Урок-кейс "Вода, склад молекули, поширеність у природі, фізичні властивості. Вода — розчинник."

Тема: Вода, склад молекули, поширеність у природі, фізичні властивості. Вода — розчинник.

Мета: 

сформувати в учнів знання про найпоширенішу речовину на Землі – воду.
закріпити в учнів знання про тіла та речовини, чисті речовини та суміші;
• сформувати знання про: будову молекули води, значення води у природі та житті людини, властивості води, здатність води розчиняти інші речовини, 
• розвивати вміння та навички: правильно користуватися навчальною літературою, аналізувати матеріал, виділяти головне, робити висновки; порівнювати й аналізувати навчальний матеріал.

Тип кейсу: навчальний

Робота по кейс-технології:

1.Організаційний момент та введення в тему 3 хв

2. Ознайомлення  з кейсами  5 хв

3. Обговорення завдань ,формулювання висновків  30 хв

4. Підсумок. Повернення до мети уроку. Оцінювання груп

Яка інформація мене тут чекає?

– Що є джерелом прісної води?

– Який якісний і кількісний склад молекул води?

– Чому в природі немає чистої води?

– У яких агрегатних станах зустрічається вода в природі?

– Які фізичні властивості має вода?

– Які основні джерела забруднення води?

– Які методи очищення води?

– Чому вода є універсальним розчинником?

6 розгорток з предметів, явищ та практик:

Географія

Історія

Фізика

Хімія

Біологія

Екологія

Вступ

Студенти Каліфорнійського університету в Санта-Крузі Ерік Лехнер, Ларс Норпчен і Метью Кауфман у 1990 році  поширили на кампусі листівки, які попереджали про забруднення води небезпечною речовиною — дігідрогена монооксидом. Попередження  виглядало так:

Нещодавно дослідники відкрили факт забруднення наших водопровідних систем небезпечним хімікатом. Цей хімікат безбарвний, позбавлений смаку і не має запаху. Він вбиває безліч людей щороку. Уряд не зробив жодних спроб регулювання цього небезпечного зараження. Даний хімікат називається «дігідрогена монооксид» (Dihydrogen monoxide).

Хімікат використовується для наступних цілей:

• У виробництві як розчинник і охолоджувач

• В ядерних реакторах

• У виробництві пінопласту

• У вогнегасниках

• У хімічних і біологічних лабораторіях

• У виробництві пестицидів

• У штучних харчових добавках

• Хімікат є основною складовою кислотних дощів

• Сприяє ерозії грунту

• Прискорює корозію і шкодить більшості електроприладів

• Тривалий контакт з хімікатом в його твердій формі призводить до серйозних пошкоджень шкіри людини

• Контакт з газоподібної формою хімікату призводить до сильних опіків

• Вдихання навіть невеликої кількості хімікату загрожує смертельним результатом

• Хімікат виявлений в злоякісних пухлинах, наривах, виразках та інших хворобливих змінах тіла

• Хімікат розвиває наркозалежність; жертвам при утриманні від споживання хімікату загрожує смерть протягом 168 годин

• Жоден відомий очищувач не здатний повністю очистити воду від цього хімікату

Незважаючи на ці небезпеки, хімікат активно і безкарно використовується в індустрії. Багато корпорацій щодня отримують тонни хімікату через спеціально прокладені підземні трубопроводи. Люди, що працюють з хімікатом, як правило, не отримують спецодягу та інструктажу. Відпрацьований хімікат тоннами виливається в річки і моря.

Ми закликаємо населення проявити свідомість і протестувати проти подальшого використання цього небезпечного хімікату.

Чи підписали б ви таку листівку? Про яку речовину йдеться в попереджені? Монооксид дігідрогена – це одна з наукових назв води.

У 1997 році Натан Зонер, 14-річний учень школи Голок - Рок в місті Айдахо - Фолс, штат Айдахо, зібрав 43 голоси за заборону хімікату, опитавши 50 однокласників. За своє дослідження, назване «Наскільки ми легковірні?», Зонер отримав першу премію на науковій ярмарці Айдахо - Фолс. На знак визнання його експерименту журналіст Джеймс К. Глассман придумав термін «зонеризм», що означає «використання факту, який призводить до помилкових висновків публіку, не обізнану в науці і математиці». Ми ж з вами не хочемо,щоб нас називали «зонеристами»? Тому наш сьогоднішній урок ми присвятимо саме цій речовині.

 Вода, її елементарна формула відома кожному, найпоширеніша речовина на планеті і найзагадковіша. З її допомогою людство змінювало світ. Про стихію, яка не перестає дивувати і про людину, яка не втомлюється її пізнавати, ми сьогодні на уроці і дізнаємося. Я хочу, що б ви відчули себе казковими мандрівниками, які пізнають світ.

