Дата. 05.12.2023
Тема. Исследование свойств воды
Цель: изучить свойства воды.
Задачи урока:
образовательные: выявить физические и химические свойства воды экспериментальным методом, используя оборудование центра «Точка роста». Выяснить на каких свойствах воды основано ее значение и применение.
воспитательные: осознанно достигать поставленной цели, воспитывать положительное отношение к совместному труду; формировать бережное отношение к своему здоровью и водным ресурсам.
развивающие: анализировать, сравнивать и обобщать факты, устанавливать причинно-следственные связи, определять свойства воды с помощью опытов, уметь организовать совместную деятельность на конечный результат, уметь выражать свои мысли.
Оборудование: оборудование центра «Точка роста»: ноутбук, цифровая Z.Labs, мультидатчик и датчики: датчик рН, датчик определения оптической плотности, датчик электропроводности; рабочие листы к лабораторным работам, лабораторная посуда, водопроводная вода, напиток кока-кола, минеральная вода.
Технологическая карта
| № п/п | Основные этапы | Содержание занятия |
| 1. | Организационный момент. | Проверка готовности к занятию. Включение в деловой ритм.
Вода – это, на первый взгляд, простое химическое соединение водорода и кислорода, ее химическая формула H2O. Но на самом деле, вода – основа жизни на Земле. Определенное содержание воды – одно из необходимых условий существования живого организма. Ни одна другая жидкость не имеет такого значения для организма, как вода. При изменении количества потребляемой воды и ее солевого состава нарушаются процессы пищеварения и усвоения пищи, кроветворения. Актуальность выбранной темы объясняется тем, что вода с научной точки зрения – это самая необычная, самая загадочная жидкость. Трудно назвать какое-либо свойство воды, которое бы не было аномальным. |
| 2. | Основная часть
| Учитель: Каковы свойства воды? Назовите физические, химические и биологические свойства воды! Ученики: Учитель: Что определяет уникальные физические и химические свойства воды, столь важные для существования живой материи? Ученики: молекула воды – диполь. Атомы водорода в молекуле воды несут частичный положительный заряд, а атомы кислорода – отрицательный. Учитель: дипольный характер молекулы воды определяет её способность ориентироваться в электрическом поле. Именно это свойство воды определяет её уникальность как растворителя. Из-за своей полярности вода растворяет больше химических веществ, чем любой другой растворитель (Указывает на стаканы с водопроводной водой, кипячённой водой мультидатчик, датчики электропроводности и называет их). Используя цифровую лабораторию и датчик электропроводности, водопроводную воду и кипяченную воду , что мы сможем выяснить? Ученики: Мы узнаем какая вода обладает более высокой электропроводностью и жёсткость воды. Учитель: правильно, молодцы! А что мы сможем опрделить сегодня с вами с помощью датчика РН? (указывает на стакан с водопроводной водой, минеральной водой, стакан с напитком кока- колы, датчик определения рН растворов). Ученики: мы определим рН растворов! Учитель: а что мы сможем определить с помощью датчика оптической плотности? Ученики: Учитель: В каких состояниях находится вода в природе? Ученики: Вода находится в природе в твёрдом состоянии, жидком и парообразном (влага в атмосфере). Учитель: Каким уникальным свойством она обладает, находясь в таких состояниях? Молодцы! (учитель проводит тряпкой, смоченной в воде по классной доске) Скажите, что произойдет с влагой на доске через некоторое время? Ученики: вода испарится, значит в влажность воздуха повысится Учитель: Вода находится во всех живых организмах. Человек на 75 процентов состоит из воды. И так как вода хороший растворитель, то такие свойства как рН растворов , жесткость воды, важны для него! Какова тема нашего занятия? Сформулируйте проблему! Вода сама жизнь, а она может ли принести вред живому организму? Сегодня мы будем изучать интересную тему, которая поможет вам получить навыки работы с цифровой лабораторией. Результат проделанной работы будет зависеть от работы каждого из вас. Поэтому вы должны работать в атмосфере сотрудничества, взаимопомощи и добра! Учитель: Вспомните правила техники безопасности при проведении опытов, технику безопасности в кабинете биологии и химии, правила работы с оборудованием – цифровой лабораторией и датчиками, лабораторной посудой! Каждая группа выбирает теоретика, практика, спикера! Каждой группе выданы к выполнению лабораторной работы задания – инструкции! (Приложение 1) Приступаем к выполнению работ! После окончания работ каждая группа зачитывает теорию, рассказывают о ходе работы для всего класса, делают вывод на каких свойствах воды основано ее значение и применение.
