Интегрированный урок по теме Роль кислорода в биосфере

«Роль кислорода в биосфере».

Интегрированный урок по химии и биологии в 8-м классе.

Учитель химии Чернышова О.А.

Пояснительная записка.

Изучение любого предмета невозможно без установления взаимосвязей с учебным материалом смежных дисциплин. Обращение к содержанию других курсов позволяет обучать своему предмету с большей отдачей.

Конечная цель обучения и воспитания должна состоять в том, чтобы каждый человек умел действовать самостоятельно, свободно общаться, применять знания в комплексе, был способным к творчеству и ответственным за всё происходящее в мире. Достичь подобного результата можно лишь при помощи развивающих технологий, которые построены на интегративной основе.

В то же время изучение любого предмета невозможно без установления взаимосвязей с учебным материалом смежных дисциплин. Для химии таковыми являются предметы естественно - научного цикла: биология, география, физика. Обращение к содержанию других курсов не только позволяет обучать своему предмету с большей отдачей, но также помогает решить одну из насущных проблем, хорошо знакомую многим учителям, - сокращение учебного времени в связи с переходом на базовые программы обучения.

Установление взаимосвязей со смежными дисциплинами расширяет объём опорных знаний, необходимых для понимания и осознанного усвоения программного материала по химии. Интеграция с теми предметами, которые кажутся школьникам достаточно привлекательными, позволяет успешно повышать интерес к химии и развивать мотивацию её изучения. Интеграция с прикладными дисциплинами раскрывает возможности практического применения приобретаемых химических знаний.

Цели урока:

-выявить химические, физические и биологические свойства кислорода, его роль в природе и жизни людей.

-систематизировать знания учащихся о кислороде.

-раскрыть межпредметные связи (химия, биология, литература).

-научить работать самостоятельно и в коллективе - по командам.

-научить выделять главное, составлять схемы, алгоритмы ответов, сравнивать, делать выводы.

-способствовать развитию у школьников интереса к химии, биологии.

-формировать умения и навыки у учащихся анализировать материал.

-воспитывать экологическое мировоззрение.

Оборудование:

Перманганат калия, пероксид водорода, оксид марганца (IV),сера, лучина, нагревательный прибор, таблица « Диаграмма объемного состава воздуха», таблица « Распространение элементов в земной коре», рисунки учащихся, инструктивные карты.

Урок изучения нового материала проводился в форме конференции с выполнением практической части, совместно с учителем биологии. Темы для обсуждения были заранее предложены учащимся.

Учитель химии: « Там какой-то аптекарь

Пред толпою ученье проводит:

Что, мол, нету души, а одна только плоть,

И что если и впрямь существует господь,

То он только есть вид кислорода».

А.К.Толстой.

С кислорода мы начинаем изучение конкретных веществ, образуемых химическими элементами. И это отнюдь не случайно. Сегодня нам предстоит выяснить какую роль играет кислород в нашей жизни. У нас в гостях корреспондент журнала «Природа Земли».

Корреспондент: Я пишу статью на тему «Роль кислорода в биосфере» (тема и план записаны на доске) по следующему плану:

1.История открытия.

2.Нахождение в природе.

3.Получение.

4.Физические свойства.

5.Химические свойства.

6.Применение.

7.Биологическая роль.

8. Гигиена дыхания.

И попрошу вашей помощи в написании статьи.

Учитель химии: На нашей пресс-конференции присутствуют следующие специалисты: историки, химики, физики, биологи, медики, географы, экологи, литераторы, врачи. Они заранее изучили много научной литературы по этой теме. Прошу всех принимать активное участие в нашей работе. Все присутствующие при работе ведут записи в тетрадях. По ним в конце нашей пресс- конференции мы составим статью по данной теме.

Корреспондент: Когда и кем был открыт кислород?

Историк: Ещё в начале 17 века газ, позднее названный кислородом, был выделен изобретателем подводной лодки К.Дреббелем, который установил его способность поддерживать дыхание. Однако результаты этих исследований были засекречены из-за их военной направленности, и поэтому они не были известны современникам.

В 1750 г. М.В.Ломоносов на основании своих опытов доказал, что в состав воздуха входит вещество, окисляющее металл.

В 1771 г. Это вещество было получено шведским химиком Карлом Шееле.