Кейс №1 Географія

Близько 71 % поверхні Землі покрито водою (океани, моря, озера, річки, льоди) — 361,13 млн. км². На Землі приблизно 96,5 % води припадає на океани, 1,7 % світових запасів складають ґрунтові води, ще 1,7 % на льодовики і крижані шапки Антарктиди і Гренландії, невелика частина в річках, озерах і болотах, і 0,001 % в хмарах. Велика частина земної води — солона, і вона непридатна для сільського господарства і пиття. Частка прісної становить близько 2,5 %, причому 98,8 % цієї води міститься в льодовиках та грунтових водах. Менше 0,3 % всієї прісної води міститься в річках, озерах і атмосфері, і ще менша кількість (0,003 %) знаходиться в живих організмах.

Завдання: Пригадайте з уроків географії:

- Що ж таке Гідросфера?

- З чого складається Гідросфера?

- Що є джерелом прісної води?

- Перелічіть по пунктах, як відбувається кругообіг води в природі.

Кейс №2 Історія

Як же з'явилася вода? Існує кілька гіпотез появи води на Землі.

За космічною гіпотезою вода з'явилася на Землі близько 4 млрд. років тому. Землю постійно атакували комети і астероїди, які мали всередині себе запаси води у вигляді пари, рідини і льоду. Величезна крижана комета, що пролітала повз, потрапила в поле тяжіння Землі і так з'явилася вода.

 Земна гіпотеза

Її запропонувала група дослідників на чолі з відомим вченим В. С. Сафроновим. Суть його припущення полягає в земному походженні води, яка утворилася в надрах планети. Під дією численних падінь метеоритів наша на той момент розпечена планета стала формувати велику кількість вулканів, з яких виривалася магма. Разом з нею на поверхню виділявся «водяний пар», який і став причиною утворення гідросфери Землі.

Завдання:Розкажіть коротко, що нового ви дізналися? Чи можете  ви запропонувати ще якісь гіпотези виникнення води на Землі?

Кейс №3 Фізика

Агрегатні стани води

А ось як виглядає фазовий перехід речовини з одного стану до іншого:

Вода в нормальних умовах зберігає рідкий агрегатний стан. Атоми Гідрогену приєднані до атому Оксигену, утворюючи кут 104,45°. Молекули води утворюють молекулярну кристалічну гратку у вигляді ажуру.

При температурі переходу в твердий стан молекули води впорядковуються, в процесі цього об'єми порожнин між молекулами збільшуються і загальна щільність води падає, що і пояснює причину меншої щільності (більшого обсягу) води в фазі льоду.

 Завдання: Опишіть фізичні властивості води. В якому вигляді буває вода? Назвіть молекулярну масу води.

Задача: Давайте візьмемо склянку з водою і кинемо в нього кубик льоду і виміряємо рівень рідини. Що станеться, коли лід розтане? Зміниться рівень рідини в склянці?

Кейс №4 Хімія

Будова молекули води

Як бачите з моделі, вода складається з атома Оксигену і двох атомів Гідрогену.

І кожна така молекула являє собою трикутник. Ми звикли склад води позначати формулою  Н₂О, але правильніше було б склад води записувати формулою (Н₂О)_n,, де п дорівнює 2, 3, 4 і т.д., оскільки окремі молекули води з'єднані зв'язками, які схематично позначають крапками:

Зв'язок між молекулами здійснюється за допомогою атома Гідрогену
     Позитивно заряджений Гідроген однієї молекули води притягається до негативно зарядженого Оксигену іншої молекули води. Такий зв'язок отримав назву водневого. По міцності водневий зв'язок приблизно в 15-20 разів слабкіше зв'язку між О та Н. Тому водневий зв'язок легко розривається, що спостерігається, наприклад, при випаровуванні води.

Вода є добрим розчинником полярних речовин. Кожна молекула розчинної речовини оточується молекулами води. Оскільки молекула води маленька за розмірами, багато молекул води можуть оточити кожну молекулу розчинної речовини. Ця властивість води використовується живими істотами. У живій клітині і в міжклітинному просторі вступають у взаємодію розчини різних речовин у воді.

Вода як розчинник дуже цікава для хімії. В 100 грамах гарячої води можна розчинити більше ніж 400 г цукру. Крім того,вода  є прекрасним середовищем для протікання багатьох процесів. Наприклад: концентровану сульфатну кислоту можна спокійно перевозити в сталевих цистернах, вони не вступають в реакцію, але як тільки туди додати води, цей розчин відразу роз'їдає залізо. Ще вода дуже добре поєднується з різними речовинами, металами і неметалами. Якщо змішати хлор і воду ми отримаємо дві кислоти, хлоридну і хлорнуватисту.

