Элективный курс для учащихся 9 классов "Металлы и живой организм"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №1»

Менделеевского муниципального района Республики Татарстан

Элективный курс по химии

«Металлы и живой организм»

для учащихся 9 классов

Составитель:

Шарафутдинова Светлана Евгеньевна,

учитель химии

высшей квалификационной категории

г. Менделеевск, 2017 год

Пояснительная записка.

Программа элективного курса «Металлы и живой организм» предназначена для учащихся 9 классов. Содержание курса носит межпредметный характер, так как знакомит учащихся с проблемами и задачами, требующими синтеза знаний по ряду предметов (химия, биология, экология). Элективный курс рассчитан на 16 часов. Программой предусмотрено изучение теоретического материала, практикума по решению экспериментальных и расчетных задач, проведение исследовательских работ. Практические работы, которые приводятся в программе курса, не только дополняют теоретические знания, но и закрепляют практические умения. Это создает основу для положительной мотивации учения.

Интеграция этого курса с биологией и медициной позволит учащимся лучше понять биохимические процессы, происходящие в живых организмах.

Цель курса: расширить представления и знания учащихся о химическом составе живого организма, механизмах действия металлов и их соединений на организм.

Основные задачи курса:

• закрепить, систематизировать и расширить знания учащихся о металлах, их строении, общих свойствах;

• сформировать представление о металлах как биогенов, их положительном и отрицательном воздействии на организм;

• познакомить с антропогенными источниками поступления металлов в окружающую среду;

• продолжить формирование умений анализировать ситуацию, решать расчетные задачи, выполнять опыты в соответствии с требованиями техники безопасности, работать с дополнительными источниками информации;

• продолжить формирование навыков исследовательской деятельности;

• развивать учебно-коммуникативные умения.

Особенности курса:

• использование знаний по математике, физике, биологии, валеологии;

• составление авторских задач и проектов, их решение;

• использование местного материала.

По изучению данного элективного курса применены различные формы контроля, что учитывает дифференцированный подход к обучению. Учащимся могут быть предложены разные по уровню сложности работы для отчетности:

• реферат;

• составление сборника расчетных задач;

• творческая работа;

• исследовательская работа.

После изучения элективного курса учащиеся должны знать:

• строения и свойства металлов;

• понятия «биогенный металл», «тяжелый металл»;

• биологическую роль металлов в живых организмах;

• антропогенные источники поступления металлов в окружающую среду;

• влияние концентрации металла на состояние здоровья человека;

• содержание ионов тяжелых металлов в снежном покрове города.

Должны уметь:

• проводить химический эксперимент по обнаружению ионов металлов в растворах;

• составлять отчет о проделанных экспериментах;

• решать расчетные задачи;

• работать в группах;

• оформлять исследовательскую работу, придерживаясь определенной структуры.

Учебно – тематический план

Содержание курса

Введение (1 час).

Положение металлов в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Особенности строения атомов металлов, обуславливающие их физические, химические и биологические свойства. Закономерности, проявляющиеся в ряду металлов (в группах и периодах).

Раздел I. Металлы в живых организмах (8 часов).

Тема 1. Понятие о металлах – биогенах. Макро- и микроэлементы металлов. Биологическая роль металлов.

Тема 2. Щелочные и щелочноземельные металлы. Особенности их строения и свойств, их роль в живых организмах (на примере Na, K, Ca, Mg).

Тема 3. Железо – металл жизни. Содержание в живых организмах. Элемент, входящий в состав биологических систем – гемоглобин, ферменты.

Тема 4. Металлы – микроэлементы. Их значимость для организма (на примере Cu, Co, Zn, Ag, Mn).

Тема 5. Металлы – яды живого организма. Токсическое действие металлов (на примере Hg, Pb, Cd, Tl, Ba, Ni, Cr, As).

Лабораторный практикум (3 часа).

Практическая работа № 1. «Качественные реакции на распознавание ионов железа» (приложение 1).

Практическая работа № 2. «Распознавание катионов металлов в растворах их солей» (приложение 2).

