Цели: разработать задачи экологического содержания трех видов. Это задачи с химической характеристикой природных объектов; об источниках загрязнения окружающей среды; о природозащитных мероприятиях и ликвидации последствий загрязнения на основе местного материала.
I. Задачи о природных объектах
Ú В каких природных процессах участвует воздух? Каково его значение на Земле?
Ú В каких изученных химических производственных процессах воздух используется в качестве реагента?
Ú Схематически изобразите основные звенья круговорота: а) кислорода, б) углерода, в) азота? Как человек может управлять природой, не нарушая этот круговорот?
Ú Предложите способы определения в природной воде а) нерастворимых и растворимых примесей, б) хлоридов и сульфатов, в) катионов аммония и нитрат-анионов, г) катионов железа, свинца
Ú В каких изученных производственных процессах вода расходуется как реагент?
Ú Как определить кислотность почвы?
II. Задачи об источниках загрязнения и загрязнителях природной среды
Ú Предложите способы обнаружения в природной воде или воде, прошедшей систему промышленной водоочистки, а) избыточной кислотности или щелочности, б) катионов аммония, в) нитрат-анионов, г) нефтепродуктов.
Ú В городе, где начал действовать завод по производству фосфорных удобрений из апатитового концентрата, жители заметили, что оконные стёкла постепенно тускнеют. Объясните возможные причины этого явления, напишите уравнения реакций, вызывающих такое воздействие.
Ú Что такое «кислотные дожди»? Каковы причины их появления? Какое воздействие они оказывают: а) на сооружения из металла и бетона, б) технику, в) почву, г) произведения искусства из металла, мрамора, известняка?
Ú Мраморные и бронзовые произведения искусства подвержены влиянию факторов загрязнения окружающей среды. Какие вещества вызывают их разрушение? Напишите уравнения реакций.
III. Задачи о природозащитных мероприятиях
Ú Познакомьтесь с составом сточных вод Хохольского сахарного завода. Предложите и обоснуйте проекты их очистки и использования. Свой проект защитите на уроке-конференции по охране природы.
Ú Схематически изобразите использование газов: а) переработки и крекинга нефти, б) коксохимического производства, в) доменного и мартеновского производств, г) производства цветных металлов из сульфидных руд, показав взаимосвязь химических производств и комплексное использование сырья. Защитите свой проект на конференции учащихся.
Ú Как защитить произведения искусства из мрамора и бронзы от губительного действия загрязненной атмосферы? Разработайте конкретные проекты защиты и обменяйтесь мнениями на конференции.
Экологические задачи на основе местного материала
В некоторых колодцах р.п. Хохольский вода холодна, прозрачна и неприятна на вкус. Если открытый сосуд с этой водой оставить в теплом месте на воздухе, то через 10 минут в ней появятся белая муть и пузырьки газа. Еще через 10 минут муть станет коричневой и затем начнет выпадать осадок. После этого вкус воды заметно улучшается.
1. Что растворено в описанной воде?
2. Какими реакциями можно подтвердить ваши предположения о составе воды?
3. Какие процессы протекают после извлечения воды из колодца?
4. Вас попросили доставить пробу этой воды для анализа в лабораторию, до которой нужно добираться несколько часов. Какие меры вы предпримете, чтобы состав воды за эти несколько часов изменился как можно меньше?
Ответ: 1. Видимо, в воде растворена какая-то неустойчивая соль железа (II). Скорее всего, такой солью может быть Fe(HCO3)2.
2. Чтобы подтвердить наличие железа (II), достаточно капнуть в воду раствор красной кровяной соли, которая даст с железом (II) голубой осадок:
Fe2++K3[fe(CN)6]=KFe[Fe(CN)6]↓+2K+ .
Сложнее убедиться , что в растворе присутствует гидрокарбонат-ион. Для этого можно добавить хлорид бария, а затем - водный раствор аммиака. Если при добавлении хлорида бария осадок не выпадает, а при добавлении аммиака - выпадает, значит, в воде присутствуют либо углекислый газ, либо гидрокарбонаты, либо и то ,и другое:
Ba2++HCO3-+OH-=BaCO3↓+H2O
Ba2++CO2+2OH-=BaCO3↓+H2O
Чтобы убедиться, что осадок дает именно гидрокарбонат, достаточно измерить pH. Если он будет больше 5,5, значит, в воде, кроме углекислого газа, должны быть растворены гидрокарбонаты.