В 1774 г. Английский химик и философ Джозеф Пристли нагревал красный оксид ртути (II), направляя на него солнечные лучи с помощью увеличительного стекла. При этом он получал газ, который считал воздухом. Пристли писал: «Этот воздух не поглощался водой. Каково же было моё изумление, когда я обнаружил, что свеча горит в этом воздухе необычайно ярким пламенем». Он поместил двух мышей, одну- в сосуд с обыкновенным воздухом, а другую- в такой же сосуд с полученным им газом. Первая мышь быстро задохнулась, а вторая в это время ещё чувствовала себя хорошо и активно двигалась. Учёный и сам пробовал дышать полученным газом и нашёл, что им дышится особенно легко и приятно. Открытый Пристли газ был кислород.

И всё-таки главная фигура в истории открытия кислорода - великий французский химик Антуан Лавуазье, объяснивший смысл опытов, проведённых этими учёными. В 1775 г. он установил, что кислород входит в состав воздуха и содержится во многих веществах.

Корреспондент: Я прочитала в одной книге:

Он всюду и везде:

В камне, в воздухе, в воде.

Он и в утренней росе,

И в небес голубизне.

Где же на Земле встречается кислород?

Географ: Кислород - наиболее распространённый на Земле химический элемент. Литосфера на 47% по массе состоит из кислорода, входящего в состав оксидов и солей. В атмосфере содержится по массе 23% (21% по объёму) свободного кислорода. Гидросфера содержит 85,8 % кислорода, основная доля которого приходится на воду. Кислород входит в состав растений (40 %), животных (20 %), минералов, оснований, большинства солей и кислот, органических веществ. Тело человека примерно на 65% состоит из этого элемента.

Демонстрация таблиц «Диаграмма объемного состава воздуха», «Распространение элементов в земной коре»,

Корреспондент: Каков состав атмосферы?

Географ: Атмосфера Земли представляет собой смесь газов. Сухой воздух вблизи поверхности Земли, если удалить из него влагу и частицы пыли, по объёму содержит: 78,09% азота, 20,94 % кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа и всего лишь 0,01% приходится на долю всех остальных газов - водорода, гелия, неона, криптона, ксенона, радона, оксидов азота и др. Масса атмосферы 5,27 *10 ¹⁵ т. На долю кислорода в газовой оболочке Земли приходится около 1 200 000 млрд т.

Корреспондент: Способен ли меняться состав атмосферы?

Физик: Состав атмосферы до высоты 80 км существенно не меняется. Если говорить кратко, то атмосфера загрязняется как по естественным причинам (извержение вулканов, пыльные бури и т. д.), так и из-за хозяйственной деятельности человека. Её состав при этом изменяется. Атмосфера содержит много пыли, которая попадает туда с поверхности земли и частично из космоса. При сильных волнениях ветры подхватывают капли воды из морей и океанов. Вместе с водяными каплями в атмосферу попадают и частицы соли. В результате извержения вулканов, лесных пожаров и других природных явлений воздух загрязняется продуктами сгорания. Больше всего пыли и других примесей - в приземном слое воздуха. Все эти мельчайшие примеси влияют на цвет неба. Молекулы газов рассеивают фиолетовые и синие лучи, поэтому днём небо голубого цвета. А частицы примесей рассеивают световые лучи почти всех длин волн. Поэтому, когда воздух запылен или в нём содержатся капельки воды, небо становится белесоватым. На больших высотах небо тёмно - фиолетовое и даже чёрное.

Корреспондент: Что является основным источником загрязнения атмосферы?

Эколог: Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха в индустриальных странах являются автомобили и другие виды транспорта, а также тепловые электростанции. Углекислый, угарный и сернистые газы - самые распространённые газообразные загрязнители, делающие атмосферу неблагоприятной для жизни человека и животных.

Ежегодно в атмосферу выбрасываются 200 - 250 млн т. золы и около 60 млн т. сернистого газа.

В результате сжигания на тепловых электростанциях угля и нефти в воздушный бассейн выбрасываются 74% всех поступающих в атмосферу оксидов серы и около половины оксидов азота.

Корреспондент: Как же на Земле решается проблема чистоты атмосферы?

Эколог: Проблема охраны окружающей стоит очень остро. Её можно решить только путём международного сотрудничества в области охраны воздуха: правильное сжигание топлива, строительство очистных сооружений, совершенствование технологии (особенно в металлургической и химической отраслях промышленности), модернизация транспорта, расширение площадей зелёных насаждений. Растения Земли ежегодно поглощают из атмосферы и из воды 200 миллиардов тонн углерода, образуя при этом около 4 000 миллиардов тонн органических веществ. При этом растения Земли за год выделяют в атмосферу около 400 миллиардов тонн кислорода, обеспечивая всему живому возможность дышать.

