Интегрированный урок "В мире химии и математики"

Интегрированный урок «В мире химии и математики»

для учащихся 10 классов

учитель математики – Кайсина Наталья Александровна

учитель химии – Кузьмина Олеся Викторовна

Цель:

повторить материал по теме «Логарифмы», показать применение логарифмов в химии, сформировать понятие о pH, ионном произведении воды, показать важность знаний о водородном показателе и контроле над его значениями в нашей жизни

Оборудование:

проектор, компьютер, цифровая лаборатория «Архимед»

Реактивы:

H₂O, растворы индикаторов, кислот, щелочей, лимонад разных марок, минеральная вода

1. Организационный момент.

Деление на 3 группы, выбор капитанов.

2. Введение.

Про загадочный рН-балланс то и дело мы слышим по телевидению или читаем в газетах – это и реклама о самых передовых гигиенических средствах для кожи, и реклама жевательной резинки, также сообщения в экологической рубрике о кислотных дождях. Конечно, школьники должны знать, что это такое. Вот только для определения рН требуется знание логарифмов, поэтому сегодня интегрированный урок химии и математики.

2. Актуализация опорных знаний.

1) Морской бой.

Капитан команды называет по горизонтали число, а по вертикали букву (например, 2А). Та команда которая первая даст правильный ответ получает – 1 балл и  продолжает игру. (Учитель по ключу следит за правильностью ответов и подает сигнал к продолжению игры).

Ответы

2) Лото.

Капитаны выбирают наборы лото. Необходимо найти букву, соответствующую ответу, из полученных букв составить слово (место буквы соответствует номеру задания). Эти слова имеют непосредственное отношение к понятию рН. Правильное выполнение задания приносит команде максимально 6 баллов.

Ключ к ответам.

Получившиеся три слова напрямую связаны с понятием рН.

3. Стадия вызова (пробуждение интереса)

Учителем зачитываются утверждения. Если команда считает утверждение верным,  капитан ставит знак «+», не верно – «–». Знаки ставятся в строчку через запятую.

Ответ: +, +, –, +, +, +, –, +.

Анализ теста производится в конце урока (учащимся будет предложено ответить на эти же вопросы после осмысления материала).

4. Стадия осмысления.

Группы самостоятельно изучают информацию по предложенным разделам (приложение 1), совместно составляют графические структурирующие информационные схемы, которые затем последовательно комментируют, объясняя всему классу.

Группе, набравшей большее количество (в первой части урока) баллов предоставляется приоритетное право в выборе изучаемого раздела.

Группа 1.

Теоретическая группа изучает историю введения и понятие водородного показателя.

Группа 2.

Экспериментальная группа измеряет кислотность выданных растворов, заполняя таблицу 1.

Группа 3.

Валеологическая группа изучает практическую сторону вопроса.

5. Стадия рефлексии.

Учащимся предлагается вновь ответить на вопросы теста.

Таким образом, за время работы произошло переосмысление информации в результате целостного осмысления и анализа полученного материала.

Приложение 1.

Группа 1 (теоретическая).

На уроках химии нам часто приходится определять среду растворов с помощью различных индикаторов. Но школьники не всегда знают, почему изменяется окраска растворов индикаторов, какое значение имеет этот факт в реальной жизни человека, какова практическая значимость показателя среды растворов. Для количественной характеристики определения среды растворов используется «загадочная» величина, называемая рН или водородным показателем. Оказывается, что мы порой и не подозреваем о том, насколько важное значение имеет эта величина для нашего здоровья, что от нее зависит настроение и самочувствие человека. Незначительное изменение рН в организме приводит к серьезным болезням, а зачастую к летальному исходу.

В воде всегда присутствует немного катионов водорода и гидроксид-ионов, которые образуются в результате обратимой диссоциации:

H₂O H⁺ + OH^-

В 1 л чистой воды при комнатной температуре содержится 1^.10^-7 моль катионов водорода и 1^.10^-7 моль гидроксид-ионов.

Поскольку оперировать числами такого порядка неудобно, для количественной характеристики кислотности среды используют так называемый водородный показатель рН («пэ аш», от латинского «pundus hydrogenium» – «вес водорода»).

Каждое значение рН отвечает определенному содержанию катионов водорода в 1 л раствора.

Водородный показатель или рН представляет собой логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком, т.е. pH = -lg[H⁺]. 

В чистой воде и в нейтральных растворах, где в 1 л содержится 1 ^.10^-7 моль катионов водорода, значение рН равно 7.

В растворах кислот содержание катионов водорода увеличивается, а содержание гидроксид-ионов уменьшается, в растворах щелочей наблюдается обратная картина. В соответствии с этим меняется и значение водородного показателя (рН).

