Конспекты занятий элективного курса по химии: Растворы.

Конспекты занятий элективного курса по химии: Растворы.

Часть 2. Растворы в саду.

Занятие 1.

«… Но садит он в саду своем

Кусты и овощи цветущи;

Иль диких древ, кривым ножом

Обрезав пни, и плод дающи

Черенья прививает к ним.»

(Г.Р. Державин, «Похвала сельской жизни»)

Воздадим должное сельской жизни, хотя бы такой, какую ведет садовод-любитель, выращивающий на своем участке смородину, морковку и цветы. Садоводство - это прекрасная возможность заняться посильным физическим трудом на свежем воздухе в надежде получить отдачу от своих зеленых питомцев.

Что может лучше помочь городскому жителю избавиться от стрессового состояния и дать разгрузку психике?

Результат успешного садоводства - большой выбор витаминной продукции на семейном столе.

Кому же мало заниматься садоводством любительски, может заняться – профессионально и стать агрономом. Его обязанность знать и приумножать природу, создавать новые сорта культур, защищать растения от вредителей.

Агроном свою деятельность основывает на знаниях биологии, химии, физики, математики, геодезии, метеорологии, механики и других наук.

Он создает условия для жизни растений, регулирует водный, светотепловой и питательные режимы. Изучив состав почв и условия климата, он проектирует технологические приемы обработки почвы. Растения хорошо растут и развиваются, если они обеспечены азотом, фосфором, калием, серой, кальцием, магнием, железом. Им нужен углерод, кислород, водород, и микроэлементы (бор, марганец, медь, молибден, …) Д. И. Менделеев отмечал, что если ничего не делать для пополнения веществ, необходимых растениям, то почва, лишаясь их, с каждым урожаем будет истощаться. Агроном проводит расчеты потребности в удобрениях на основе химических анализов почвы, определяет дозы и сроки, способы внесения удобрений в почву.

В летний период большое внимание уделяется уходу за растениями, проведению наблюдений за их ростом и развитием. Агроном должен знать и проводить мероприятия по защите их от вредителей и болезней. И это только часть обязанностей агронома, но уже видно, что эта профессия многообразна, творческая и оперативная.

Подготовку агрономов с высшим образованием осуществляют высшие сельскохозяйственные учебные заведения, а со средним образованием – сельскохозяйственные техникумы.

Не будем ждать, когда вы закончите сельскохозяйственную академию. Попробуем себя в роли агронома сейчас, работая на садовом участке, на школьной грядке, ухаживая за комнатными растениями.

Чтобы наши зеленые питомцы радовали нас – нужно быть, и сторожем, и врачом, т.е. держать наготове «оружие и лекарство» - различные химические вещества.

Чем кормить и как лечить растения? Какие препараты наиболее эффективны? Как их применить? Ответы на эти вопросы мы будем искать.

Химическим анализом установлено, что в состав растений входят около 70 элементов. Некоторые из них – макроэлементы – необходимые растениям в больших количествах; другие же – микроэлементы – требуются в незначительных количествах.

1. Макроэлементы – С, О, Н, Р, N, S, Mg, K, Ca.

2. Микроэлементы – Fe, Mn, Cu, B, Zn, Mo, Co, и др.

Азот входит в состав белков. При его недостатке задерживается образование зеленой массы, растения плохо растут, их листья становятся бледно – зелеными и даже желтеют.

Фосфор содержится в нуклеиновых кислотах, которые участвуют в окислительно-восстановительных процессах, протекающих в растениях. Фосфор особенно необходим при росте и развитии репродуктивных органов (цветки, плоды).

Калий ускоряет процесс фотосинтеза и содействуют накоплению углеводов (сахара – в сахарной свекле, крахмала – в картофеле). У злаковых он способствует укреплению стебля и тем самым устраняет их полегание.

Железо, марганец, бор и другие микроэлементы играют определенную роль в жизни растений. Так, например, при наличии микроэлемента бора растения лучше усваивают азот, фосфор и калий. Медь, марганец и цинк ускоряют окислительно-восстановительные процессы и тем самым способствуют росту растений. Железо участвует в синтезе хлорофилла.

Занятие 2.

Растения безмолвны. Они не умеют говорить о своих бедах. Как определить, хватает ли "зеленым господам" сада - растениям - того или иного "блюда" их рациона? Об этом лучше всех расскажут внешние признаки. Научимся их определять. Вовремя и верно определив «болезнь», можно найти верное лечение.

В этой таблице указаны внешние признаки нехватки химических элементов, чем они вызваны, и чем их можно устранить.