Корреспондент: Можно ли получить кислород самим?

Химик: В лаборатории чаще всего используют промышленный кислород, поставляемый в баллонах под давлением, однако его можно легко получить из кислородсодержащих веществ:

2KClO₃=2KCl+3O₂

2HgO=2Hg+O₂

2H₂O₂=2H₂O+O₂

2KMnO₄=K₂MnO₄+MnO₂+O₂

Лабораторный опыт: получение кислорода и доказательство его присутствия.

На каждом столе у учащихся находится карта - инструкция по выполнению опыта:

Карта - инструкция

Лабораторный опыт «Получение кислорода».

1. Соблюдайте технику безопасности.

2. Добавьте в пробирку с раствором пероксида водорода немного порошка оксида марганца (IV).

3. Поднесите к отверстию тлеющую лучинку. Лучинка загорается. Почему?

Почему кислород можно собирать вытеснением воздуха?

Учащиеся оформляют опыт и выводы по нему в тетрадях.

Химик: В промышленности кислород получают в больших количествах из жидкого воздуха методом низкотемпературной ректификации. Температура кипения азота и кислорода различаются ( при атмосферном давлении) на 12,8 градусов. Сначала воздух превращают в жидкость, охлаждая его до -196 градусов Цельсия (температура кипения азота). Затем жидкий кислород отделяют от азота, испаряя азот. Хранят кислород в стальных баллонах под давлением 15 и 20 МПа. Кислородные баллоны окрашены в голубой цвет и имеют надпись чёрными буквами «Кислород».

Корреспондент: Что вы можете сказать о свойствах кислорода? Мне известно, что кислород - газ без цвета, вкуса и запаха.

Физик: 1 литр кислорода весит 1,43 г, т. е. он тяжелее воздуха. Кислород плохо растворяется в воде. В 100 л воды при давлении 1 атм и температуре 0 градусов С растворяется около 5 л кислорода. При -183 градусов С он превращается в голубоватую, очень подвижную жидкость, при дальнейшем охлаждении (до -219 градусов С) - в замерзающую тёмно - голубую массу, притягивающуюся магнитом.

Литератор: А вот как описаны свойства жидкого кислорода в повести А.Беляева «Продавец воздуха»: «Твёрдый спирт не горит, взрывается от удара, эфир замерзает в кристаллическую массу. Каучуковая трубка от действия жидкого воздуха становится твёрдой и хрупкой и может быть превращена в куски и порошок, живые цветы приобретают вид фарфоровых изделий, и фетровую шляпу можно разбить на куски, как фарфор.

Корреспондент: Правда ли, что кислород - сильный окислитель?

Химик: Кислород отличается высокой химической активностью. Из 99 элементов он взаимодействует с 86 элементами, но не соединяется с золотом, платиной, криптоном и ксеноном. Для развития активной реакции кислорода с большинством простых и сложных веществ нужно нагревание.

Известно, что горят отлично

В нём сера, фосфор, углерод

Железо, магний. Энергично

Сгорает также водород.

Демонстрация получения кислорода из перманганата калия и взаимодействие его с серой.

Учащиеся на доске и в тетрадях записывают примеры, демонстрирующие химические свойства кислорода.

Химик: В атмосфере Земли 21% кислорода, и для горения этого достаточно. А если бы воздух содержал кислорода меньше 18%, то горение в нём углерода стало бы невозможным, «естественный» (например, от удара молнии) огонь никогда бы не появился. И первобытный человек так и не узнал бы, что огонь можно использовать для своих нужд…

Ещё хуже, если содержание кислорода в атмосфере было бы больше 30%. В такой газовой среде первый же удар молнии вызвал бы катастрофу - гигантский пожар, а может быть, и взрыв. Ведь в этих условиях и сырая древесина горит как порох!

Литератор: Помните, в романе «Таинственный остров» Сайрес Смит, чтобы зажечь мох, воспользовался двумя выпуклыми стёклами от карманных часов. Налив в стёкла воды, он сложил их и слепил края глиной, в результате чего у него получилось двояковыпуклое зажигательное стекло. Воспользовавшись этим стеклом, он направил солнечный луч на горстку сухого мха, и мох воспламенился, т.е. произошло нагревание мха до температуры его воспламенения.

Эколог: Я хочу кое - что добавить. Подобной линзой, способной сфокусировать солнечные лучи, может стать и обыкновенная бутылка, брошенная жарким летом в лесу ленивым человеком. Нужно всегда помнить, что такая бутылка не только захламляет лес, но и может стать причиной лесного пожара.

