Программа обсуждена и принята за основу на заседании кафедры ен

Вид материала

Содержание

Литература по проведению практических и исследовательских работ
Предлагаемый метод
Реактивы и оборудование
Порядок работы
2. Методика проведения практической работы по теме «Исследование токсичности бытовых веществ».
Реактивы и оборудование
Обсуждение результатов
Активные компоненты веществ
Содержание активного компонента в исследуемом веществе
Диаграмма минимальных токсических концентраций для дафний.
3. Методика проведения практических работ по теме «Вода, которую мы пьем? Оценка экологического состояния водных объектов».
Цель работы
Реактивы и оборудование
Порядок работы
Характер проявления запаха
Характер запаха
Цветность воды
Мутность воды
Обсуждение результатов
Единица измерения
...
Полное содержание

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7

Литература по проведению практических и исследовательских работ

1.Артеменко А.И., Тикунова И.В., Ануфриев Е.К. Практикум по органической химии. М., Высшая школа, 2001.

2. Богданова Н.Н. Химия. Лабораторные работы. 8-11 классы. М. Астрель. АСТ, 2001.

3. Гара Н.Н., Зуева М.В. Школьный практикум. Химия. 10-11 классы. М., Дрофа, 1999.

4. Крючкова Г.М. Руководство к практическим занятиям по неорганической и органической химии. М., Медицина, 1977.

5. Макарова Н.А., Макареня А.А., Пугал Н.А. Валеология и органическая химия. Рабочая тетрадь для учащихся IX – XI класса общеобразовательной школы. Выпуск I, II, III. М., СП Эверест, 1997.

6.Назарова Т.С., Грабецкий А.А., Лаврова В.Н. Химический эксперимент в школе. М., Просвещение, 1987.

7. Розенберг Е.А. Химия. Лабораторный практикум для средней школы. – М.: Мир, 1973.

8. Чертков И. Н., Жуков П.Н. Химический эксперимент с малыми количествами реактивов. М., Просвещение,1989.

Приложение 1. Рекомендации к проведению практических работ и лабораторных исследований.

1. Методика проведения практической работы по теме «Обнаружение свинца в предметах обихода»

Предлагаемый метод обнаружения свинца основан на цветной реакции, в результате которой образуется желтый осадок иодида свинца (II). Предварительно анализируемое изделие выдерживают в уксусной кислоте, чтобы перевести содержащийся в ней свинец в растворимую форму:

Pb²⁺ + 2CH₃COOH  Pb(CH₃COO)_{2 (}_р_-_р₎ + 2H⁺

Затем к полученному раствору ацетата свинца (II) добавляют иодид калия. Если при этом выпадает желтый осадок, значит, изделие содержало свинец:

Pb(CH₃COO)_{2 (}_р_-_р₎ + 2KI ₍_тв_.)  PbI_{2 (}_тв_.) + 2 CH₃COOК ₍_р_-_р₎

(бесцветный) (желтый осадок)

Если осадок не выпадает, значит, изделие не содержит свинец в ощутимых количествах. Чувствительность метода – 0,1 мг в 5 мл раствора. Между первой и второй операцией необходимо полностью удалить остатки уксусной кислоты из раствора, так как она обладает маскирующим действием (катализирует окисление иодида калия кислородом воздуха, в результате чего образуется элементарный йод, также дающий желтое окрашивание раствора).

Реактивы и оборудование: образцы или изделия предметов обихода, потенциально содержащие свинец - глазурованная керамика, изделия из хрусталя, пластиковые бутылки с надписями, кусочки красящего слоя со стен и др.; уксусная кислота, иодид калия, сушильная печь, тигельные щипцы, измерительный цилиндр емкостью 10 мл, 30-миллитровые стаканы (стеклянная посуда промывается дистиллированной водой или деионизованной водой); концентрированная уксусная кислота, кристаллический иодид калия.

Порядок работы:

Накануне ее проведения учащимся предлагаем принести из дома предметы обихода, потенциально содержащие свинец. Это может быть глазурованная керамика, изделия из хрусталя, пластиковые бутылки с надписями, кусочки красящего слоя со стен.
Подготовка образцов (в вытяжном шкафу):

в изделия из керамики и хрусталя налить 25 мл уксусной кислоты, хорошо взболтать и установить в печь для удаления избытка кислоты;
образцы красящего слоя со стен (для опыта достаточно несколько кусочков краски общим размером с монету) поместить в 30 – мл стакан, добавить 25 мл уксусной кислоты и установить в печь для удаления избытка кислоты;
цветные надписи с пластиковых бутылок аккуратно вырезать и поместить в 30 – мл стакан. Добавить 25 мл уксусной кислоты, погрузить образец в кислоту стеклянной палочкой до растворения красящего слоя. Затем удалить из раствора остатки пластика палочкой и установить стакан для удаления избытка кислоты.

