрязнитель попадает и в организм

    моллюсков. В Красную книгу РСФСР были занесены 15 видов моллюсков,

    относящихся к родам жемчужница и перловица [6]. Затем при рН = 5,6 с

    изображения водоема снимают одну рыбу, фито- и зоопланктон и одну

    водоросль. При достижении рН = 5,0 с изображения водоема убирают вторую

    рыбу и водоросли. При рН = 3,5 все нормальные формы жизни в водоеме

    исчезают и развиваются патогенные организмы (белый мох). На водоем

    наносится карточка с изображением белого мха.

    Губительное действие закисления водоемов на различные виды рыб

    начинается с рН ~ 6,0, при котором погибают форель, лосось, плотва, поэтому

    с динамической схемы 1 можно снять изображение одной из рыб. Окунь, щука,

    сиг, хариус, угорь более устойчивы к кислотному воздействию, и их

    изображение удаляется со схемы при рН ~ 5,0.

    В Красную книгу занесены следующие виды рыб: байкальский осетр,

    волховский сиг, байкальский белый хариус, обыкновенный подкаменщик [см. 6].

    Необходимо отметить, что на гибель рыб влияет не только закисление

    водоема, но и ионы тяжелых металлов (Рb2+, Нg2+, Сd2+) и алюминия, которые

    появляются в водоеме из нерастворимых соединений. Символы этих ионов

    наносят на изображения водоема (см. схему 1) при рН = 5,0, снимая

    изображение второй рыбы. Чрезвычайно токсично действуют на рыб (особенно их

    икру и мальков) ионы алюминия, содержание которых быстро нарастает в

    водоемах за счет взаимодействия гидроксида алюминия придонных пород с

    кислотой:

    [pic]

    Почва – это особое природное образование, формирование и

    функционирование которого невозможно без микроорганизмов, жизнедеятельность

    последних зависима от рН среды. Основным органическим веществом почвы,

    содержащим питательные вещества, необходимые высшим растениям, является

    гумус – смесь гумусовых кислот (гуминовых и фульвокислот), гумина и

    ульмина. Он образуется в результате разложения бактериями-сапрофитами

    остатков растений и животных.

    Чтобы сделать доступным для питания растений основные запасы азота в

    гумусе, необходимо разложить органическое вещество почвы. Процесс

    превращения органического азота почвы в [pic]– аммонификация –

    осуществляется гетеротрофными микроорганизмами1.

    Биологическое окисление [pic]до [pic]называется нитрификацией и

    происходит в природе при участии автотрофных бактерий2.

    К биологической азотфиксации – процессу восстановления молекулярного

    азота до аммиака при помощи фермента нитрогеназы – способны как свободно

    живущие микроорганизмы, так и симбиотические клубеньковые бактерии,

    поселяющиеся на корнях бобовых и некоторых других растений.

    Для демонстрации негативного воздействия кислотных осадков на

    микроорганизмы почвы на статическую часть схемы 1 наносят дождевые капли с

    ионами Н+ около обозначений групп бактерий с надписями «Бактерии-сапрофиты»

    и «Азотфиксирующие бактерии». Последние прикрепляют оборотными сторонами,

    на которых соответственно написано: «Накопление неразложившегося

    органического вещества» и «Обеднение почвы азотом».

    Необходимо рассмотреть влияние кислотных осадков на различные породы

    деревьев. Для этого на схеме 1 изображено хвойное дерево, т. к. именно эти

    деревья наиболее подвержены влиянию кислотных осадков [см. 1]. При этом

    происходит усыхание и опадение хвои, что может привести к гибели растения,

    что и показано заменой здорового дерева на больное.

    Кислотные осадки оказывают непосредственное и косвенное влияние на

    сокращение численности популяций птиц.

    Для подробного рассмотрения этого аспекта воздействия кислотообразующих

    выбросов на биосферу, обратимся к схеме 3 «Воздействие кислотных осадков на

    численность популяций птиц».

    Схема 3

    Воздействие кислотных осадков

    на численность популяций птиц

    [pic]

    Здесь изображены три вида птиц: сизоворонка, белая куропатка и скопа,

    которые занесены в Красные книги России и Подмосковья.

    Непосредственное воздействие кислотных осадков на численность популяций

    птиц заключается в разрушении ими яичной скорлупы в кладках, приводящее к

    гибели птенцовых эмбрионов. Наиболее подвержены этому неблагоприятному

    фактору среды виды птиц, открыто гнездящихся на поверхности земли. К

    таковым относятся сизоворонка и белая куропатка [7]. Яичная скорлупа в

    основном состоит из карбоната кальция (91,6–95,7%) [8], который легко

    разрушается при подкислении среды:

    [pic]

    Написанное на схеме 3 уравнение предварительно можно закрыть плотным

    листом бумаги и попросить ребят самостоятельно его составить. При проверке

    лист бумаги снимается.

