Элективный курс по химии для учащихся 8 -11 классов «Интегрированные эколого-химические задачи», методическое пособие (стр. 3 )

Составьте формулы продуктов разложения аспартама.

6. Вещество состава C7H6O2 широко распространено в природе (например, в составе брусники). Это соединение используется в пищевой промышленности в качестве консерванта Е-210. Его добавляют в джемы, фруктовые соки, маринады, йогурты в качестве бактерицидного и противогрибкового средства. Определите формулу пищевой добавки Е-210 по следующим данным:

Ароматический углеводород состава C7H8 подвергли бромированию на свету без катализатора. Образовавшееся дибромпроизводное гидролизовали разбавленным раствором гидроксида натрия. Полученный продукт окислили кислородом воздуха при нагревании. Получили вещество состава C7H6O2.

7. Промышленный консервант Е-220 защищает продукты, в основном, растительного происхождения, от действия плесневых грибков и анаэробных бактерий. Чтобы не получить отрицательного воздействия этого консерванта на желудочно-кишечный тракт, сухофрукты (например, курага), следует перед употреблением вымачивать в воде.

Определите формулу Е-220 по составу: w(S) = 50% , w( O) = 50%

8. Промышленный консервант Е-250 – «цветообразователь»-, применяется для консервирования и придания красивого цвета колбасе, сосискам (иначе они были бы, как вареное мясо – серого неаппетитного цвета).Однако этот консервант опасен для здоровья, летальная доза составляет 32 мг на 1 кг массы, то есть около 2 граммов.

Определите формулу консерванта Е-250 по составу:

w(Na) = 33,3% ,w( N) = 20,4% ,w( O) = 46,3% . Всегда ли красивая колбаса безопасна?

9. Пищевая добавка под кодом Е-282 препятствует росту плесени в хлебобулочных и кондитерских изделиях и, кроме того, содержится в таких продуктах, как швейцарский сыр.

Определите формулу этой добавки по следующим данным:

Соединение с молекулярной формулой C3H8O подвергли окислительному дегидрированию, в результате получили продукт состава C3H6O. Это вещество вступает в реакцию «серебряного зеркала», образуя соединение C3H6O2. При действии на последнее гидроксидом кальция получили вещество - пищевую добавку Е-282

Определите формулу этой добавки, напишите уравнения упомянутых реакций и назовите все органические вещества.

Ответы к задачам « Пищевая добавка»:

1). COOH-CH2 – CH2 – CH(NH2) – COONa

2). Е – 622 COOH –CH2 –CH2 – CH (NH2) COOK

Е - 330 COOH-CH2 – CHOH (COOH) – CH2 – COOH

Е – 150С C12H22O11

3). C15H31COOH

4) .n [-(C6H5)CH - CH2 - ] → (C6H5) CH = CH2 + (C6H5) CH = CH2 +(C6H5) CH = CH2 + ….

5). Аспартам: - фенилаланин C6H5-CH2 – CH (NH2) – COOH

- метанол CH3OH

Е – 240 –формальдегид HCOH

6). Е -210 –бензойная кислота C6H5COOH

7). Е -220 - оксид кремния - SiO2

8). Е -250 – нитрит натрия NaNO2

9). Е – 282 – пропионат кальция Ca (CH3 – CH2 –COO)2

4. Модуль «Кислотные осадки»

Летом, подъезжая к городу, вы можете увидеть среди нежной зелени пожелтевшие листья осин, берез или хвойных деревьев.

За многие тысячи километров отсюда в Парфеноне - мраморном храме девы Афины на Акрополе в Афинах, построенном в 448-438 гг до н э, - 2 тысячи лет стояли скульптуры выдающегося древнегреческого ваятеля Фидия. (V век до н. э.).

За последние 100 лет они настолько пострадали от загрязнения окружающей среды, что их заменили копиями из стекловолокна. Пострадали и такие памятники мировой культуры, как Парфенон, Тадж-Махал в Индии, Колизей в Риме и Реймский собор во Франции. Что же случилось?