3. В воде протекают следующие реакции. Сначала при повышении температуры разлагается гидрокарбонат железа (II), давая нерастворимый карбонат:
Fe(HCO3)2=FeCO3↓+CO2↑+H2O
Через некоторое время карбонат окисляется кислородом, проникающим из воздуха:
4FeCO3+O2=2(FeCO3)2O,
Частицы которого при стоянии слипаются и выпадают в осадок. В результате большая часть растворенного железа, которое и придавало воде неприятный вкус, из воды выводится.
4. Поскольку основные факторы, способствующие изменению состава воды, - изменение температуры и газообмен, действие этих факторов нужно нейтрализовать. То есть нужно не допустить нагревания пробы и ее газообмена с воздухом. Для этого ее имеет смысл поместить в термос, залив «под завязку» и закрыв термос пластмассовой крышкой.
Известно, что консервные банки из луженой жести (стали, покрытой тонким слоем олова) могут лежать на месте пикников и походных стоянок десятилетиями. Однако те же банки, прокаленные в костре после их использования, превращаются в порошок ржавчины в течение одного-двух лет.
1.Почему луженая жесть не ржавеет? (Олово находится в ряду напряжений металлов ближе к водороду, чем железо.)
2.Почему прокаленные банки быстро ржавеют?
3.Что нужно делать с алюминиевой и пластмассовой тарой в походе после ее использования?
Ответ: 1. Вся сталь закрыта более инертным оловом, поэтому неповрежденная луженая жесть не ржавеет.
2. Олово на поверхности жести при температуре выше температуры плавления олова (232°С) стягивается в более толстые мелкие капли, освобождая поверхность жести; возникает гальваническая пара железо-олово, в которой коррозия железа ускоряется из-за переноса электронов с железа на олово.
3. Все горючие отходы надо сжигать, если при этом отсутствует едкий запах – признак хлорсодержащих пластмасс. Поливинилхлорид может давать при горении ядовитые диоксины, поэтому его лучше закапывать. Алюминиевые банки можно плавить на костре; они при этом частично сгорают.
Бродя по свалке стеклозавода в поисках каких-нибудь реактивов, юный химик обнаружил пустые мешки из-под карбоната натрия, сульфата натрия, фосфата натрия, сульфата кадмия, сульфата кобальта, оксида титана (IV), оксида циркония (IV), борной кислоты. Юный химик знал, что стекло – это смешанный силикат кальция-натрия с различными добавками.
1. Какие из мешков не имеют отношения к стеклозаводу, а попали на свалку с соседнего завода теплоизоляторов?
2. Несмотря на тщательнейшие поиски, юный химик не нашел на свалке никаких мешков из-под кальций- и кремнийсодержащих соединений. Какие вещества использует завод в качестве источников кремния и кальция и почему юный химик не нашел от них мешков?
3. Зачем вещества, мешки из-под которых нашел юный химик, используют при производстве стекла? Приведите схемы реакций, в ходе которых они включаются в состав стекла.
4. Какие вредные воздействия на окружающую среду может оказывать завод?
Ответ: 1. С соседнего завода на свалку попали мешки из-под оксидов циркония и титана. Эти соединения имеют очень высокую температуру плавления, что сильно затрудняет их использование в качестве компонентов стекол, зато позволяет их использовать как теплоустойчивые материалы.
2. В качестве источника кремния обычно используют чистый кварцевый песок SiO2, а в качестве источника кальция – мел CaCO3. Это природные вещества, устойчивые при хранении на открытом воздухе. Поэтому их добывают в карьерах, не фасуя погружают в вагоны и привозят на завод в вагонах.
3. Сульфат, фосфат и карбонат натрия могут быть использованы в качестве источника натрия:
Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2,
Na2SO4+SiO2=Na2SiO3+SO2+1/2O2
Сульфаты кобальта и кадмия используют в качестве специальных добавок. Первый придает стеклу синий цвет, второй – увеличивает его показатель преломления:
MSO4+SiO2=MSiO3+SO2+1/2O2
Примесь бора уменьшает коэффициент расширения стекла и делает его устойчивым к перепадам температуры:
2H3BO3+CaCO3=Ca(BO2)2+3H2O+CO2
4.Завод может загрязнять атмосферу выбросами SO2,а почву – тяжелыми металлами (кобальтом и кадмием), соединения которых в любом случае остаются в мешках.
