Строение и физические свойства воды. Значение, применение и охрана водных ресурсов.

Строение и физические свойства воды. Значение, применение и

охрана водных ресурсов.

Цели:

Образовательные:

1) Показать взаимосвязь между строением и физическими свойствами воды;

2) Выяснить, какие свойства воды являются аномальными, и как это влияет на облик планеты.

3) Ознакомить с факторами загрязнения природных вод и путями решения этой проблемы.

Воспитательные:

1) Развивать эстетическое восприятие окружающей природы;

2) Развивать чувство бережного отношения к водным ресурсам.

Развивающие:

1)формировать умение самостоятельно работать с источниками информации;

2) способствовать развитию целостного научного мышления о явлениях, науках, их

взаимосвязи, реализуя межпредметные связи курсов химии, биологии, физики, географии.

Оборудование:

компьютер, мультимедийный проектор, экран, лазерная указка, предметные стёкла, стальные

иголки или металлические скрепки, кристаллизаторы с водой.

Эпиграф (на доске)

Если в столь простом веществе, как вода,

наукой не всё было открыто, то как много ещё

остаётся неясного и точно не исследованного во

всём окружающем нас материальном мире…

Н.Д.Зелинский

Урок начинается со слов Антуана де Сент–Экзюпери (слайд 1)

Вода с одной стороны является самым простым и обычным веществом. В тоже время она может преображаться в самые разнообразные формы в виде дождя, снега, инея, тумана, облака и т. д. И, наверное, поэтому, она была и остаётся источником вдохновения поэтов, художников, композиторов. Поэты и писатели всех времён воспевали в своих произведениях красоту морей и рек, шум водопада, загадочность подводного мира. (слайд 2).

Именно любовь к водной стихии, восхищение его многоликостью помогла создать Айвазовскому Ивану Константиновичу такие шедевры, как «Чёрное море» и «Шторм в ночи». (слайд 3)

А Левитан Исаак Ильич создал свои великие картины «Весна. Большая вода» и «Озеро».

Эти картины, показывающие два противоположных состояния водной глади, как бы показывают состояние души этих великих художников. Какие черты их характера и заветные мечты можно увидеть на этих полотнах? ( По данному вопросу учащимся можно предложить научную работу «Образ (многоликость) воды в творчестве художников, поэтов, писателей»)

Далее учащимся предлагается просмотреть видеофрагменты и сделать вывод. (слайд 5)

Как предполагаемый вывод можно использовать слова В.И. Вернадского «Нет земного вещества – минерала, горной породы, живого тела, которое её не заключало бы. Всё земное вещество ею проникнуто и охвачено».

Действительно, такие твёрдые вещества, как гипс и рис в своём составе содержат воду. Её находят в пустынях, которые называются безводными. Вода содержится в горных породах. Даже в расплавленной магме она присутствует в значительных количествах и выделяется в виде пара при извержении вулканов. (слайд 6)

Учитель: Вспомните из курса географии, как распределена вода на территории Земли?

Ученик:Вода покрывает 3/4 (70% земной поверхности)

97 % - солёная вода Мирового океана;

2,2 % - ледники покровные и горные;

0,6 % - пресная вода рек, озёр, подземных горизонтов;

0,2 % - в атмосфере Земли. (слайд 7)

Учитель: Какую роль играет вода в жизни живых организмов? (Вопрос можно дать заранее группе учащихся по направлениям: 1) для растений; 2) для животных; 3) для человека. (Более подготовленные учащиеся могут создать свои слайды.)

Ученик:Находясь в большом количестве в живых организмах, вода играет огромную роль в их

жизнедеятельности:

• 3500 млн. лет назад в океанах появились первые живые существа. И только благодаря воде жизнь продолжает существовать.

• Живые организмы состоят примерно на ¾ из воды.

• Большие количества воды потребляют растения. Подсчитано, что для получения 1 т пшеницы нужно около 1500 т воды, хлопчатника – 10000 т. (слайд 8)

• Много воды потребляют животные. Для многих из них вода является средой их существования. (слайд 9)

• В человеческом организме 35 л жидкости непрерывно осуществляют «орошение» тела. В этот объём входят: 5л крови, 2 л лимфы, 28 л внутриклеточной и внеклеточной жидкости. Все эти жидкости – водные растворы органических и неорганических веществ. (слайд 10)

Учитель: Велико значение воды в природе.

• Вода – терморегулятор; (слайд 11)

• Вода – растворитель, разрушитель и создатель горных пород. (слайд 12)

Учитель: Какое значение имеет большой круговорот воды в обеспечении водой планеты?