Человечество всегда радовалось благодатным каплям дождя. Однако сегодня в некоторых районах планеты дожди представляют серьезную опасность. Дело в том, что дожди приобрели кислотные свойства. Электростанции, которые работают на угле, заводы, где выплавляют металл, многочисленные автомобили – все они выбрасывают в воздух оксиды серы и азота. Крошечные капли воды, из которых состоят облака, непрерывно захватывают из воздуха эти оксиды, в результате их растворения образуются кислоты:

SO2 + H2O = H2SO3- сернистая кислота

2SO2 + O2 = 2 SO3 SO3 + H2O = H2SO4 – серная кислота

2NO + O2 = 2 NO2 3NO2 + H2O = 2 HNO3 + NO –азотная кислота и оксид азота

Кислоты в свою очередь, растворяют мрамор, из которого сделаны скульптуры, вызывают коррозию металлических изделий, гибель растений

Лабораторная работа

Моделирование кислотных осадков.

В большой колбе сжечь в ложечке для сжигания веществ серу, прикрыв отверстие ватой. Залить наполовину водой. После растворения сернистого газа в воде провести опыты:

1. Измерить рН раствора.

2. Прилить кислый раствор в пробирки с магнием, карбонатом натрия, мелом, мрамором, пластиком. Составить уравнения реакций. Сделать выводы.

Задачи

1.Объясните, по какой причине в г. Санкт-Петербурге из Летнего сада были убраны все подлинные статуи и заменены копиями. Известно, что рН дождя в этом городе = 4,8-3,7.

Напишите уравнения реакции, подтверждающие ваши рассуждения.

2. Кислотные осадки характерны для Скандинавских стран, а также Англии, Германии, Бельгии, Дании, Польши, Канады, северных районов США. В России кислотные осадки выпадают на Кольском полуострове, Норильске, Челябинске, Красноярске. Пользуясь знаниями экономической географии, поясните, почему в этих регионах идут кислотные дожди?

3. Вещество Х появляется в атмосфере г Томска в результате сжигания топлива. Это вещество токсично для хвойных деревьев, так как хвоя живет долго -4-6 лет и успевает накопить вредные вещества. Газ Х, проникая через устьица листа, образует в межклеточной жидкости некую кислоту. Сокращается срок жизни хвоинок, уменьшаются их размеры, происходит пожелтение и побурение хвои.

1) Определите молекулярную формулу вещества Х, если w(S)= 50%, w (О)= 50%.

2) Напишите уравнение реакции взаимодействия вещества Х с водой.

4. Томская область в экологическом рейтинге регионов РФ по загрязнению воздуха занимает 77 место (среди 89 регионов).( Газета Биология, № 2, 2009 г) Загрязнение составляет 1,95 тонн на гектар площади поселений и дорог. Основной вклад в загрязнение воздуха вносят бензапирен и формальдегид (продукты неполного сгорания топлива автотранспортных средств), а также газы, которые мы назовем условно А, В и С. Они вносят свой вклад в кислотность воздуха над городом. Определите, какие это газы, если известно:

1) газ А содержит w( С) 43% и w(О) 57%. Плотность по водороду равна 14.

2) газ В – бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворим в воде. Его раствор – сильная кислота, которая дает белый творожистый осадок с нитратом серебра.

3) газ С – бурый газ с характерным запахом, очень ядовит. Это один из газов, вносящих вклад в кислотные осадки. Известно, что это один из оксидов азота и плотность газа по водороду равна 23.

5. В среднем 1 автомобиль за год выбрасывает около 200 кг угарного газа, 60 кг оксида азота(IV) ,40 кг углеводородов, 3 кг металлической и резиновой пыли, 2 кг сернистого газа, 0,5 кг свинца, до 2 г бензапирена (сильный канцероген!).

Вычислите массы сернистой и азотной кислот, образовавшихся за год от выбросов автомобиля.

6.Кислотные осадки угнетающе действуют на лесные массивы не только прямым действием на листву, но и изменяя состав почв. Кислоты взаимодействуют с нерастворимыми в воде соединениями алюминия, кадмия, свинца почв, делая подвижными ионы Al3+, Cd 2+, Pb2+. Ионы алюминия токсично действуют на корневые волоски зоны всасывания корня, нарушается минеральное и водное питание растений, развивается суховершинность и пожелтение листвы.