При [H⁺] = [OH^-] = 10 ^-7 моль/л – среда нейтральная

При [H⁺] [OH^-], [H⁺ ] 10^-7моль/л – среда кислая

При [H⁺] -], [H⁺ ] -7моль/л – среда щелочная

Из история открытия.

Более 100 лет назад, в 1909 году, датский физико-химик и биохимик С. Сёренсен, работавший в Копенгагене в Карлсбергской лаборатории, ввел понятие водородного показателя рН для выражения концентрации ионов водорода в водных растворах. С этого момента водородный показатель стал такой же важной характеристикой среды, в которой протекает химическая реакция, как концентрация реагирующих веществ и температура.

А началось все с того, что в 1879 г. немецкий физик и физико-химик Ф. Кольрауш (рис.2) разработал метод, позволяющий устанавливать степень диссоциации электролита. Позже, в 1894 г., с помощью этого метода он доказал, что вода представляет собой слабый электролит и в незначительной степени диссоциирует на ионы водорода и гидроксид-ионы.

Группа 2 (экспериментальная)

С помощью датчиков цифровой лаборатории «Архимед» определите значения рН в выданных растворах.

После доклада 1 группы экспериментаторы сделайте вывод о кислотности среды данных растворов.

Группа 3 (валеологическая)

Известно, что кровь здорового человека имеет рН 7,3-7,4. Таким образом, реакция крови очень слабощелочная. Если в кровь поступает повышенное количество молочной кислоты, которая образуется в мышцах из глюкозы при напряженной физической работе, то она нейтрализуется. Получается угольная кислота, которая удаляется в виде газообразного диоксида углерода, уходящего с дыханием через легкие. При перенапряжении или болезни в кровь поступает слишком много органических кислот, механизмы регулирования отказывают, и кровь приобретает излишнюю кислотность. Если рН крови приближается к 7,2 - это сигнал о серьезных нарушениях жизнедеятельности организма, а при рН 7,1 и ниже - необратимые изменения грозят смертельным исходом. О состоянии кислотно-щелочного равновесия крови можно судить по цвету коньюнктивы (в уголках глаз). При нормальном кислотно-щелочном равновесии цвет коньюнктивы - ярко-розовый, при кислом - бледно-розовый, при щелочном - темно-розовый. Цвет этот меняется через 80 секунд после поступления в организм любых веществ, изменяющих рН. Желудочный сок человека содержит кислоту и отвечает рН от 0,9 до 1,6. Благодаря большому количеству хлороводородной кислоты желудочный сок имеет бактерицидное действие. Кишечный сок имеет почти нейтральную реакцию (рН от 6,0 до 7,6). Наоборот, слюна человека всегда щелочная (рН 7,4 - 8,0). Кислая среда подавляет жизнедеятельность вредных микроорганизмов и поэтому служит своеобразной защитой от инфекции. А вот щелочная среда - сигнал о наличии воспалительных процессов, а значит, о болезни.

Кислотность почвы необходимо знать для правильного ухода за растениями. Степень pH почв оказывает большое влияние на развитие корней и поступление питательных веществ в растение. Если показатель pH находится в пределах нейтральной области, тяжелые металлы остаются связанными в почве и лишь незначительная их часть попадает и накапливается в растениях. Напротив, кислые почвы с низким показателем pH содержат большое количество алюминия, железа и марганца в форме ядовитых для растений соединений. В кислой почве значительно возрастает риск накопления тяжелых металлов в тканях растений и подавлении деятельности полезных бактерий.

Для микроорганизмов, обитающих в водной среде, также немаловажен водородный показатель этой самой среды. Ведь от него зависят процессы обмена веществ, подвижность, способность клеток к делению, состояние их оболочки, устойчивость к дезинфектантам. В общем, получается, что уровень рН среды обитания для микроорганизмов даже важнее, чем состояние атмосферы для человека. А это значит, что поддержка нужного показателя рН – уже полдела на пути борьбы с водорослями и бактериями в бассейне.

Упражнение

Концентрация гидроксид-ионов в природном водоёме равна 0,0001 моль/л. Определите рН этой воды и характер среды.

Решение: [ОН^-] = 0,0001 моль/л = 10^-4 моль/л.

Для водных растворов выполняется соотношение: р[Н⁺]+р[ОН^-]=14.

р[Н⁺] = 14 – р[ОН^-]

-lg[Н⁺] = 14 + lg10^-4

рН = - lg[Н⁺] = 10

рН больше 7 – среда слабощелочная.

Рыбы нормально развиваются в пределах рН 5,5-7,5, а для размножения многим из них требуется еще большая точность. Следовательно, изменение реакции среды в водоёме приводит к уменьшению биоразнообразия биоценоза.