    Необходимо сказать и об опосредованном влиянии кислотных осадков на

    жизнедеятельность птиц. Оно происходит через цепи питания птиц с узкой

    пищевой специализацией, например питающихся свежей рыбой. Типичными

    представителями этих видов являются птицы, занесенные в Красную книгу

    РСФСР: белоклювая гагара, розовый пеликан, кудрявый пеликан, хохлатый

    баклан, малый баклан, колпица, каравайка, скопа, орлан-белохвост, стерх,

    черноголовый хохотун, рыбный филин [см. 6]. На схеме 3 изображена птица

    скопа, рядом с которой – рыба, перевернутая брюхом вверх, что обозначает

    уменьшение пищевых ресурсов; изображение другой рыбы с ионами тяжелых

    металлов (Нg2+, Рb2+, Сd2+) показывает отравление птицы через цепь питания.

    Большим преимуществом динамической схемы 1 является возможность

    действовать в обратном порядке.

    Разобрав на уроке способы предотвращения попадания кислотных выбросов в

    атмосферу и устранения последствий их воздействия на природу, можно с

    использованием динамической схемы 1 показать, как происходит улучшение

    экологической ситуации.

    Эта методика использования динамического средства наглядности

    совершенствует способность моделировать ситуации, развивает позитивное

    экологическое мышление.

    Основными способами предотвращения попадания кислотообразующих выбросов

    в атмосферу являются:

    а) очистка топлива перед сжиганием;

    б) использование газоочистителей (скрубберы) на заводах,

    теплоэлектростанциях;

    в) переход на другие экологически чистые виды топлива.

    Для демонстрации на трубы теплоэлектростанции и металлургического

    завода прикрепляют табличку «скруббер» (от англ. scrub – тереть щеткой,

    скрести). Действие различных по конструкции газоочистителей основывается на

    химических реакциях диоксида серы, содержащегося в дымовых газах

    электростанций, работающих на угле. Соединения, образующиеся в ходе этих

    реакций, можно либо сбрасывать в отходы, либо использовать как продукт,

    находящий сбыт [9]. После этого с динамической схемы 1 убирают изображения

    дыма и выхлопное облако автомобиля, часть облака с написанными уравнениями

    химических реакций образования кислот в атмосфере. Облако, на котором

    нарисован катион водорода, можно перевернуть обратной стороной или заменить

    на другое, без иона водорода; со схемы 1 снимают и осадки с ионами

    водорода.

    Один из способов ликвидации последствий закисления окружающей среды –

    внесение в почву и водные объекты гидроксида и карбоната кальция

    (известкование). На динамическую схему 1 можно прикрепить аппликацию с

    химическими формулами СаСО3 и Са(ОН)2 с указанием направлений внесения этих

    веществ в водный объект и почву.

    Принятие вышеописанных мер приводит к увеличению рН водной и почвенной

    сред до нормы и, как следствие этого, к восстановлению первоначального

    равновесия в биосфере. Эти процессы можно отразить, постепенно нанося на

    динамическую схему 1 исходные изображения.

    Таким образом, использование динамической схемы 1 позволяет

    моделировать многие процессы, происходящие в природе под действием

    кислотных осадков. При рассмотрении вопроса, связанного со снижением

    закисления биосферы, эту динамическую схему можно использовать в обратном

    порядке.

    [pic]

    1 Используют для своего питания готовые органические вещества

    2 Синтезируют из неорганических веществ все необходимые для жизни

    органические вещества

    ЛИТЕРАТУРА

    1. Заиков Г.Е., Маслов С.А., Рубайло В.Л. Кислотные дожди и окружающая

    среда. М.: Химия, 1991, 144 с.

    2. Боровский Е.Э. Кислотные осадки. Химия в школе, 2001, № 8, с. 4–11.

    3. Андруз Дж., Бримблекулеб П., Джикелз Т., Лисс П. Введение в химию

    окружающей среды. Пер. с англ. М.: Мир, 1999, 271 с.

    4. Москвин А.Г. Экология водоемов России: 100 вопросов – 100 ответов.

    М.: Школа-Пресс, 1999, 160 с.

    5. Вронский В.А. Прикладная экология: учебное пособие. Ростов-на-Дону:

    Феникс, 1996, 512 с.

    6. Красная книга РСФСР (животные). Сост. В.А.Забродин, А.М.Колосов. М.:

    Россельхозиздат, 1983, 454 с.

    7. Красная книга Московской области. Под ред. В.А.Забакина,

    В.Н.Тихомирова. М.: Аргус, Русский университет,

    1998, 558 с.

    8. Трунов А.В., Ковнацкий Ю.К., Забиякина Н.Т. Учебное пособие по

    заготовкам, товароведению и технологии яиц и птицы. М., 1947, 480 с.

    9. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания. Кн. 2. Загрязнение

    воды и воздуха. Пер. с англ. М.: Мир, 1995, 296 с.


    Приглашения

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хореографического искусства в рамках Международного фестиваля искусств «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хорового искусства в АНДОРРЕ «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»




    Copyright © 2012 г.
    При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.