Ученик:

Благодаря круговороту воды на сушу поступает большое количество влаги и тепла. Даже территории, находящиеся далеко от океанов, могут получить необходимое количество воды для питания рек, озёр, подземных вод. Наряду с осадками воздушные массы, приходящие со стороны океана, приносят тепло в зимнее время и прохладу летом. Благодаря круговороту воды суша не становится безжизненной пустыней. (слайд 13)

Учитель: Почему воду называют самым аномальным веществом в мире?

Для того чтобы ответить на этот вопрос, выслушаем мнения экспертов, которые работали в разных группах.

Дальше идёт выступление I группы учащихся, которые заранее подготовились по такому заданию:

— Рассмотрите график температур кипения и плавления водородных соединений элементов VIгруппы главной подгруппы. При какой температуре вода должна кипеть, а при какой – замерзать?

Соответствует ли это действительности? (слайд 14)

Вывод учащихся:

• При сравнении водородных соединений элементов VIгруппы видно, что вода должна замерзать при около -100°С, кипеть – около -80°С. На самом деле вода замерзает при 0°С, а кипит при 100°С.

Учитель: Существуют ли на Земле места, где температура ниже -80°С? В каком виде находилась бы

вода на планете, если температуры плавления и кипения соответствовали бы графику? К чему бы это привело?

С этим заданием работали учащиеся IIгруппы и они сделали соответствующий вывод:

• Самая низкая температура зафиксирована в Антарктиде. Она равна -89,2°С. Но средняя температура материка намного выше. На остальной части Земли намного теплее.

• При такой температуре кипения и замерзания вся вода бы на Земле испарилась и невозможна была бы жизнь. Наша планета превратилась бы в безводную пустыню.

(слайд 15)

Задание III группе:

— По какой формуле вычисляется плотность? (=m/V)

— Меняется ли масса воды с изменением температуры? (не меняется)

— Что происходит на холоде с закрытой бутылкой, до краёв наполненной водой? Почему? В какую сторону меняется объём воды при переходе из жидкого состояния в твёрдое? Как при этом меняется плотность?

Вывод:

• На холоде бутылка с водой разбивается, так как объём льда больше, чем объём воды.

• _воды= m_воды/V_воды; _льда = m_льда/V_льда; m_воды = m_льда; V_водыV_льда . Отсюда видно, что плотность льда будет меньше, чем воды.

Задание IVгруппе учащихся (слайд 16)

Рассмотрите график. Сделайте вывод о значении этого свойства воды для живых существ.

Вывод учащихся:

• Плотность веществ с понижением температуры повышается. А плотность твёрдого льда меньше, чем у жидкой воды. У воды наибольшая плотность при температуре 4°С.

• Если бы плотность воды при замерзании увеличивалась, то при приближении зимы поверхностные слои, охлаждаясь до 0°С, опускались бы на дно. В конечном счёте, вся вода приобрела бы температуру 0°С. Далее вода начала бы замерзать, образующийся лёд погружался бы на дно и водоём промёрз бы на всю его глубину.

• При этом многие формы жизни в местах, где бывает зима, в воде не могли бы существовать.

Задание V группе учащихся: Что такое теплоёмкость? (количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1°С). Чему она равна у воды? [(4,18 Дж/(г·К)].Какова она у остальных жидкостей? (Работа по справочнику)

Вывод:

• У воды большая удельная теплоёмкость (4,18 Дж/(г·К).Для сравнения приводим значения удельной теплоёмкости некоторых веществ: песок 0,79; известняк 0, 88; хлорид натрия 0,88;

глицерин 2,43; этиловый спирт 2,85.

• И, как уже было сказано выше (слайд 11), в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днём или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается. Так зимние и ночные температуры повышаются, а летние и дневные - понижаются, то есть амплитуда температур уменьшается.

Небольшая лабораторная работа:

• Возьмите два предметных стекла, на одну из них положите несколько капель воды и прикройте другим. Попробуйте разъединить стёкла. Что наблюдается? Почему так происходит?

• На поверхность воды в кристаллизаторе осторожно положите стальную иголку (лучше железную скрепку). Что наблюдается? Почему?

• Почему водные насекомые водомерки могут бегать по поверхности водоёмов?

Вывод:Вода имеет очень высокое поверхностное натяжение воды – 0,073 Н/м при 20°С. По

прочности на разрыв струя воды не уступает стальной проволоке того же сечения.

Обобщение учителя.

Итак, вернёмся к первоначальному вопросу: «Почему воду называют самым аномальным веществом в мире?»

• Вода имеет аномально высокие температуры кипения и замерзания.

• Плотность воды при переходе её из твёрдого состояния в жидкое не уменьшается, как почти у всех других веществ, а возрастает, являясь максимальной при 4°С.

• Вода обладает аномально высокой теплоёмкостью.

• У воды аномально высокое поверхностное натяжение.

Учитель: Какова причина всех этих аномалий?