Помимо этого, необходимо знать дозы удобрений, которыми подкармливают растения. Как сказал Парацельс: «Все есть яд и ничего не лишено ядовитости, одна лишь доза – делает яд незаметным».

Подкармливать растения можно двумя способами: а) рассыпать сухие удобрения по диаметру корневой системы; б) опрыскивать растения растворенными в воде удобрениями. Остановимся подробнее на последней.

В следующей таблице представлены нормы удобрений необходимых для растений.

Занятие 3 -5.

Наши зеленые подопечные очень нуждаются в нашей заботе. Нам уже известно как узнать, чего им не хватает, какими порциями подкармливать. Теперь нужно научиться приготавливать питательные растворы. Рассмотренные выше удобрения, можно купить в специализированных магазинах в расфасованных пакетиках по 10 - 20- граммов.

Некоторые из них существуют в виде кристаллогидратов: ZnSO₄•5H₂O, Cu SO₄•5H₂O,

Mn SO₄•7H₂O, Fe SO₄ •7H₂O, Mg SO₄•2H₂O.

Практическая работа. Приготовление раствора из кристаллогидрата.

Реактивы и оборудование. Вода, кристаллогидрат, химический стакан, весы, разновесы, шпатель, мерный цилиндр, стеклянная палочка.

Ход работы.

1. Вычислить массу воды и кристаллогидрата необходимые для приготовления 50 г раствора с массовой долей растворенного вещества 5%.

2. Взвесить на весах рассчитанную массу кристаллогидрата и перенести в химический стакан.

3. Отмерить необходимую массу воды и перелить ее в химический стакан с кристаллогидратом, хорошо перемешать с помощью стеклянной палочки.

Согласно таблице, в которой указаны нормы удобрений, они очень малы. Взвешивать на весах такие маленькие количества неудобно, тем более, если удобрение надо использовать только для одного или двух любимых горшечных растений. Как поступить? Для решения этой проблемы, поступим следующим образом: растворим все, что есть в пакетике, а затем будем брать порции из концентрированного раствора и разбавлять. Надо заметить, что некоторые удобрения при хранении во влажном помещении слеживаются, что затрудняет взвешивании в маленьких количествах.

Практическая работа. Приготовление раствора соли методом разбавления более концентрированного.

Реактивы и оборудование. Вода, более концентрированный раствор соли, химический стакан, мерный цилиндр, пипетка, ареометр, стеклянная палочка.

Ход работы.

1. Вычислить массу воды и концентрированного раствора соли (взять ранее приготовленный раствор). При вычислении предлагается применить правило креста или графический метод. (Смотрите приложение.)

2. С помощью ареометра измерить плотность концентрированного раствора соли. Пересчитать массу этого раствора на его объем, измерить и перелить в стакан.

3. Отмерить мерным цилиндром необходимое количество воды, учитывая ее плотность и перелить в химический стакан, перемешать. Перелить в стеклянный пузырек для хранения.

Хранить растворы удобрений лучше всего в стеклянной или пластмассовой посуде (так как в емкостях из алюминия, оцинкованного железа многие из них могут вступать в химическое взаимодействие) темного цвета. Если таковой нет, можно затемнить емкость самостоятельно: обмотать темной бумагой или тканью. Беречь от нагревания и детей. Обязательно сделать надпись.

Умея определять по внешним признакам нехватку элементов у растений и умея приготавливать нужные питательные растворы, можно приступать к опрыскиванию наших зеленных питомцев.

Приложение.

1. Правило креста.

Задача. Для подкормки растений применяют раствор натриевой селитры. Сколько надо взять воды, чтобы и 2% раствора нитрата натрия приготовить 5л 0,2% раствор? (Плотность раствора принять за единицу.)

Решение.

2% - - 0,2 1. Определим количество массовых частей исходных растворов,

0,2% пошедших на приготовление заданного раствора.

0% - - 1,8

2. Числа 0,2 и 1,8 показывают. В каком массовом отношении надо

взять растворы с ω=2% и воды ω=0%. 2% раствора надо взять 0,2

массовые части, а воды 1,8 массовые части.

Занятие 6.

Растения надо не только кормить, но еще лечить от болезней, а также защищать от врагов и непрошеных нахлебников - насекомых-вредителей. Для этого люди с давних пор используют ядохимикаты - медный купорос, золу, а также серу, мыло и керосин.

Медный купорос был среди первых химических веществ, примененных для борьбы с болезнями растений. Купоросное производство в России возникло несколько раньше, чем в Европе, в 1725 году на Лялинском медеплавильном заводе в Пермской губернии. В Европе же первая "купоросная мануфактура" была основана только в 1769 году во французском городе Руане. Медный купорос в то время называли в России синим или "турецким". Однако медеплавильные производства и в Западной Европе были распространены довольно широко.