Мы решили проверить, содержит ли водопроводная вода ионы тяжелых металлов (ртути, свинца, кадмия, меди и др.) опасных для здоровья. Для этого мы соскребли со стенок чайника желтоватую накипь, высушили ее и взвесили. Затем 2,4 г накипи поместили в предварительно взвешенный стакан с 50 г 20%-ной соляной кислоты. Стакан с кислотой весит 82 г. Вся накипь растворилась, при этом происходило бурное выделение газа. Масса стакана с раствором после окончания реакции стала равной 83,3 г.
1. Как образовалась накипь в чайнике из совершенно прозрачной водопроводной воды?
2. Какой состав могла иметь накипь в чайнике? Рассмотрите наиболее вероятные для питьевой воды варианты.
3. Можно ли на основании проведенного анализа утверждать, что вода не содержит значительных количеств тяжелых металлов?
Ответ:
1. Накипь образовалась при разложении гидрокарбонатов, например:
2. 82 + 2,4 = 84,4 г.
Вычислим массу выделившегося газа: 84,4 - 83,3 = 1,1 г,
т.е. 2,4 г накипи дают 1,1 г газа. Наиболее вероятный газ — углекислый. Тогда х г карбоната дают 44г С02. Получаем молярную массу карбоната 96 г/моль. Индивидуальный карбонат с такой молярной массой не существует. Но, поскольку речь не идет об индивидуальном веществе, возможно наличие в накипи карбонатов с молярными массами меньше и больше 96 г/моль. Наиболее вероятны в накипи карбонаты кальция (100) и магния (84). Принимаем мольную долю СаСОз за у. Тогда можно составить уравнение:
100у + 84(1 - у) =96.
Решив уравнение, получим:
у ='0,75.
Накипь могла состоять в основном из карбонатов кальция и магния в мольном соотношении 3:1. Желтоватый цвет связан с примесью железа.
3. Если один из компонентов накипи — карбонат магния (М < 96), то в ней может содержаться, например, значительное количество карбоната свинца (реально — гидроксокарбоната Рb(ОН)2 • 2 РbСОз). Расчет, аналогичный приведенному в п. 2, показывает, что в накипи может быть до 4% основного карбоната свинца. Так что анализ нельзя считать надежным.
Контролирующие задания с экологическим содержанием
Для того чтобы установить, на сколько сформированы у учащихся лицея система знаний и умений в области изучения окружающей природной среды и их отношение к экологическим проблемам, учащимся 8 -10 классов были предложены следующие типы заданий:
I Задания, имеющие несколько решений (тест), из которых учащийся должен выбрать одно в соответствии со своей нравственной позицией.
Тест
- После окончания лабораторной работы по химии ваш сосед вылил использованные реактивы в раковину, а не в специально приготовленную для этих целей емкость. Как вы поступите:
а) выльете свои реактивы туда же, куда и он;
б) объясните ему, почему этого не следует делать;
в) расскажите о его действиях учителю.
2. Мальчик разбил термометр в отсутствие родителей. Как ему следует поступить:
а) выбросить остатки градусника в ведро, чтобы их не увидели родители;
б) вызвать представителей СЭС;
в) оставить все до прихода родителей
3. Как бы вы поступили, если бы, прогуливаясь по берегу водоема, увидели ржавое ведро возле старого кострища:
а) очистили бы берег, выбросив ведро в воду;
б) не обратили бы на него внимания;
в) отнесли бы ведро в ближайшую свалку или закопали бы в землю
4. В колхозе из - за превышения нормы азотных удобрений, внесенных в почву, у двух человек произошло отравление нитратами. Как должен поступить председатель колхоза:
а) запретить использование минеральных удобрений на полях;
б) посчитать происшествие случайностью;
в) в дальнейшем использовать минеральные удобрения в соответствии с принятыми нормами
5. Вы работаете на химическом заводе и случайно узнаете о неисправности в системе очистных сооружений. Как вы поступите:
а) сообщите директору завода, чтобы он сам принял решение;
б) сделаете вид, что ничего не знаете о неисправности, так как не хотите потерять в зарплате из - за остановки завода;
в) скажите директору и, если он не примет мер, будете активно действовать сами: сообщите рабочим, сотрудникам заводской газеты, соберете людей на митинг и т.д.