Упаривать раствор в течение часа при 150-200 ⁰С. Полноту удаления кислоты можно контролировать по окраске синей лакмусовой бумажки, наклеенной на стекло вытяжного шкафа с внутренней стороны. Если при открывании шкафа ощущается запах уксуса, продолжить упаривание, подняв температуру до 170-200 ⁰С . Изделия из хрусталя вынимать из печи только после охлаждения при открытой дверце.

Выключить печь и вынуть исследуемое изделие щипцами, держа за внешнюю часть.
После охлаждения изделия добавить 5 мл деионизованной воды и хорошо взболтать для растворения ацетата свинца. Получается прозрачный бесцветный раствор. Из непрозрачных керамических изделий раствор слить в стеклянный стакан и наблюдать окраску.
Добавить в раствор немного кристаллического иодида калия и размешать до растворения . Наличие в растворе свинца фиксируется по выпадению желтого осадка.

2. Методика проведения практической работы по теме «Исследование токсичности бытовых веществ».

Предлагаемый метод: опыты проводятся над беспозвоночными рачками – дафниями, обитающими в большинстве непроточных водоемов. Дафний можно также приобрести на биологических станциях. Физиологическое строение этих беспозвоночных позволяет наблюдать за сокращениями сердца, что особенно важно для выявления характера действия веществ на организм.

В работе исследуется токсичности кофе, столового вина (например, хереса), димедрола, аспирина и табака. В силу того, что дафния – водоплавающее животное, для опытов нужны не сами вещества , а их растворы.

Работа выполняется в группах по четыре – пять человек. Каждая группа исследует токсичность одного из веществ.

Реактивы и оборудование: беспозвоночные рачки – дафнии; отвар кофе, столовое вино, растворы димедрола и аспирина; вытяжка табака; 5 пробирок на каждую группу; мерные пипетки по количеству исследуемых веществ –5 штук на каждую группу.

Примечание 1: приготовить растворы можно следующим образом:

кофе крепкий свежесваренный;
аспирин – растворить таблетку (500 мг) в 10 мл воды;
димедрол – растворить 1 капсулу в 10 мл воды;
столовое вино – неразбавленное;
табак – смешать 1 г с 10 мл теплой воды и взбалтывать до тех пор, пока раствор не приобретет янтарный оттенок.

Порядок работы:

В пять пробирок, содержащих примерно по 10 мл прудовой воды, помещают по одной дафнии.
Из мерной пипетки в первые четыре пробирки добавляют один из исследуемых растворов в количестве 1, 2, 3 и 4 капель соответственно. Пятая пробирка является контрольной: в ней дафния, на которую не оказывается воздействие , остается здоровой на протяжении всего эксперимента. Если дафния умирает, то полученные данные считаются недостоверными.
Каждая группа учащихся постоянно наблюдает за поведением животных. Один учащийся фиксирует видимые изменения в движениях беспозвоночных, двое других следят за изменением сердечного ритма и движением жабер. Все результаты записываются четвертым учеником.

Примечание 2:

Обычно табак даже в малых дозах приводит к быстрой гибели дафнии. Столовое вино вначале замедляет сердечный ритм, а при увеличении концентрации вызывает смерть. Аспирин и димедрол приводят к летальному исходу только в больших дозах. Кофе лишь ускоряет сердечный ритм, не приводя к смерти.

Обсуждение результатов: Важнейшей развивающей частью работы является обсуждение полученных экспериментально результатов. Можно провести его в форме дискуссии.

Вопрос 1. Что является активным компонентом в каждом из исследуемых веществ?