Напишите уравнения реакций взаимодействия кислотных осадков с оксидом алюминия почвы.

7. Определите массу оксида серы (IV), который поступит в атмосферу при сжигании 100 т угля, содержащего 2,5% серы. Какая масса серной кислоты может получиться из этого оксида серы?

Ответы к задачам «Кислотные осадки»

1). CaCO3 + H2SO3 = CaSO3 + CO2 + H2O

2). Промышленные регионы

3).SO2 ; SO2 + H2O = H2SO3

4). Газ А – СО ; Газ В – HCl ; Газ С – NO2

5).82, 1739 кг HNO3 за год; 2 ,5625кг H2SO3 за год

6). 6 HNO3 + Al2O3 = 2 Al(NO3)3 _ 3 H2O

7). 2,5 тонн серы

5. Модуль «Парниковый эффект»

Атмосфера относительно прозрачна для солнечных лучей. Около 20% солнечной энергии поглощается атмосферой. Около 46% солнечной энергии поглощается Землей. Около 34% излучения атмосфера и поверхность Земли отражают обратно. Лучше всего отражают облака, атмосферная пыль, молекулы атмосферных газов, снег и земля, лишенные растительности В среднем поверхность Земли передает атмосфере количество энергии, равное тому, которое она поглощает. По закону сохранения энергии в отсутствии атмосферы тепловой поток от Земли должен был бы совпадать с потоком солнечной энергии, поглощенной поверхностью Земли. Расчеты показывают, что при этом температура поверхности Земли составляла бы +5 0С. Тот факт, что реальная температура земной поверхности на 100 выше, связан с наличием атмосферы, играющей роль фильтра с односторонним пропусканием, за счет чего создается так называемый «парниковый»(оранжерейный, тепличный) эффект

Газы, задерживающие тепловое излучение и препятствующие оттоку тепла в космическое пространство, называются парниковыми газами.

20% приходится на углекислый газ. Остальные 20% теплового излучения Земли задерживают другие парниковые газы: метан, фреоны, оксиды азота, озон.

В последние годы наблюдается возрастание содержания парниковых газов в атмосфере за счет поступления техногенного углекислого газа (сжигание топлива), средняя температура у поверхности Земли возросла к 2000 г не 0,6 о., а к 2025 г возрастет на 6оС.

Говоря о парниковом эффекте, обычно рисуют такую цепочку:

Рост концентрации углекислого газа в атмосфере – глобальное потепление – таяние полярных льдов – подъем уровня Мирового океана – затопление приморских низменностей и целых островных государств – сокращение летних осадков на 15-20% и опустынивание основных сельскохозяйственных районов от американского среднего запада до черноземных степей России и Западной Австралии.

В декабре 1997 г в Киото (Япония) на Международной конференции по проблемам климата был принят Киотский протокол, который определил конкретные ограничения выбросов парниковых газов странами - участницами конференции

Задачи

1. При сжигании топлива в реактивных самолетах и ракетных двигателях в воздухе появляется некий газ, который быстро окисляется в бурый газ, называемый «лисьим хвостом» за его цвет.

Определите формулу бурого газа если известно, что его плотность по водороду равна 23, а элемент, входящий в его состав, находится в VА группе

2. При утечке хладагентов из холодильных установок и кондиционеров, пропеллентов из аэрозольных упаковок, использование пенных компонентов в строительной индустрии и средствах пожаротушения, в атмосфере появляются парниковые газы – фреоны.

Напишите молекулярные и структурные формулы некоторых фреонов (их создано около 40), исходя из предложенных названий:

- дифторхлорметан,

- 1,1,1 –трифтор,2-фторэтан,

- 1,1,-дифтор,2,2 – дихлорэтан

3. Проанализируйте таблицу.

Сделайте вывод о том, было ли превышено содержание парниковых газов: оксида азота и углекислого газа в городах Стрежевой и Колпашево Томской области в 2007 году?