Практическая работа № 3. «Токсическое действие солей металлов на живой организм» (приложение 3).

Раздел II. Экология металлов (4 часа).

Тема 1. Понятие «тяжелые металлы». Антропогенные источники поступления металлов в окружающую среду. Последствия загрязнения природной среды.

Тема 2. Заболевания человека, вызванные воздействием ионов металлов на организм.

Практикум по решению расчетных задач с экологическим и валеологическим содержанием (2 часа) (приложение 4).

Итоговая конференция (2 часа).

Исследовательские работы (приложение 5,6).

Методические рекомендации

Элективный курс позволяет учащимся осуществить пробы, оценить свои возможности. Он содержит знания, вызывающие познавательный интерес учащихся и представляющие ценность для определения ими профиля обучения в старшей школе. Использование современных образовательных технологий (технология решения изобретательских задач, технология развития критического мышления, проектная и исследовательская деятельность) обеспечивает повышение мотивации учащихся, интенсификации учебной деятельности. Развертывание содержания знаний в программе структурировано таким образом, что изучение всех последующих тем обеспечивается предыдущими. Материал программы распределен во времени с учетом его достаточности для качественного изучения знаний и получения запланированных результатов.

Необходимо акцентировать внимание на то, чтобы учащиеся могли научиться выполнять химические эксперименты, обрабатывать результаты, излагать выводы своей работы. Кроме того, могли самостоятельно составлять собственные задания и задачи, проекты на примере краеведческого материала, информации экологической направленности, практических жизненных ситуаций.

Литература

1. Величковский Б.Т. Здоровье человека и окружающая среда. – М.: Новая школа, 1997.

2. Ершов Ю.А. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2003.

3. Мезенин Н.А. Занимательное о железе. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1985.

4. Николаев Л.А. Металлы в живых организмах. Книга для внеклассного чтения. – М.: Просвещение, 1986.

5. Оржековский П.А., Давыдов В.Н., Титов Н.А. Экспериментальные творческие задания и задачи по неорганической химии: книга для учащихся. – М.: АРКТИ, 1999.

6. Предпрофильная подготовка учащихся 9 классов по химии: Методические рекомендации /Сост. А.Б. Хабибуллина, Н.А. Галеева - Казань: РИЦ «Школа», 2005.

7. Усова Н.Т. Определение содержания тяжелых металлов в снеге и почве.// Химия в школе. – 2002. - № 3. – С. 73-75.

8. Пилипенко А.П., Пятницкий И.В. Аналитическая химия: В двух книгах: кн.1.- М.: Химия, 1990.

9. Интернет – ресурсы.

Приложение 1

Практическая работа №1

«Качественные реакции на ионы железа»

Цель: изучить качественные реакции на ионы Fe²⁺ и Fe³⁺

Реактивы: сульфат железа (II) FeSO₄, хлорид железа (III) FeCl₃, гидроксид натрия NaOH, гексацианоферрат (II) калия K₄ [Fe(CN)₆] (желтая кровяная соль), гексацианоферрат (III) калия К₃ [Fe(CN)₆] (красная кровяная соль), роданид калия KCNS.

Оборудование: пустые пробирки.

Ход работы.

Исследуйте, как изменится цвет некоторых растворов при смешивании их друг с другом. Для этого добавьте к растворам солей Fe²⁺ и Fe³⁺ растворы щелочей, желтой кровяной соли, красной кровяной соли, радонида калия. Результаты работы оформите в таблице 1

Составьте уравнения химических реакций в молекулярном и ионном видах.

В заключении подскажите, как правильно раскрасить предложенный рисунок

Напишите на фрагментах рисунка формулы катионов Fe²⁺ или и Fe³⁺ и соответствующих анионов, при соединении которых получатся необходимые цвета.

Сделайте вывод.

Приложение 2

Практическая работа № 2

«Распознавание катионов металлов в растворах их солей»

Цель: Определение катионов Ag⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Ba²⁺, Na⁺ в растворах их солей; уметь распознавать катионы данных металлов на основании их качественных реакций.

