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 VI группы 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 VI группы
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 II группы 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 = mводы/Vводы;  льда = mльда/Vльда; mводы = mльда; Vводы < Vльда . Отсюда видно,
что плотность льда будет меньше, чем воды.
Задание IV группе 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
Радиоактивное загрязнение (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.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
По горизонтали:
1) Самое аномальное вещество в мире;
2) Молекула с противоположно заряженными полюсами;
3) Твёрдое агрегатное состояние воды;
4) Объединение частиц в более крупные комплексы;
5) Однородная прозрачная смесь;
6) Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо
сообщить телу, чтобы нагреть его на 1 °С;
7) Водная оболочка Земли;
8) Переход твёрдого вещества в жидкое;
9) Парообразование;
10) Переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твёрдое.
11) Удаление вредных примесей воды;
12) Самый распространенный химический элемент Вселенной;
13) Прибор для получения дистиллированной воды.
14) Стадия очистки воды;
15) Масса единичного объёма вещества.
По вертикали:
1) Причина аномальности воды.