Завдання: Чому в природі немає чистої води? Чому воду називають універсальним розчинником?

Задача: Наявність води в бензині негативно позначається на роботі двигуна, особливо авіаційного. Проблеми поглиблюються, якщо в паливної ємності вода і бензин розшаровуються, може наступити момент, коли двигун почне надходити вода. Придумайте і поясніть хімічний спосіб виявлення води в паливі.

Кейс №5 Біологія

Понад 70 % тіла людини становить вода. Вода – основний компонент усіх життєво важливих органів (мозок, серце, легені, нирки).

В організмі дорослої людини з середньою масою тіла 65 кг міститься близько 40 літрів води. По мірі старіння кількість води в організмі людини знижується.

Цитоплазма - рідке середовище, що наповнює клітини, складається з води. Вода має активну роль в житті людини, адже вона транспортує поживні речовини і продукти обміну. Більшість білків не функціонували б в інших розчинниках. Вода постійно тече як кров або лімфа і заповнює всі клітини вашого організму, несучи в клітини кисень, поживні речовини і виводить відходи, підтримує температуру тіла при потовиділенні, регулює внутрішній стан організму. Відомо, що частка води в рослинах складає 80 %, у водоростях — 98 %, у тілі медузі — 95—98 %, у тілі людини — 65%. Кожна доросла людина щоденно з їжею споживає в середньому майже 2 л води.

Фахівці вважають, що організм людини зможе обійтися без їжі, не завдаючи шкоди здоров'ю,приблизно 2 місяці. Без води людина не зможе прожити більше 3-5 діб, якщо не враховувати деякі винятки, які зустрічаються вкрай рідко.

Завдання: Яке значення має вода в організмах живих істот? Чому людський організм може жити без їжі такий тривалий час, а відсутність води призведе до неминучої смерті?

Задача: Згідно книзі Гіннеса, довше всіх без води вдалося прожити одному австралійцю, якого закрили в камері поліцейські, і забули про те, що він там знаходиться. Чоловік перебував в ув'язненні вісімнадцять днів поспіль без їжі і води і залишився живий. Запропонуйте пояснення цього факту.

Кейс №6 Екологія

Зростання міст, бурхливий розвиток промисловості, інтенсифікація сільського господарства, значне розширення площ зрошуваних земель, поліпшення культурно-побутових умов і ряд інших чинників все більше ускладнюють проблеми забезпечення водою.

Основними джерелами забруднення і засмічення водоймищ є недостатньо очищені стічні води промислових і комунальних підприємств, відходи виробництва при розробці рудних копалин; скидання водного і залізничного транспорту; пестициди і т.ін. Забруднюючі речовини, потрапляючи в природні водоймища, призводять до якісних змін води, які в основному виявляються у зміні фізичних властивостей води, зокрема, поява неприємних запахів, присмаків і т.д.); у зміні хімічного складу води, зокрема, поява в ній шкідливих речовин, в наявності плаваючих речовин на поверхні води і відкладення їх на дні водойм.

Методи очищення стічних вод можна розділити на механічні, хімічні, фізико-хімічні і біологічні, коли ж вони застосовуються разом, то метод очищення і знешкодження стічних вод називається комбінованим. Застосування того чи іншого методу у кожному конкретному випадку визначається характером забруднення і ступенем шкідливості домішок.

Завдання: Які методи очищення води ви знаєте? Розподіліть їх на механічні, хімічні, фізико-хімічні і біологічні.

Задача: Велику тривогу в екологів викликає триваюче забруднення Світового океану нафтою й нафтопродуктами, що досягло уже 1/5 його загальної поверхні.

19 серпня 2006 року велика кількість нафти вилилася в Чорне море під час розвантаження ліберійського судна в порту Одеси, площа нафтової плями перевищила 500 кв. м. Запропонуйте методи вашої допомоги для ліквідації наслідків аварії.

Підведення підсумків уроку-кейсу

Отримані знання та напрацьовані компетенції:

• Виявлення ресурсів досліджуваного об'єкта, їх класифікація (учні самостійно описують склад, будову, фізичні та хімічні властивості води);
• Вміння швидко знайти необхідну інформацію за темою.
• Формулювання питань дослідницького характеру,висунення гіпотез, проектування експериментів з доведення гіпотез
• Отримання практичних навичок застосування отриманої інформації.
• Отримання конкретних знань з географії, фізики, хімії та інших розділів (наведені в розгортках).

Домашнє завдання

• п.32
• Творче завдання: скласти питання дослідницького характеру, на які ви не можете знайти відповідь у підручнику.