Реактивы и оборудование: 5 пронумерованных пробирок, с растворами солей AgNO₃, CuSO₄, Pb(NO₃)₂, BaCl₂, NaCl.

Реактивы: HCl, H₂SO₄, NaOH, KI, CH₃COOH.

Ход работы

Проведите опыт согласно последовательности:

1. Во все пронумерованные пробирки добавьте по 1 мл. соляной кислоты. Зафиксируйте результат.

2. Добавьте по 1 мл. серной кислоты. Что наблюдаете? В пробирки, в которых образовался осадок, добавьте раствор гидроксида натрия. Сделайте вывод.

3. В оставшиеся пробирки добавьте по 1 мл. гидроксида натрия.

4. В оставшиеся две пробирки добавьте по 2-3 капли иодида калия и уксусной кислоты.

5. Результаты опытов представьте в таблицу:

Сделайте вывод.

Приложение 3

Практическая работа №3

«Токсическое действие солей металлов на объекты живого организма»

Цель: Изучение влияния растворов солей тяжелых металлов на объекты живого организма, в частности на белки, в том числе и на ферменты, их токсическое действие.

Задачи:

1. Выявить влияние раствора соли свинца на денатурацию белка.

2. Нахождение концентрации токсиканта, при которой начинается ингибирование уреазы.

3. Выявление существование веществ, способных противодействовать токсическому эффекту (использование молока как противоядия при отравлении тяжелыми металлами).

Задача 1. Токсичность тяжелых металлов объясняется их способностью вызывать денатурацию (разрушение) белков. Как можно экспериментально подтвердить токсическое действие свинца?

Вещества: В пробирку прилейте 2 мл раствора яичного белка. Медленно, по каплям, встряхивая пробирку, добавьте раствор ацетата свинца (II) Pb(CH₃COO)₂. Что наблюдаете? Сделайте вывод.

Задача 2. Изучение влияния солей тяжелых металлов на активность уреазы.

Реактивы и оборудование: ступка с пестиком, пробирки, 1% раствор мочевины, 0,02% спиртовой раствор фенолфталеина, дистиллированная вода, экстракт фермента, растворы токсикантов (Pb(CH₃COO)_2, Cd(NO₃)₂, NiCl₂, ZnCl₂ в различных концентрациях.

Приготовление экстракта уреазы.

Очистить 3-4 арбузных семечка (или семя кабачка) от кожуры и растереть ядра в ступке с 10 мл воды.

Ход работы: В пробирку налить 2 мл ферментального препарата. Добавить 1 мл. токсиканта (растворы Pb(CH₃COO)_2, Cd(NO₃)₂, NiCl₂, ZnCl_2), встряхнуть и добавить 2 мл мочевины. Затем в пробирку добавить 2-3 капли спиртового раствора фенолфталеина, оставить при комнатной температуре на 3-5 минут. По интенсивности появляющейся окраски фенолфталеина судят об ингибировании фермента. Результаты занести в таблицу:

В таблице ставят знаки:

«+» - реагент ингибирует фермент;

«-» - реагент не ингибирует фермент;

Задача 3. Белки как противоядия для ионов тяжелых металлов.

Реактивы и оборудование: 1%-ный раствор соли свинца, молоко, растворы крахмала, амилазы, йода; две пробирки.

Ход работы: В две пробирки налить в равных объемах растворы в следующей последовательности:

1 – раствор амилазы, воду, раствор соли свинца, раствор крахмала;

2 – раствор амилазы, молоко, раствор соли свинца, раствор крахмала.

Содержимое пробирок перемешать, через 20 минут добавить в обе пробирки по две капли раствора йода. Сделать вывод о сохранении активности амилазы.

Приложение 4

Задачи с экологическим и валеологическим содержанием.