Считается, что полезные свойства медного купороса как защитника растений были открыты случайно, когда Ирландию постиг голод, вызванный массовым поражением картофеля картофельной гнилью (фитофторой). Наблюдательный репортер провинциальной газеты заметил, что этой болезни не подвержен картофель на полях вблизи медеплавильных заводов, тогда как в других местах он превратился в вонючую гниющую массу.

Позднее химики доказали, что катионы меди Cu²⁺ успешно "воюют" с грибковыми микроорганизмами, вызывающими многие болезни растений. Небольшие содержания меди в почве для растений полезны, а избыток меди вреден. Как тут не вспомнить слова Парацельса: "Все есть яд и ничто не лишено ядовитости, одна лишь доза делает яд незаметным".

Другой "медный" ядохимикат для защиты растений появился совсем не случайно. Виноградари Франции однажды обратились к химику Жозефу-Луи Прусту, который в то время был уже маститым ученым, с просьбой приготовить какое-нибудь снадобье, чтобы отпугивать воров от плантаций созревающего винограда. Пруст откликнулся на просьбу и вскоре предложил для этой цели использовать смесь растворов сульфата меди и гашеной извести.

"Бордосская смесь" - сине-голубого цвета и выглядит на ягодах винограда точь-в-точь как ядовитая плесень, но не причиняет винограду никакого вреда. Любителей срывать кисти винограда с такой "плесенью" действительно не нашлось.

Прошло немало времени, пока в 1882 году французский химик Миллярде, проезжая мимо виноградников, где особенно часто использовалась смесь Пруста, обратил внимание, что здесь нет даже следов виноградной гнили. Бордосская смесь, или бордосская жидкость (так ее стали теперь называть) в рекордный срок распространилась по всему миру, причем ею стали опрыскивать не только виноград, но и картофель, помидоры, лук, яблони и груши. Чтобы бордосская смесь дольше хранилась, и при опрыскивании соединения меди лучше прилипали к листве растений, к ней добавляли сахар или мыло. Впрок бордосскую смесь не готовят: при хранении взвешенные частицы довольно быстро слипаются и оседают, и она становится непригодной.

Если нет гашеной извести, зато есть сода, то готовят бургундскую смесь. Этот препарат появился позже бордосской смеси, когда в Европе появилась дешевая сода - карбонат натрия.

Очень распространенный "ядохимикат" - древесная зола. В ней содержатся все химические элементы, необходимые растениям: калий, фосфор, кальций, магний, сера и другие. Больше всего в золе кальция (23-40%), калия (6-12%) и фосфора (2-6%). Азота в золе нет, но в присутствии золы возникают благоприятные условия для жизнедеятельности клубеньковых бактерий, которые улучшают азотное питание растений.

Состав золы зависит от породы сгоревшей древесины. Зола от сжигания листьев, ветвей, молодой поросли и деревьев лиственных пород содержит больше полезных растениям веществ, чем зола древесины хвойных пород и старых деревьев. Больше всего калия (в виде карбоната калия) в золе клена и березы, много его в золе подсолнечника и картофельной ботвы.

Но зола - не только удобрение, но и самый доступный и безопасный ядохимикат и издавна служила средством защиты растений от вредителей. Для этого охлажденной золой посыпали ботву на огороде, листву ягодников и плодовых деревьев.

Сера, мыло и керосин

Сера была известна человеку еще в глубокой древности. Гомер в "Одиссее" упоминал о том, как горящей серой окуривали помещения: уже тогда ее использовали против вредных насекомых. Более того, сера считалась средством чудодейственным. Плиний Старший (23-79 гг. н.э.) в "Естественной истории" писал: "Сера применяется для очищения жилищ, так как многие держатся мнения, что запах и горение серы могут предохранить от всяких чародейств и прогнать нечистую силу". При сжигании серы образуется сернистый газ - диоксид серы, который убивает болезнетворные микроорганизмы в воздухе и уничтожает насекомых-паразитов.

Но сера защищала от болезней не только людей, но и растения. Ею окуривали виноградники, когда в них заводились вредители, а серным цветом (тончайшим порошком серы) посыпали листву растений. Самое интересное, что серный цвет успешно применяют для защиты садов и огородов до сих пор. Для этого используется готовая "коллоидная сера" - тончайший порошок, который смешивают с мыльной водой и опрыскивают им растения. Сера как ядохимикат хороша тем, что практически безвредна для человека, не накапливается в организме и легко удаляется с листьев и плодов растений обычной водой. Мыло и керосин тоже с давних времен применяются для борьбы с вредителями сада и огорода. Давно известное - далеко не всегда значит устаревшее. Простые и дешевые препараты, которые любой, даже начинающий, садовод легко приготовит из указанных веществ, успешно защищают растения от многих вредителей и болезней.