Корреспондент: Кислород - окислитель. Находит ли применение это свойство?

Химик: Обогащение воздуха кислородом делает более эффективными и экономичными многие технологические процессы, в основе которых лежит реакция окисления. Чёрная металлургия поглощает более 60% получаемого кислорода. При работе двигателя внутреннего сгорания автомобиля расходуется 1825 кг кислорода на каждые 100 км пути. Кислородно - ацетиленовая смесь при её сжигании даёт пламя с температурой до 3500 градусов С, достаточной для резки и сварки многих металлов.

Кислород используют для окисления ракетного топлива. Это впервые предложил К.Э.Циолковский. Любое пористое горючее вещество, например опилки, мох, торф, уголь, в результате пропитки жидким кислородом становится взрывчатым. Такие вещества в случае необходимости могут заменить динамит при разработке месторождений полезных ископаемых. Кислород нужен для производства многих веществ, например азотной кислоты.

Медленное окисление веществ пищи в нашем организме - энергетическая основа жизни. Благодаря медленному окислению навоза и перегноя согреваются парники. Кислород необходим также человеку для дыхания, а дыхание - частный случай окислительных реакций в нашем организме. Установлено, например, что космонавту в межпланетном рейсе необходимо в сутки (в лежачем положении) 0,49 кг кислорода. Лётчики при высотных полётах пользуются кислородными масками. Если без пищи и воды человек может прожить несколько суток, то без кислорода - несколько минут.

Литератор: Я хочу привести пример воздействия чистого кислорода на живые организмы из произведения Жюля Верна «Опыт доктора Окса»: «Стоило бросить в землю семечко, как из него поднимался зелёный стебелёк, который рос не по дням, а по часам…кочаны капусты превращались в кусты, а грибы становились величиной с зонтик. Но увы! Все эти растения…быстро блекли и умирали, сожжённые, истощённые, бессильные».

Учитель химии: Согласно современной концепции, человеческий организм приспособился в ходе эволюции к дыханию воздухом, а не чистым кислородом. В случае же дыхания чистым кислородом ускоряются окислительные процессы обмена веществ и человеческий организм быстрее «сгорает». Так что Жюль Верн в чём - то был прав.

Корреспондент: Сколько кислорода в сутки необходимо человеку для дыхания?

Биолог: В сутки через лёгкие человека проходит 800 литров кислорода. Все живые организмы нуждаются в кислороде. Вот интересные факты. Наименее требователен к кислороду из рыб - карась, спокойно живущий в заросших прудах, где почти весь растворённый в воде кислород расходуется на окисление органических веществ. Самый привередливый в этом смысле карп. Ему нужно, чтобы концентрация кислорода в воде была не менее 4 мг\л.

Врач: Хочу как врач добавить следующее. Человеку, впервые попавшему в горы, на высоте не хватает воздуха, точнее, кислорода. В разреженном воздухе кровь не успевает насытиться кислородом и наступает кислородное голодание. Люди, постоянно живущие в горных районах, кислородной недостаточностью не страдают, так как их организм приспособился к горным условиям.

Корреспондент: Что вы ещё можете сказать о биологической роли кислорода?

Биолог: Содержание кислорода в организме человека (масса тела 70 кг) составляет 43 кг. Ежедневный приём с пищей - главным образом в виде воды. Кислород входит в состав жизненно важных органических веществ: белков, жиров, углеводов и др. Без кислорода невозможны многочисленные важные процессы: дыхание, окисление аминокислот, жиров и углеводов. Попадая в кровь высших животных, кислород в капиллярах лёгких соединяется с гемоглобином, образуя оксигемоглобин. С током крови это соединение поступает в капилляры тканей, где легко диссоциирует (распадается) на кислород и гемоглобин. Выделившийся кислород проникает через стенки капилляров тканей. В тканях кислород расходуется на окисление различных веществ. Эти реакции в конечном итоге приводят к образованию воды, углекислого газа и созданию запаса энергии.

Корреспондент: Какова реакция организма на недостаток и избыток кислорода?

Врач: При недостатке кислорода в окружающем воздухе его содержание в организме соответственно уменьшается, в результате чего сопротивляемость организма инфекции падает. Обычное содержание кислорода в воздухе создаёт необходимое парциальное давление кислорода, благодаря которому ткани через лёгкие и кровь насыщаются кислородом. Снижение в воздухе содержания кислорода до 16-18% не оказывает существенного влияния на жизнедеятельность. При снижении содержания кислорода до 14% появляются признаки кислородной недостаточности, а снижение до 9% очень опасно для жизни.