Ученики выполняют лабораторную работу. Вывод делают все вместе в группе. |
| 3. | Подведение итогов. Рефлексия.
| Что мы сегодня с вами исследовали? Вернемся к цели занятия! Какие свойства воды мы изучили? Вернёмся к проблемному вопросу! Вода сама жизнь, а она может ли принести вред живому организму? Каковы нормы рН растворов и напитков, жесткости воды для человека и живых организмов? Называют свойства воды и нормы значений для живых организмов и человека. |
В данном учебном году учащиеся 9-х классов готовятся к защите проектных работ с элементами использования датчиков цифровой лаборатории. С начала учебного года обучающиеся знакомятся с устройством и принципом работы датчиков цифровой лаборатории, осваивают методику работы с программным обеспечением, начали проводить лабораторные работы с целью апробации возможностей имеющегося оборудования и целесообразностью его использования. Анализ данной работы показал, что практически любая тема, выбранная для проекта естественно-научной направленности, может быть дополнена элементами исследования с применением цифровой лаборатории. Например, при подготовке проекта в текущем учебном году по теме «Секреты минеральной воды», используется датчик рН, который позволяет провести исследование качества образцов минеральной воды различных марок, определяя их кислотность или щелочность. Датчик электропроводности нужен будет при подготовке проекта по теме «Вода в природе и в жизни человека».
Использование цифровых лабораторий в проектной деятельности способствует значительному поднятию интереса к предмету и позволяет учащимся работать самостоятельно, при этом получая не только знания в области естественных наук, но и опыт работы с интересной и современной техникой, компьютерными программами, опыт информационного поиска и презентации результатов исследования
Приложение 1
Группа 1. Лабораторная работа «Изучение кислотно - щелочного баланса пищевых продуктов»
Кислотность и щелочность раствора определяется концентрацией ионов водорода в этом растворе. Концентрацию ионов водорода выражают через рН раствора.
Чем больше концентрация ионов водорода, тем ниже рН.
В чистой воде и нейтральных растворах значение рН = 7,0 . Значение ниже 7,0 – кислый раствор , а выше 7,0- щелочной раствор (основной). В из- за малых примесей углекислого газа в дистиллированной воде рН может колебаться от 5,5 до 7. Диапозон значений рН варьирует от 0 до 14,0.
Для клеток и тканей требуется рН=7, а отклонение от этой величины более чем на одну или 2 единицы сказывается на них губительно.
Следовательно, для поддержания рН жидкостей тела, на более или менее постоянном уровне существуют определённые механизмы. Частично это достигается при помощи буферных растворов (буферов). Буферный раствор – это раствор, содержащий смесь какой- либо слабой кислоты и её соли. Действие его заключается в том, чтобы противостоять изменениям рН. Такого рода изменения могут возникать вследствие разбавления, а также при добавлении кислоты или соли. Некоторые органические соединения, в частности белки, способны действовать как буферы (например гемоглобиновая буферность в крови). Это качество является одним из важнейших для жизнедеятельности организма.
При употреблении различных пищевых продуктов важно учитывать их степень кислотно – щелочного влияния на органы пищеварения (ЖКТ).
Чрезмерное употребление «агрессивных» продуктов с низкими (рН менее 4) или высокими (рН более 10) значениями может привести к развитию заболеваний ЖКТ, в том числе гастриту или язве желудка.
Примеры показателей рН Таблица 1
| Вещество | рН |
| Желудочный сок | 1.0-2.0 |
| Кока – кола | 3.0 + 0.3 |
| Яблочный сок | 3.0 |
| Пиво | 4.5 |
| Кофе | 5.0 |
| Чай | 5.5 |
| Кожа здорового человека | 5.5 |
| Слюна | 6.8-7.4 |
| Молоко | 6.6-6.9 |
| Чистая вода | 7.0 |
| Кровь | 7.36-7.44 |
| Морская вода | 8.0 |
| мыло (жировое) для рук | 9.0-10.0 |
Практическая часть
Цель работы: изучить методику определения рН различных веществ.
Оборудование и материалы: цифровая лаборатория Z.Labs с датчиком рН, мерные стаканы с пищевыми продуктами: питьевая вода, кока – кола, минеральная вода.
Техника безопасности:
1. Перед началом работы освободите рабочее место от посторонних предметов.
2. Соблюдайте осторожность при работе с датчиком и растворами.
3. Точно выполняйте указания учителя при работе с ним в отношении порядка действий.
4. По окончании работы приведите в порядок рабочее место
Порядок проведения эксперимента:
1. Изучить рН в различных растворах продуктов питания (Таблица 1)
2. Для измерений необходимо использовать датчик рН цифровой лаборатории.
3. После каждого измерения щуп датчика необходимо споласкивать в дистиллированной воде.
4. Результаты эксперимента занести в таблицу 2
Результаты исследований рН растворов Таблица 2
| № | Образец | Показатель рН | Описание образца |
| 1 | питьевая вода |
|
|
| 2 | кока –кола |
|
|
| 3 | минеральная вода |
|
|
Выводы:
1. Что такое рН?
2. Какая среда наиболее благоприятна для продуктов питания?
3. Определить степень агрессивности исследованных продуктов для ЖКТ.
4. Сделать вывод о проделанной работе.
Группа 2. Лабораторный опыт «Оценка общей жесткости воды» (химия)
Оборудование: цифровая лаборатория Z.Labs с датчиком электропроводности, три стакана химических, цилиндр мерный, промывалка лабораторная, бумага фильтровальная, вода дистиллированная, вода кипяченая, вода сырая из крана.
Цель работы: оценить (сравнить) общую жесткость в исследуемых образцах воды.