6. Вы - заместитель директора фабрики резиновых игрушек. Вам предложили новую краску, содержащую кадмий, более дешевую и яркую, чем та, без кадмия, которая имеется на фабрике.
В результате ее использования фабрика получит большую прибыль. Как вы поступите, если знаете о токсичности красителей, содержащих кадмий:
а) согласитесь с директором на покупку новой краски;
б) будете против этого решения;
в) пойдете на компромисс и предложите выпускать50 % игрушек с использованием старых красок и 50 % - новой.
7. Один из путей защиты биосферы от загрязнения – очистка отходящих газов и сточных вод на промышленных предприятиях. Современные очистные сооружения достаточно эффективны, но дорогостоящи. Как вы поступили бы, если бы были бы директором крупного завода и имели бы в своем распоряжении значительную сумму денег:
а) положили бы деньги в банк для уплаты штрафов за загрязнение природной среды: это выгоднее строительства очистных сооружений;
б) вложили бы деньги в строительство очистных сооружений;
в) часть денег вложили бы в расширение производства, а часть использовали бы для увеличения зарплаты рабочим.
II. Задания, требующие от учащихся выработки самостоятельного решения по какой либо экологической проблеме.
- Вам выдали образцы воды, взятых из разных источников (они указаны на этикетках). Предположительно в них содержатся ионы: Fe2+, Fe3+, Zn2+, Cu2+, Pb2+. Составьте план их определения. Предложите способы очистки от этих ионов.
- Вас назначили директором будущего горнообогатительного комбината. Какие природоохранные меры будут предусмотрены вами для создания экологически чистой зоны в районе предприятия?
- Вы с родителями едете за город, останавливаетесь у водоема и видите, что возле кромки воды стоит грязная машина, которую собираются вымыть. Ваша машина тоже требует мойки. Ваши действия? Предложите план исследования, иллюстрирующего действие нефтепродуктов (масла, бензина) на живые организмы (например, водные растения)
III. Задания, предусматривающие оценку ( анализ) экологической ситуации, прогнозирование возможных последствий и выбор природозащитных мер.
- Территория вокруг завода сильно загрязнена стронцием. К каким последствиям для человека и домашних животных это может привести? Ответ мотивируйте.
- В водоемах и почве в районе А, предназначенном для строительства жилого массива, были обнаружены ионы тяжелых металлов Мn2+, Ni2+, Сd2+ в высоких концентрациях. Допустимо ли строительство жилья в таком районе? Как может повлиять на здоровье людей попадание ионов этих металлов в организм человека?
- На заводе, производящем свинцово – никелевые аккумуляторы, произошел аварийный сброс сточных вод в закрытый водоем. Оцените экологическую обстановку в водоеме. Каковы вероятные последствия для обитателей этого водоема? И для здоровья человека (при условии, если человек пользуется его «дарами»)
- Проследите «судьбу» элемента фосфора (азота, ртути, свинца, серы и др.) в биосфере. Укажите его химическую форму в каждой « точке покоя». Опишите эпизод, в котором элемент фосфор тем или иным путем попадает в озеро. Предположите последствия, которые повлечет за собой накопление этого элемента в водоеме.
IV. Задания. Требующие объяснения явлений ( процессов), происходящих в природной среде естественно или вызванных хозяйственной деятельностью человека.
- Почему в зимнее время в водоемах сохраняется жизнеспособность их обитателей?
- Объясните факт отравления грибами людей, собиравших их вдоль лесных полос.
- Представьте себе, что территория вокруг химкомбината из - за нарушений складирования готовой продукции загрязнена следующими веществами:
а) хлоридом алюминия;
б) нитратом аммония;
в) сульфатом натрия;
Объясните, какая будет там почва: кислая, щелочная или нейтральная? Какие меры следует принять?
4. Почему подкисление почвенного раствора улучшает доступ ионов Н3РО4 в растения, а подщелачивание – снижает?
Комментариев нет:
Отправить комментарий