По сути аспирин, димедрол, кофе, столовое вино и табак являются не индивидуальными веществами, а смесями. Логично предположить, что в состав этих смесей входит некий активный компонент, который и влияет на дафнию. Обычно принято считать активными компонентами те вещества, которые указаны в таблице:

Активные компоненты веществ

Исследуемое вещество	Активный компонент	Содержание активного компонента в исследуемом веществе	Концентрация в первой пробирке, мг/мл	LD₅₀ для крыс, г/кг живой крысы
Аспирин	Ацетилсалициловая кислота	500 мг / таблетка	0,25	1,5
Димедрол	Диметиламино - этилового эфира бензогидрола гидрохлорид	50 мг/ таблетка	0,03	0,5
Табак	Никотин	3 мас. %	0,01	0,23
Кофе	Кофеин	106 мг в 100-мл чашке кофе	0,005	0,13
Столовое вино (херес)	Этанол	17 об. %	0,7	10,6

Но существует вероятность того, что рачки восприимчивы к каким-то другим токсичным компонентам. Для проверки этого предположения можно предложить каждой группе провести контрольный эксперимент, взяв исследуемое вещество без активного компонента (например, безалкогольное пиво, кофе без кофеина, табак с пониженным содержанием никотина). Если активный компонент, указанный в таблице, в самом деле токсичен, то смесь, лишенная его, не воздействует пагубно на дафнию.

Вопрос 2. Почему одни вещества токсичнее других?

Это может быть объяснено с двух позиций: либо активный компонент содержится в высокой концентрации, либо это вещество сильнодействующее, т. е. опасно для дафнии даже в малой дозе.

В таблице указана концентрация активного компонента в пробирке, куда была помещена лишь одна капля тестируемого вещества. Если необходимо определить концентрацию в других пробирках, достаточно умножить число капель на значение , указанное в таблице для данного вещества. Используя табличные данные, учащиеся рассчитывают минимальную токсическую концентрацию (МТК), т. е. минимальное количество активного компонента в растворе, при котором дафния погибает. Результаты расчетов представляются в виде диаграммы, обобщающей работу всех групп:

___________________________________________________________________

Столовое вино

_____________________________

Аспирин

_______

Димедрол

__

Табак

.

Кофе

0,0 ________________ 1,0 _________________ 2,0 __________________ 3,0 __

Диаграмма минимальных токсических концентраций для дафний.

Из диаграммы видно, что исследуемые вещества по возрастанию токсичности располагаются в следующем порядке: этанол, ацетилсалициловая кислота, димедрол, никотин. Кофеин не токсичен для дафнии даже в больших концентрациях.

Вопрос 3. Можно ли утверждать, что токсичные для дафнии вещества токсичны и для человека?

Для ответа на этот вопрос необходимо учесть два факта: во – первых, дафния плавает в растворе исследуемого вещества, а следовательно , соприкасается с ним всей поверхностью своего тела, тогда как в организм человека оно поступает через рот или через кожный покров. Во-вторых, эксперимент над рачками кратковременный, а значит, исключена возможность развития болезней, связанных с длительным употреблением тестируемого вещества.

Принимая во внимание, что физиологическое строение дафнии и человека различны, можно предположить, что токсичные для дафнии вещества окажутся токсичными и для нас. Поэтому интересно сопоставить экспериментально полученные результаты для дафний с данными о токсичности тех же веществ для более близких к человеку млекопитающих, например крыс. Оценить токсичность можно по величине, указанной в таблице, LD₅₀ – дозе токсичного вещества, летальной для 50% общего числа крыс, подвергнутых его воздействию. Статистика летальности определяется спустя неделю после введения токсичного вещества. Летальная доза (LD₅₀) показывает, насколько сильнодействующим является вещество: чем ниже доза, тем токсичнее вещество.

Основываясь на табличных значениях летальной дозы для млекопитающих, учащиеся могут расположить испытуемые вещества по возрастанию LD₅₀в следующий ряд: кофеин, никотин, димедрол, ацетилсалициловая кислота, этанол. Поскольку в опыте с дафнией фиксируется аналогичная активность, то ясно, что все испытуемые вещества действуют на млекопитающих и на дафний одинаково. Единственное расхождение наблюдается для кофеина, который менее токсичен для дафнии, чем для млекопитающих.

Заканчивая обсуждение результатов работы, следует еще раз напомнить учащимся об опасности употребления сильнодействующих препаратов и о соблюдении умеренности в употреблении даже безобидных на первый взгляд веществ. Яд от лекарства отличает только доза, говорил еще в XVI в. выдающийся естествоиспытатель и врач Парацельс.

3. Методика проведения практических работ по теме «Вода, которую мы пьем? Оценка экологического состояния водных объектов».

1. Определение температуры и органолептических характеристик воды;

Цель работы: Оценка экологического состояния исследуемой воды по величинам определяемых показателей воды.