1. При язвенной болезни пациентам назначают пить 0.05%-ный раствор нитрата серебра. Суточная доза его составляет 0.1 г. На сколько дней хватит больному 2 литра 0.05%-ного раствора нитрата серебра? Плотность этого раствора считать равной плотности воды.

(ответ: 10 дней)

1. Для промывания ран и полоскания горла применяется 0.5%-ный раствор перманганата калия. Вычислите массу перманганата калия для приготовления 400г. такого раствора.

(ответ: 2 г)

1. Содержание солей в морской воде достигает 3.5%. Сколько граммов соли останется после выпаривания 10 кг морской воды.

(ответ: 350 г)

1. Для рентгеноскопии желудка используют взвесь сульфата бария в воде. Сульфат бария получают из минерала витерита, состоящего в основном, из карбоната бария. Рассчитайте массу 35%-ного раствора хлороводорода, который потребуется для полного растворения 100г витерита, содержащего 5% некарбонатных примесей. Определите массу 20%-ного раствора сульфита натрия, необходимого для полного осаждения ионов бария в виде сульфатов из полученного раствора хлорида бария.

(ответ: 100г; 342г)

1. Суточная потребность организма в кальции в виде карбоната кальция составляет 1.2 г. Вычислите количество необходимого карбоната кальция.

(ответ: 0.012 моль)

1. Оксид углерода (II), или угарный газ, – опасный загрязнитель атмосферы. Соединяясь с гемоглобином крови, он препятствует переносу кислорода, вызывает болезни сердечно-сосудистой системы, снижает активность работы мозга. Из-за неполного сжигания топлива на Земле ежегодно образуется 5*10⁸ тонн этого вещества. Определите, какой объем (при н.у.) займет угарный газ, образующийся на Земле по указанной причине.

(ответ: 4*10¹¹ м³)

1. Будет ли вредна для здоровья питьевая вода, если в ней обнаружено:

• - 3.3 * 10^-6 моль/л ионов железа (II);

• - 1.7 * 10^-7 моль/л ионов никеля (II);

• - 1.9 * 10^-7 моль/л ионов хрома (III)?

Санитарные норма допускают присутствие в питьевой воде ионов железа (II) в количестве 0.2 г/м³; ионов никеля (II) – 0.1 г/м³ ; ионов хрома (III) – 0.5 г/м³.

(ответ: вода невредна для здоровья, поскольку содержание обнаруженных ионов ниже допустимых норм)

1. Для подкормки томатов используют 0.2%-ный раствор нитрата натрия. Как приготовить 200 г раствора для подкормки?

(ответ: 0.4 г, 199.6 г)

1. В питьевой воде были обнаружены следы вещества, обладающего общетоксическим и наркотическим действием. При проведении качественного и количественного анализа было установлено, что это производное фенола и массовые доли элементов в нем таковы: 55% углерода, 4% водорода, 14% кислорода и 27% хлора. Установите молекулярную формулу вещества. Укажите возможные причины попадания этого вещества в окружающую среду.

(ответ: хлорфенол – С₆Н₅ОCl)

1. Рассчитайте, на сколько градусов поднялась бы температура вашего тела после стакана сладкого чая, если бы весь поступивший с чаем сахар сразу окислился в организме до углекислого газа и воды. В расчетах следует принять, что в одной чайной ложке содержится 10 г сахара; теплоемкость тела равна теплоемкости воды и составляет 4.2 кДж (кг К); тепловой эффект реакции окисления сахарозы равен 5650 кДж/моль; масса человека 60 кг.

(ответ: на 2º С)Приложение 5

Исследовательская работа

«Определение содержания ионов тяжелых металлов в снежном покрове города Менделеевска»

Цель: определить содержание в снеге ионов тяжелых металлов: свинца, железа, проанализировать результаты, сделать вывод, предположить источники поступления ионов данных металлов в снег.

Объекты исследования: автодороги, расположенные вблизи школы.

Оборудование и реактивы: химические стаканы, колбы, пипетки, водяная баня, силуфоловые пластинки (ТХС); дистиллированная вода, уксусная кислота, йодистый калий, гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль), пробы снега.