Известково-серный отвар хорошо очищает кору деревьев от лишайников и мхов, смертоносен для большинства вредителей; особенно эффективен он летом для борьбы с клещами плодового сада. Отвар готовят следующим образом: в небольшом ведре или кастрюле подходящей емкости смешивают 0,6 кг гашеной извести с 0,5 л горячей воды, а потом добавляют небольшими порциями при перемешивании 0,4 кг порошка серы ("серного цвета"). Затем приливают еще 1,5 л горячей воды, и полученную смесь кипятят в течение четверти часа, закрыв ведро крышкой.

При нагревании смеси серы и гашеной извести (гидроксида кальция) в воде протекает химическая реакция образования пентасульфида кальция CaS₅ и тетрасульфида кальция CaS₄, придающих отвару красный цвет, и тиосульфата кальция CaS₂O₃, которые являются ядами для микроорганизмов, вызывающих грибковые заболевания растений, и клещей - вредителей сада.

Известково-серный отвар хранят в плотно закрытых стеклянных или пластмассовых банках, заливая его сверху слоем машинного масла, чтобы приготовленный препарат не портился из-за окисления кислородом воздуха. В алюминиевой, оцинкованной и даже медной посуде отвар хранить нельзя - он разъедает эти металлы. Перед тем как слить отвар на хранение, ему дают остыть, а потом осторожно переливают в банки (особенно надо беречь глаза и руки; лучше всего, если вы наденете резиновые перчатки и защитные очки).

Густой осадок нерастворившейся серы и гашеной извести можно выбросить на компостную кучу. Перед использованием известково-серный отвар разбавляют водой; для опрыскивания берут 1 стакан отвара на ведро воды. Разбавленный водой отвар долго хранить нельзя, на воздухе он разлагается и теряет свои полезные свойства.

Тонкоизмельченную коллоидную серу применяют для лечения растений от мучнистой росы, парши, для защиты от клещей, губящих яблони и смородину. Важно, что коллоидная сера безвредна для человека и животных, более того, прием ее внутрь в умеренных количествах даже считается полезным (способствует рассасыванию нарывов и действует как легкое слабительное). Растения накапливают связанную серу в семенах и листьях в виде белковых веществ (например, в капусте до 0,8% серы в расчете на сухое вещество).

Коллоидная сера бывает в продаже в виде пасты с содержанием серы 35% ("сульфарид") или 70%, и обычно упакована в банки или полиэтиленовые пакеты. Для опрыскивания растений берут 50-100 г такой пасты на ведро воды; получается молочно-белая взвесь (суспензия) серы, которая хорошо уничтожает клещей. Чтобы избавиться от мучнистой росы или парши, достаточно развести в ведре воды 30-80 г 70%-й коллоидной серы. Сульфарид используют для опрыскивания пораженных паршой огурцов, дынь и арбузов в теплицах и в открытом грунте и берут на ведро воды 40-100 г готового препарата.

Если не удается приобрести готовую коллоидную серу, ее можно получить, используя известково-серный отвар (см. выше) и раствор цинкового или железного купороса (сульфатов цинка или железа). Для этого 20 мл известково-серного отвара разбавляют 4,5 л воды и понемногу при постоянном перемешивании добавляют к нему заранее приготовленный раствор купороса (30 г сульфата цинка или 16 г сульфата железа в 4 л воды). Получается взвесь желтоватого или бурого цвета, которая, помимо серы, содержит малорастворимые соли - сульфат кальция и сульфид цинка или железа.

Для уничтожения клещей и мучнистой росы пригодится и "серный цвет" - очень тонкий порошок серы. Все культуры плодового сада, кроме крыжовника, можно опыливать таким порошком во время периода роста.

"Зеленое мыло", которое известно в России еще с 1670 г., варят, используя поташ (карбонат калия) вместо обычно применяемой соды (карбоната натрия), и оно часто получается жидким. Раствор зеленого мыла (200--400 г на ведро воды), имеющий щелочную реакцию, используют для обработки растений, страдающих от нашествия тли и других сосущих вредителей. Такая обработка проводится во время ростового периода не более трех раз; последнее опрыскивание допускается за пять дней до сбора урожая.