Предлагаемый метод: определить температуру воды в нескольких местах, отстоящих друг от друга не менее чем на несколько сот метров, если это открытый водоем; определение запаха пробы воды, собранной в колбу по пятибалльной системе; определение цветности в столбике пробирки на белом фоне при достаточном боковом освещении; определение мутности в столбике пробирки на темном фоне при достаточном боковом освещении.

Реактивы и оборудование: термометр, колба вместимостью 250 мл с пробкой, пробирки высотой 15 –20 см 3 штуки, шкала миллиметровая или линейка; таблицы определения интенсивности запаха, характера запаха, определения цветности, определения мутности, определения результатов исследования.

Порядок работы:

1. Определение температуры:

а) погрузите термометр непосредственно в воду не менее, чем на одну треть шкалы и выдержите в погруженном состоянии не менее 5 минут. Не вынимая термометра из воды, произведите отсчет показаний (с точностью до половины минимального деления);

б) определите температуру воды (t⁰С) в нескольких местах водоема, отстоящих друг от друга на менее чем на несколько сот метров;

в) рассчитайте разницу в значениях температуры (t⁰С).

Примечание: При наличии впадающих в водоем притоков (сточных канав, ручьев, речек) определите температуру также в зонах смешения воды в местах их впадения в водоем.

2. Определение запаха:

а) заполните колбу водой на 1/3 объема и закройте пробкой;

б) взболтайте содержимое колбы;

в) откройте колбу и осторожно, неглубоко вдыхая воздух, сразу же определите характер и интенсивность запаха. Если запах сразу не ощущается или запах неотчетливый, испытание можно повторить, нагрев воду в колбе до температуры 60⁰С (подержав колбу в горячей воде);

г) интенсивность запаха определите по пятибалльной системе по таблице:

Определение интенсивности запаха

Интенсивность запаха	Характер проявления запаха	Оценка интенсивности запаха
Нет	Запах не ощущается	0
Очень слабая	Запах сразу не ощущается, но обнаруживается при тщательном исследовании (при нагревании воды)	1
Слабая	Запах замечается, если обратить на это внимание	2
Заметная	Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде	3
Отчетливая	Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья	4
Осень сильная	Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению	5

д) определите характер запаха по таблице:

Определение характера запаха

Характер запаха
Естественного происхождения: неотчетливый (или отсутствует) землистый гнилостный плесневый торфяной травянистый другой (укажите, какой ) _____________________________________	Искусственного происхождения: неотчетливый (или отсутствует) нефтепродуктов (бензиновый) хлорный уксусный фенольный другой (укажите, какой ) ____________________________________ ____________________________________

3. Определение цветности:

а) заполните пробирку водой до высоты 10-12 см;

б) определите цветность воды, рассматривая пробирку сверху на белом фоне при достаточном боковом освещении (дневном, искусственном);

в) выберите наиболее подходящий оттенок из приведенной таблицы:

Цветность воды
Слабо – желтоватая
Светло – желтоватая
Желтая
Интенсивно – желтая
Коричневая
Красно – коричневая
Другая (укажите, какая)

4. Определение мутности:

а) заполните пробирку водой до высоты 10 – 12 см;

б) определите мутность воды, рассматривая пробирку сверху на темном фоне при достаточном боковом освещении (дневном, искусственном);

в) выберите нужное из таблицы:

Мутность воды
Слабо опалесцирующая
Опалесцирующая
Слабо мутная
Мутная
Очень мутная

Обсуждение результатов:

1. Занесите полученные результаты в таблицу. Приводите данные для каждой точки отбора пробы (каждого анализа):

Характеристика	Единица измерения	Значения
Температура (t)	⁰С
Максимальная разность температур в точках отбора (t)	⁰С
Запах: характер интенсивность	Словесное описание Баллы
Цветность	Словесное описание
Мутность	Словесное описание

2. Сделайте вывод об экологическом состоянии водоема (качестве воды) по проанализированным показателям.

2. Определение кислотности природной воды;

Цель работы: Оценка экологического состояния исследуемой воды по величинам определяемых показателей воды.

Предлагаемый метод: при помощи заранее приготовленной контрольной шкалы универсального индикатора определить кислотность исследуемой воды.

Реактивы и оборудование: контрольная шкала образцов окраски растворов; раствор универсального индикатора (рН – метр любой марки или химический измерительный комплект для определения кислотности); пипетка – капельница (0,10 мл), пробирка с меткой «5 мл».