Методика эксперимента.

Отобрать для исследования пробы снега со всей глубины снежного покрова. Снег растапливаем, подкисляем азотной кислотой и упариваем с 1 л. до 3 мл. На вырезанной силуфоловой пластинке размером 3х7 см. отмечаем линию старта, на которую с помощью капилляров наносим анализируем смесь и свидетель (водный раствор соли соответствующего металла). Затем эту пластинку помещаем в стакан с растворителем (дистиллированная вода с добавлением уксусной кислоты до установления в системе pH 3).

Под действием капиллярных сил растворитель поднимается в слое сорбента, увлекая за собой анализируемые вещества, при этом они перемещаются с различными скоростями и в слое сорбента происходит их разделение. Через 15-20 минут, когда растворитель достигнет линии финиша, вынимаем хромотограмму.

Для обнаружения ионов металлов опрыскиваем хромотограмму из пульверизатора растворами реагентов, дающих цветные реакции с анализируемыми веществами: ионов свинца – раствором йодистого калия, ионов железа – раствором желтой кровяной соли. При этом появляются окрашенные пятна (желтое, берлинской лазури). По высоте пятна на хромотограмме проводим количественное сравнение анализируемых ионов металлов. Результаты опыта заносим в таблицу:

Сделать вывод по работе.

Приложение 6

Исследовательская работа

«Определение ионов железа в водных источниках города»

Цель: Определить содержание ионов железа в природных водах:

• реке Тойма

• реке Кама

• родник

• водопроводной;

обсудить полученные результаты и сделать вывод.

Реактивы и оборудование: химические стаканы (на 50-100 мл.); фильтровальная бумага (полоски размером 1х5 см); раствор роданида калия (20%); пробы природной воды.

Ход анализа

В химические стаканы наливают по 50 мл природных вод различных водоемов, указав на этикетке их названия. Во все стаканы на 20 минут помещают полоски фильтровальной бумаги. Через 20 минут полоски извлекают и высушивают на воздухе, а затем наносят на них по капле 20%-ного раствора роданида калия.

Наблюдения, результаты

В зависимости от концентрации ионов Fe⁺³ в растворе на бумаге появляется окрашивание разной интенсивности (от розового до буро-красного).

Сравнивая интенсивность окрашивания на полосках с интенсивностью окраски, приведенной в таблице 1, делают вывод о приблизительной концентрации ионов Fe⁺³ в природных водах.

Полученные данные записывают в таблице 2 и делают вывод о степени загрязнения водоемов.

Таблица 1.

Таблица 2.

Приложение 7

Тестовые задания

«Щелочные и щелочноземельные металлы»

1. К группе щелочных металлов относятся

а) Li, Na, K, Cu, Rb, Ag

б) Li, Na, K, Rb, Cs, Fr

в) Li, Na, Be, Ba, Mg, Ca

2. Для щелочных металлов характерны свойства

а) окислителей

б) восстановителей и окислителей

в) восстановителей

3. Щелочной металл, несуществующий в естественных условиях:

а) натрий

б) рубидий

в) франций

г) магний

4. Регулируют белковый и углеводный обмен, влияют на процесс фотосинтеза и рост растений ионы

а) железа

б) магния

в) лития

г) калия

5. Проявляют антисептическое и сосудорасширяющее действие в организме человека, понижают артериальное давление соли

а) кальция

б) стронция

в) магния

г) алюминия

6. Кальций отличается по физическим свойствам от щелочных металлов

а) цветом

б) плотностью

в) твердостью

г) температурой плавления

7. Электронная формула 1s²2s² 2p⁶ 3s² соответствует атому металла

а) кальция

б) магния

в) железа

г) калия

8. Металл, входящий в состав хлорофилла

а) литий

б) магний

в) кальций

г) натрий

9. Соединение, используемое в медицине для накладок гипсовых повязок:

а) СаСО₃

б) Са(ОН) ₂

в) СаSO₄

г) CaSO₄ * 2 H₂O

19