Объяснение учителя:

Молекула воды образуется при взаимодействии двух атомов водорода и одного атома кислорода. Каждый атом водорода имеет один неспаренный s-электрон. В атоме кислорода два неспаренных р-электрона. При перекрывании двух р-электронных облаков атомов кислорода с s-электронными облаками двух атомов водорода образуются две полярные ковалентные связи (слайд 18).

При этом общие электронные пары, образующие химические связи, смещены к атому кислорода, как к более электроотрицательному элементу. В структурной формуле это смещение показано знаками + и-. р-орбитали взаимно перпендикулярны, и угол между связями должен быть 90°. Но из-за взаимного отталкивания электронных облаков двух атомов водорода этот угол становится равным 104,5°. Молекула воды представляет собой диполь. Это значит, что с одной стороны она имеет положительный заряд (+), а с другой - отрицательный заряд (-).

Молекулы воды имеют полярную структуру, чем объясняется их склонность к объединению в более крупные комплексы. Это явление называется ассоциацией молекул.Лед имеет структуру, похожую на структуру воды.В структуре льда есть пустые пространства. Вот почему лед легче, чем вода, и плавает на ее поверхности. (слайд 19)

Доказательство ассоциации молекул воды - структура снежинок. Хотя в природе и не существует двух одинаковых снежинок, каждая из них имеет правильную гексагональную форму.

Высокие температуры плавления и кипения также объясняются наличием водородной связи. Прочность четырёх водородных связей соизмерима с прочностью ковалентной связи.

Благодаря полярной структуре молекул вода может растворять другие полярные вещества, например, многие соли, кислоты, щёлочи и т. д.Поэтому вода океанов и морей содержит много растворённых веществ. Даже пресные воды рек и озёр являются растворами многих веществ.

Учитель: Как же получить абсолютно чистую воду?

Вспомним способы разделения смесей. Вода в реке может быть мутной от взвешенных частиц.

Как можно разделить воду от таких примесей?

Ученик: Можно использовать фильтрование. Взвешенные частицы не проходят через фильтровальную бумагу.

Учитель:Но это ещё не чистая вода, она содержит растворённые вещества, которые не остаются на фильтре. Для получения чистой воды её перегоняют нагреванием до кипения с последующим охлаждением пара в приборе, называемом дистиллятором. Такой метод получения чистой воды называется дистилляцией, а сама вода – дистиллированной, которая и обладает всеми вышеуказанными физическими свойствами.

Рассмотрите слайд 20.

Учитель:

Много ли воды на Земле? Сколько воды можно использовать для питья? ( Морская вода не подходит, ледники расположены далеко, подземные воды нужно поднять на поверхность, болотная вода не пригодна для питья.Значит, доступной воды – менее 1 %)

Не только для питья, но и для многих других целей необходима пресная вода. К основным потребителям её относятся: сельское хозяйство (70 %), промышленность, включая энергетику (20 %) и коммунальное хозяйство (15 %). В промышленном производстве наиболее водоёмкими являются химическая, целлюлозно-бумажная и металлургическая промышленность.

Задание:

Принято считать, что житель благоустроенного города расходует в среднем в сутки 250 л воды. Сколько истратит за год семья из четырёх человек?

Потребление человечеством пресной воды неимоверно растёт (слайд 21), особенно с XIX века.

Отсюда вытекает проблема бережного отношения к водным ресурсам.

Основными факторами загрязнения воды являются:

• Сточные воды;

• Кислотные дожди

• Нефтяное загрязнение

• Радиоактивноезагрязнение (слайд 22)

Воды, сбрасываемые после использования человеком, называются сточными. Сточные воды предприятий, содержащие ядовитые вещества, часто сбрасывают в водоёмы без предварительной очистки. В Чувашской Республике сточные воды большинства предприятий проходят очистку на очистных сооружениях примерно по таким стадиям. (видеофрагмент слайда 23)

Основные пути решения проблемы загрязнения водных ресурсов:

• Рациональное использование пресной воды.

• Необходимо строительство очистных сооружений. Использованную воду возвращать в природные водоёмы только после очистки.

• Многократное использование воды на промышленных предприятиях.

• Разработка новых способов очистки вод и переработки промышленных отходов.

• Запрет на проведение ядерных испытаний в водах Мирового океана.

Выводы урока:

• Вода в природе существует в трёх агрегатных состояниях: твёрдом - в виде ледников; жидком – в морях и океанах, реках и озёрах; парообразном – в атмосфере.

• Вода имеет огромное значение в природе и для человека как терморегулятор, растворитель и переносчик веществ, составной частью и средой обитания живых организмов.

• Физические свойства воды являются аномальными величинами, что объясняется её строением.

• Именно аномальные физические свойства воды дают возможность развития жизни на Земле.

• Запасы воды небесконечны. Необходимо беречь водные ресурсы.

Проверку усвоения знаний можно проводить отгадыванием кроссворда.