Теоретическая часть
Жесткостью воды называется совокупность свойств, обусловленных содержанием в ней катионов щелочноземельных элементов, преимущественно ионов кальция и магния.
Вода с высокой жесткостью не приятная на вкус, ее регулярное употребление может провоцировать образование камней и приносить другой вред здоровью человека, мытье жесткой водой негативно сказывается на состоянии кожи и волос. Жесткая вода приводит к появлению известкового налета (накипи) на нагревательных элементах бытовых приборов. В жесткой воде ухудшаются моющие свойства мыла, так как ионы кальция и магния реагируют с ним с образованием осадка.
Однако употребление воды, совсем не содержащей ионов кальция и магния, также не рекомендуется, поскольку происходит постепенное вымывание кальция из костного скелета и зубов.
Нормальной жёсткостью в России считается суммарное содержание ионов кальция и магния в воде до 2 ммоль/л. Жесткость воды обусловлена частичным растворением пород, через которые она протекает.
Различают временную и постоянную жесткость воды. Временная (карбонатная) жесткость обусловлена присутствием в воде только гидрокарбонатов кальция и магния, а постоянная (некарбонатная) жесткость – сульфатами и хлоридами кальция и магния. Временная и постоянная жесткость вместе составляют общую жесткость воды.
Процесс, снижающий или полностью устраняющий жесткость, называется умягчением воды. Временную жесткость можно устранить, если воду подвергнуть кипячению. При повышении температуры из воды, содержащей растворенный гидрокарбонат, выпадает в осадок труднорастворимый карбонат и выделяется диоксид углерода:
Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + CO2 + H2O
Распространены химические методы умягчения воды, основанные на связывании ионов кальция и магния в труднорастворимые соединения. Для этой цели применяют гидроксид кальция Ca(OH)2, карбонат натрия Na2CO3, гидроксид натрия NaOH, ортофосфат натрия Na3PO4 и др.
Широко используется метод устранения жесткости при помощи катионообменных смол (катионитов). Жесткая вода, пропущенная через слой измельченного катионита, освобождается от ионов кальция и магния, которые заменяются ионами натрия или водорода.
В последнее время находят все большее применение методы снижения или устранения жесткости воды с использованием мембран. Этот метод обратного осмоса и метод электродиализа.
Метод оценки жесткости воды по электропроводности позволяет сравнить общую жесткость разных образцов воды. Точное значение общей жесткости воды этим методом определить нельзя, так как электропроводность обуславливается не только солями кальция и магния, в воде присутствуют и другие электролиты: соли натрия, калия и др.
Практическая часть:
1) Снять защитный колпачок, с помощью промывали тщательно полоснуть его нижнюю часть дистиллированной водой, после чего осушить фильтровальной бумагой.
2) Закрепить датчик электропроводности в лапке штатива.
3) Подключить датчик к компьютеру, запустить программу измерений Z.Labs
4) В стакан с водопроводной сырой водой опустить датчик электропроводности, слегка поболтать им и нажать кнопку «Пуск». При опускании электрода в раствор необходимо избегать касаний чувствительным элементом стенок стакана.
5) Дождаться, пока показания стабилизируются и нажать кнопку «пауза». Занести результат в таблицу:
|
| Образцы воды |
| Дистиллированная | Водопроводная сырая | Водопроводная кипяченая |
| Электропроводность мкСМ |
|
|
|
6) Вынуть из стакана датчик электропроводности, промыть дистиллированной водой и осушить фильтровальной бумагой.
7) Повторить пп.4-6 для дистиллированной и водопроводной кипяченой воды.
Опускаем датчик в воду из-под крана. Смотрим на график и ждем, пока показание стабилизируется (ждем 15 секунд). Итак, запишем показание в нашу таблицу.
Вынимаем датчик, обмакиваем его фильтровальной бумагой. И теперь опускаем его в пробирку с кипяченой водой. Как мы можем заметить, показатель снизился. Так же ждем стабилизации показаний (ждем 15 секунд). Запишем наш показатель в таблицу.
Из данных в нашей таблице мы можем сделать вывод о том, что электропроводность воды из-под крана выше электропроводности кипяченой воды. Следовательно, жесткость воды из-под крана также выше, чем у кипяченой воды. Это говорит о том, что кипячение действительно смягчает воду.
Группа 3. Лабораторный опыт «Определение оптической плотности»
Оборудование и реактивы: цифровая лаборатория Z.Labs с датчиком определения оптической плотности, три стакана химических, цилиндр мерный, промывалка лабораторная, бумага фильтровальная, вода дистиллированная, питьевая вода, вода сырая из крана, кока-кола.
Теоретическая часть
Практическая часть
Ход работы:
1) Сперва определяем значения в дистилированной воде и как только наши показания зафиксировались, нажимаем на паузу, заносим показания в таблицу.
2) Одновременно фиксируем показания мутности, вынимаем квадратную пробирку и вставим туда другую пробирку.
3) Результат заносим в таблицу.
| Образец | Оптическая плотность, D |
| Дистиллированная вода |
|
| Питьевая вода |
|
| Водопроводная сырая |
|
| Кока-кола |
|
568
98 825 