Таблица

Характеристика загрязнения атмосферного воздуха в г Стрежевой и Колпашево в 2007 г

Наименование загрязняющего вещества	ПДК мг/м3	Среднегодовая концентрация в г Стрежевой. мг/ м3	Среднегодовая концентрация в г Колпашево. мг/м3
Взвешенные вещества	0,150	Менее 0,17
Диоксид азота	0,040	0,038	0,030
Формальдегид	0,003	0,0317	0,013
Оксид углерода	3,000	0,463	2,02
Бенз(а)пирен	1,0нг/м3	Менее 0,5	Менее 0,5

4. Проанализируйте информацию:

Качество атмосферного воздуха в г. Томске в 2007 г

…Диоксид азота . Среднегодовые концентрации диоксида азота уменьшились в 1,5 раза – с1,55 ПДК в 2005 году до 1 ПДК В 2007г. Самым загрязненным по диоксиду азота является Советский район, где наибольшая средняя концентрация составила 4,4 ПДК.

…Оксид углерода. Среднегодовая концентрация оксида углерода составляла менее 0,3 ПДК. Максимальная концентрация была зафиксирована в п. Светлом и составила 4,8 ПДК.

Ответьте на вопрос: были ли в г Томске в 2007 году выброшены в атмосферу в избытке парниковые газы – оксиды азота и углерода?

5. Поступление оксида углерода в атмосферу происходит за счет сжигания угля (С), газа (C3H8), мазута (C25H52).

1) Напишите уравнения реакций горения угля, газа, мазута

2) В каких случаях горение сопровождается выбросом парникового вещества – паров воды?

6. Один из парниковых газов Х – поступает с рисовых полей (около 110млн тонн в год), в результате утечек природного газа при его добыче и попутного газа при нефтедобыче (Западная Сибирь), на угольных шахтах (до 50млн тонн в год), а также жизнедеятельности растущего поголовья домашнего скота.

1) Какой это газ, если его называют «болотный, или рудничный газ» ?

2) Какое отношение имеют к нему коровы и другие жвачные животные?

Ответы к задачам «Парниковый эффект»

1). NO2 2) CF3-CFH2 CF2HCl CF2H-CCl2H 3)NO2 - нет ; CO2 – нет 4) Да

5) C+ O2 = CO2 ; C3H8 + 5O2 = 3 CO2 + 4 H2O ; C25H52 + O2→ CO2 + H2O +сажа 6) CH4- метан

6. Модуль «Загрязнение окружающей среды»

Загрязнение окружающей среды связано с деятельностью человека и является проблемой XX и XXI века.

Вещества природного происхождения и их отходы

Используемые человеком вещества	Выведение в окружающую среду – тип загрязнителя
Ископаемое топливо	Тепло, СО, СО2, SO2, NO2
Вода	Канализационные стоки
Растительная и животная пища	Органические отходы и упаковки
Древесина	Выброшенная мебель, бумага, коробки, доски
Сырье для производства резины и стекла	Выброшенные автопокрышки и бутылки
Руда для выплавки металлов	Выброшенные автомашины, использованные предметы

Вещества искусственные и их отходы

Производимые вещества	Потенциально опасные вещества, связанные с их производством
Пластмассы	Хлорорганические соединения
Пестициды	Хлорорганические и фосфорорганические соединения
Медпрепараты	Органические растворители, тяжелые металлы (ртуть, свинец)
Красители	Тяжелые металлы, пигменты, растворители, органические осадки
Масло, бензин	Техническое масло, фенолы, органические примеси, тяжелые металлы, производные нефти, соли аммония, кислоты, щелочи
Металлические изделия	Тяжелые металлы, флюориды, цианиды, кислоты и щелочи, очистители, пигменты, образивные вещества, масло, фенолы
Кожа	Тяжелые металлы, органические растворители, анилин
Текстиль	Тяжелые металлы, хлорорганические соединения, растворители

Свой вклад в загрязнение окружающей среды вносят также авиатранспорт, автотранспорт, водный транспорт, отопление жилищ, сельское хозяйство и многие другие виды деятельности человека.