Ранней весной, пока не раскрылись почки, яйца и личинки вредителей сада уничтожают керосиново-мыльной эмульсией. Получить такую эмульсию (взвесь мельчайших капелек керосина в воде) можно, если растворить в литре кипятка 40-50 г зеленого мыла или стружки хозяйственного мыла, охладить раствор до 50--60 (С, а потом влить в него при непрерывном перемешивании 2 л керосина. При этом должна получиться однородная смесь, похожая на сметану. Если эмульсия приготовлена правильно, она сохраняется несколько дней, не расслаиваясь на керосин и мыльную воду, и на поверхности ее нет "блесток" керосина. Керосиново-мыльную эмульсию разбавляют вдвое теплой водой и используют для опрыскивания деревьев. Если такую эмульсию собираются применять для опрыскивания "по зеленым листьям", ее надо разбавить гораздо сильнее в 12-13 раз, а саму обработку сада вести в пасмурную, но не дождливую погоду или в вечерние часы и очень мелкими капельками смеси.

Занятие 7.

Практическая работа. Приготовление медно-мыльного препарата для борьбы с мучнистой росой.

Оборудование и реактивы. Медный купорос, жидкое или хозяйственное мыло, вода, кальцинированная сода, весы, мерная емкость, эмалированное или бак.

Ход работы.

1. В 0,5 л горячей воды растворить 10 г медного купороса.

2. В 10 л теплой воды растворить 100 г мыла. Если вода жесткая, предварительно добавить к ней 50 г кальцинированной соды.

3. Раствор медного купороса тонкой струей при помешивании влить в раствор мыла.

Правильно приготовленная эмульсия должна иметь зеленоватый цвет и не образовывать хлопьев. Препарат готовят перед опрыскиванием.

Примечание. Для выполнения этой работы в классе объемы растворов можно уменьшить в 10 раз.

При отсутствии жидкого мыла можно использовать хозяйственное мыло, которое, натерев на крупной терке, заливают на несколько часов горячей водой, смягченной содой, до растворения. Полученный раствор используют как выше.

Медно-мыльный препарат можно готовить и в более высоких концентрациях (20 – 30 г медного купороса и 200 -300 г мыла на 10 л воды). Этот препарат используют для борьбы с мучнистой росой крыжовника, земляники, роз.

Для обсуждения результатов работы можно преложить ответить на вопросы:

1. Какие реакции протекают в растворе, который приготовили?

2. Почему не желательно готовить этот раствор и тем более хранить его в емкостях из алюминия, оцинкованного железа, эмалированных с поврежденной эмалью?

3. Приготовленный препарат содержит мыло, которое, как известно, является органическим соединением. Но сам препарат по классификации относится к неорганическим пестицидам. Почему?

Занятие 8.

Последнее занятие посвящается оформлению и защите отчетной работе. Которая идет в портфолио ученика.

Примерное содержание отчетной работы.

Ф.И.О. ученика, класс.

Название элективного курса. Ф.И.О. учителя.

Цель элективного курса.

Краткое теоретическое описание.

Краткое описание проделанных работ. ( Дневник, лабораторный журнал, рабочая тетрадь с аккуратными записями).

Подпись учителя._________________________________________________________

Выводы, которые ученик сделал для себя. (Учитель оставляет для своей рефлексии).

Например:

Ответить на вопросы анкеты.

1. Твое отношение к элективному курсу (выбери вариант ответа):

А) отличный, интересный, захватывающий;

Б) хороший, содержательный, заставляющий работать;

В) нормальный обычный;

Г) скучный, работа без интереса;

Д) Бесполезный, совсем не интересный.

Написать свой ответ.

1. Какая цель стояла перед тобой.

2. Какие события, факты, закономерности, формулы, явления, правила ты усвоил на курсе.

3. Чему новому ты научился на курсе.

4. Какие были главные мысли на курсе?

5. Какие ранее полученные знания ты использовал на курсе?

Литература.

1. Пичугина Г.В. «Химия в технологиях сельского хозяйства», владос, Москва, 2003, с 107 - 108.

2. Попова М.П., Соболева В.П, «Вредители и болезни плодов-ягодных культур», Сельхозгиз,1955, с 22 – 25.

3. «Мир профессий: человек – природа», Москва, «Молодая гвардия», 1988 г, с 21 - 24.

4. Фельдман Ф.Г, Рудзитис Г.Е. «Химия», 9 кл. – М.: Просвещение,1990.

5. Пропалов Н.И. и др, «Сборник дифференцированных задач и упражнений по химии с решениями», Владимир, 2001 г.

6. Интернет – сайт «Алхимик», рассылки Subscribe.ru