При избытке кислорода используют антиоксиданты (антиокислители) - вещества, препятствующие разрушающему (окислительному) действию молекулярного кислорода. Его токсическое действие проявляется лишь в условиях окислительного стресса (насыщение тканей кислородом), при котором система ферментативной защиты организма не срабатывает. Токсическое действие кислорода в высоких концентрациях при нормальном давлении и достаточно долгой ингаляции (вдыхание дыхательных смесей, содержащих до 70% кислорода) вызывает поражение органов дыхания, главным образом лёгких вплоть до развития отёка. При вдыхании кислорода при повышенном давлении наступает поражение центральной нервной системы (особенно коры больших полушарий).

Корреспондент: Расскажите о применении кислорода в медицине поподробнее.

Врач: Кислород входит в состав лечебных ингаляционных смесей. Для насыщения тканей кислородом применяют его смеси с воздухом, содержащие 40-60% кислорода. При отравлении угарным газом и кислотными газами для лечения используют смеси кислорода и углекислого газа, содержащие до 5% углекислого газа для подкисления тканей. В анестезиологической практике кислород применяют в смеси с ингаляционными наркотиками. В медицинской практике используется оксигенация в барокамерах (больного помещают в барокамеру, где создаётся повышенное давление кислорода). Этот метод лечения улучшает насыщение тканей кислородом, защищает головной мозг от гипоксии (пониженное содержание кислорода); с его помощью лечат ожоги и диабетические язвы. Белково - кислородные и фитобелково - кислородные коктейли - эффективные методы снятия напряжения, повышения общей сопротивляемости организма, расширения его адаптивных возможностей и ускорения процессов восстановления у человека в условиях воздействия неблагоприятных факторов внешней среды. Такие коктейли оказывают регулирующее влияние на центральную нервную и сердечно - сосудистую системы, нервно - мышечный аппарат. Применение кислорода показано при интенсивной работе, утомлении, расстройстве сна, ухудшении общего состояния, перенапряжении сердечной мышцы.

Достаточно большой процент среди болезнетворных микроорганизмов, заселяющих кишечник, приходится на анаэробы - микробы, живущие в бескислородной среде; для них присутствие кислорода смертельно. Напротив, естественные, обитатели кишечника к кислороду вполне терпимы. Приём пероксида магния ведёт к высвобождению в кишечнике кислорода и тем самым к сокращению количества болезнетворных микробов без видимого вреда для полезных обитателей кишечника.

Учитель биологии: Составьте ответ о значении кислорода в биосфере в виде схемы.

Вариант 1 - круговорот кислорода.

Вариант 2 - превращение кислорода в организме при дыхании.

Обсуждение ответов учащихся.

Корреспондент: Большое спасибо. Я думаю, у меня получится интересная статья о кислороде и его роли в биосфере.

После проведения этого урока была выпущена стенгазета « Кислород» корреспондентом и его помощниками.

Учитель химии: Итак,кому нужен кислород? Всем нам, и каждый день, каждую минуту. Без кислорода - беда: ведь он нужен для дыхания и горения, без него нет ни жизни, ни тепла. Это самое главное вещество Земли. Недаром в фантастическом романе Александра Беляева «Продавец воздуха» злоумышленник пытается подчинить себе весь мир, завладев не золотом, не оружием, а всем воздухом (а значит, и всем кислородом) Земли.

Вездесущий, всемогущий и в то же время невидимый - все эти три эпитета можно отнести к кислороду. Кислород - вездесущ: из него в значительной степени состоят не только воздух, вода и земля, но и мы с вами. Могущество кислорода проявляется уже в том, что мы им дышим, а ведь дыхание - синоним жизни. «Пока дышу, надеюсь».

Из атомов мир создавала Природа

Два атома лёгких взяла водорода.

Прибавила атом один кислорода

И получилась частица воды,

Море воды, океаны и льды…

Стал кислород чуть не всюду начинкой.

С кремнием он обернулся песчинкой.

В воздух попал кислород,

Как ни странно,

Из голубой глубины океана.

И на Земле появились растения.

Жизнь появилась: дыханье, горение…

Первые птицы и первые звери,

Первые люди, что жили в пещере…

Огонь добывали при помощи трения,

Хотя и не знали причины горения…

Роль кислорода на нашей Земле

Понял великий Лавуазье.

Спасибо всем за урок!

Подводятся итоги, комментируются ответы, выставляются оценки.