По итогам экологического рейтинга городов России (после 2000 года) Томская область занимает 77 место (среди 89 регионов) по загрязненности воздуха, 31 место по загрязнению водоемов, 43 место по образованию твердых бытовых отходов

К проблеме загрязнения и утилизации отходов в нашей области привлечено внимание экологических организаций, администрации области, предпринимателей. В настоящее время участвует в сборе и переработке отходов 17 предприятий; среди них НПО «Экологические системы»- перерабатывают резиновые автопокрышки, - перерабатывает макулатуру, компания «Кровельные технологии» перерабатывает старые кровельные материалы.

В селе Ново-Михайловка Воронинского поселения будет работать мусоросортировочный комплекс, где из отходов будут извлекаться 25 фракций; 1-ый завод планируется запустить в 2010 году. В районе д Сурово-Суховское строится новый муниципальный полигон ТБО.

Сейчас во многих странах получила популярность идея возврата к прежним упаковочным материалам (способность к биоразложению или многоразовость использования.)

Пластмасса	Альтернатива
Полиэтиленовые пакеты	Пакеты из плотной бумаги
Клеенка	Хлопчатобумажное полотно
Одноразовые бритвы	Многоразовые металлические лезвия
Пластмассовые тарелки, кружки	Керамическая или стеклянная посуда
Пластмассовые емкости	Стеклянные емкости

Задачи по теме «Загрязнение»

Загрязнение окружающей среды привело к появлению у людей «Средовой болезни»- это различные токсикозы, аллергии.

1. Работа ТЭС на угле загрязняет атмосферу: на 150-200 км от города тянется след загрязнителей воздуха из газов SO2, NO2 , радиоактивных нуклидов. Работа станций на угле повышает естественный радиоактивный фон в 10-100 раз. В г. Томске таким загрязнителем до недавнего времени была ГРЭС -2, теперь эта станция работает на газе. Проанализируйте, изменится ли состав выбрасываемых газов? Составьте уравнения реакций горения газового топлива.

2. В 2007 г в Томске был проведен мониторинг атмосферного воздуха на детских площадках. На одной из них, на проспекте Мира 27 , был превышен порог загрязнения по взвешенным частицам и бенз(а)пирену из-за неправильного расположения площадки относительно зоны влияния автотранспорта. Найдите в справочнике, к какому классу веществ относится бенз(а)пирен и какое влияние на организм он оказывает?

3. Замеры атмосферного воздуха в г. Томске показывают, что на проспектах Ленина, Мира, Фрунзе, Кирова и ряде улиц наблюдается превышение ПДК вещества Х в 18 раз (2007 год). Это вещество – бесцветный газ с резким удушливым запахом, токсичен, раздражает слизистые оболочки дыхательных путей, глаз. Газ образуется в результате неполного сгорания топлива автотранспорта.

Определите молекулярную формулу вещества Х, если известно, что при его восстановлении 11,2 литрами водорода образуется 16 грамм соответствующего спирта.

4.Томское предприятие » перерабатывает отходы из вещества Х в яичные упаковки и салфетки.

Определите вещество Х по следующим характеристикам: это кислородсодержащее вещество, входит в состав хлопка (98%), льна, конопли, древесины (50%).

5 Томское предприятие «Экологические системы» перерабатывает автомобильные покрышки. Из продуктов переработки делают покрытие для дорожек и детских площадок ( школа № 40, дорога от ТГУ к Московскому тракту).

Вы определите формулу мономера- диенового углеводорода, входящего в состав покрышек, если решите задачу:

Диеновый углеводород массой 54 г полностью прореагировал с 44,8 л хлороводорода.

6. В поверхностных водах реки Томь наблюдается загрязнение веществом А. Вещество обладает общетоксическим действием, раздражает кожу, вызывает дерматиты. Появляется вещество в воде из-за нефтепродуктов.

Определите молекулярную формулу вещества А по составу:

w(С) =76,65%, w (Н)= 6,3% , w (O)= 17%

7. Пыль вызывает заболевания легких – одышка, боли в грудной клетке, кашель. Особенно опасно вещество пыли, содержащее w(Si) =46,7% , w (O)= 53,3%.

Вычислите формулу этого вещества.

8. Первая вспышка массового отравления «Болезнь Минамата» была зарегистрирована в 1956 году в Японии .Заболело 180 человек, 32 из них умерли. Эти отравления явились результатом загрязнения залива сточными водами от заводов по производству азотных удобрений и пластмасс. Заболевание было вызвано элементом 5d106s2 , который накапливался в рыбах и устрицах, а население питалось этими продуктами. Какой это элемент?

9 В городской пыли содержится до 1% элемента 6S26P2. При интоксикации им под удар попадает нервная и кровеносная система. Определите это вещество.

Ответы к задачам «Загрязнение»

1) C3H8 + 5O2 = 3 CO2 + 4 H2O 2)Ароматические циклы 3) HCOH –формальдегид

4) (C6H10O5)n - целлюлоза

5) Бутадиен 1,3

6) C6H5OH – фенол

7) SiO2 - кварцевый песок

8) Hg – ртуть

9) Pb - свинец

7. Модуль «Компетентностные задачи»

Задачи модуля : научить учащихся решать и составлять компетентностные задачи.

Компетентностная задача в широком смысле –проблемная практико-ориентированная ситуация, решаемая средствами реже одного, чаще нескольких предметов;

Это модель ситуации в виде единого текста, которая удовлетворяет следующим требованиям:

осуществление решения задачи в интегративной плоскости (т. е. применение способов решения из разных предметных областей); возможность осуществления решения разными способами; возможность получения разных ответов, удовлетворяющих требованиям задачи; возможность получения ответов в разных формах – количественных, описательных, графических, в виде осязаемого продукта (изделие); возможность формировать собственную позицию относительно поставленной в задаче проблемы.

При составлении задачи следует выполнять:

имитацию жизненной ситуации; выход за рамки одного предмета; вводить избыточность данных; предположить недостаток данных, чтобы учащиеся занялись поиском информации (справочник, Интернет).

Образцы компетентностных задач :

1. Садовник собирается посадить по кругу 10 тюльпанов и несколько лилий так, чтобы рядом с каждым тюльпаном росли тюльпан и лилия и через один цветок от каждой лилии тоже росли тюльпан и лилия.

Сколько лилий для этого потребуется? Свой ответ проиллюстрируйте рисунком.

2. Чтобы избежать массовых заболеваний энцефалитом, решили уничтожить клещей в пригородных лесах. С этой целью выжгли сухую траву и листья в лесах, кустарниковых зарослях и по обочинам дорог. Почему вредители уничтожили урожай в местных садах?

Практикум по составлению задач

Пользуясь сведениями из предыдущих занятий, составить компетентностную (ые) задачу на основе межпредметных связей химия-биология-экология.

8. Модуль «Метод проектов»

Цель: возможность овладения учащимися проектными компетенциями

Последовательность деятельности:

Первый этап:

Выбор направления и содержания деятельности каждым проектантом. Определить потребность и актуальность темы выбранного проекта. Научиться ставить цели и задачи. Планировать свою деятельность, определять формы и способы работы.

Второй этап:

Погружение в деятельность.

Третий этап:

Представление замыслов творческих проектов

Четвертый этап:

Рефлексия. Подведение итогов.

Список информационных ресурсов

Парадоксы воды/ Химия в школе, 7,2001,с 19-23. Защита атмосферного воздуха от загрязнения/Биология. 21,2009,с2-11. Компетентностный подход в формировании естественно-математической грамотности: решение учебных задач Вып.6/Ред.-сост. И.В. Тетеньчук, л.а. Звонцова, Л.И. Чуяшова.-Томск:ОГУ РЦРО,2009. ,Суравегина : Учебное пособие для 9-11 классов.-М, Школа-Пресс,1996. ,Машинистова мы едим./Биология,19,2008,с 4-12. , Не превратить планету в свалку./ Биология,21,2009,с 5-9. http:www.1651.vps. /upload/iblock - компетентные задачи.