Порядок работы:

а) в пробирку налейте 5 мл (до метки) анализируемой воды;

б) добавьте в пробирку пипеткой – капельницей 4-5 капель (около 0,10 мл) раствора универсального индикатора; обратите внимание: раствор в пробирке сразу приобретает окраску;

в) содержимое пробирки перемешайте, покачивая ее;

г) окраску раствора сразу же сравните с контрольной шкалой, выбирая ближайший по характеру окраски образец шкалы.

Обсуждение результатов:

а) занесите полученные результаты в таблицу:

№ пробы	Тип водоема (река, озеро, источник и т.п. и их название)	Условия отбора пробы (место отбора, внешние признаки неблагополучия)	Значение рН пробы

Б) проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы об экологическом состоянии водоема (качестве воды источника).

Примечание:

В качестве контрольной шкалы используйте имеющуюся в измерительном комплекте шкалу. Ее можно приготовить заранее из растворов с величиной рН 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 8,5.
Можно приготовить раствор универсального индикатора:

Раствор А: 0,1 г индикатора бромтимоловый синий растворяют в фарфоровой ступке в присутствии 8,0 мл 0,02 н раствора гидроксида натрия, прибавляют 50 мл этилового спирта-ректификата, переносят смесь в мерную колбу вместимостью 250 мл и доводят объем раствора дистиллированной воды до метки.
Раствор Б: 0,025 г индикатора метиловый красный растворяют в фарфоровой ступке в присутствии 4,6 мл 0,02 н раствора гидроксида натрия, прибавляют 50 мл этилового спирта-ректификата, переносят смесь в мерную колбу вместимостью 250 мл и доводят объем раствора дистиллированной водой до метки.
Растворы А и Б смешивают в соотношении 1:1.

3. Определение общей жесткости (суммарной концентрации катионов кальция и магния) воды;

Цель работы: Оценка экологического состояния исследуемой воды по величинам определяемых показателей воды.

Предлагаемый метод: метод колориметрического титрования.

Реактивы и оборудование: склянка, раствора буферного аммиачного; раствора индикатора хром темно-синего; раствор трилона Б; пипетки.

Порядок работы:

а) в склянку налейте 10 мл анализируемой воды;

б) добавьте в склянку пипетками 6-7 капель раствора буферного аммиачного и 4-5 капель раствора индикатора хром темно-синего;

в) герметично закройте склянку пробкой и встряхните для перемешивания;

г) постепенно титруйте содержимое склянки раствором трилона Б до перехода окраски в точке эквивалентности из винно-красной в ярко-голубую; периодически встряхивайте склянку для перемешивания пробы; определите объем раствора, израсходованный на титрование (V тр, мл);

д) рассчитайте величину общей жесткости (Жоб, мг-экв/л) по формуле:

Жоб = Vтр*5.

Примечание.

После изменения окраски пробу необходимо выдержать еще полминуты для полного протекания реакции, после чего принять решение об окончания титрования (окраска раствора может несколько восстановиться – в этом случае необходимо добавить еще некоторое количество раствора трилона Б).

Обсуждение результатов: проанализируйте полученный данные и сделайте выводы об экологическом состоянии воды (качество воды) по анализированным показателям с точки зрения жесткости.

4. Изучение минерального состава природной воды;

Цель работы: Оценка экологического состояния исследуемой воды по величинам определяемых показателей воды.

Предлагаемый метод: колориметрического титрования.

Реактивы и оборудование:

баня водяная; мутнометр ; ножницы; палочка стеклянная; пипетка на 2 мл или на 5 мл с резиновой грушей (медицинским шприцем) и соединительной трубкой; пипетка – капельница; пробирка колориметрическая с меткой «5 мл»; пробирки мутномерные с рисунком (точкой) на дне и резиновым кольцом – фиксатором; склянка с меткой «10 мл»;т стаканчик на 25-50 мл для выпаривания.

Вода дистиллированная; кислота серная концентрированная; контрольные шкалы образцов окраски для определения нитрат – аниона (контрольные шкалы представляют собой пленочные шкалы либо серии окрашенных растворов, приготовленные из модельных растворов с концентрацией нитрат – аниона 0,0; 5,0; 15; 30; 50 мг/л и обработанные по данной методике); раствор буферный аммиачный (раствор приготавливают следующим образом: 20 г хлорида аммония растворяют в 200-300 мл дистиллированной воды, добавляют 100 мл 25% -ного раствора водного аммиака и доводят объем раствора до 1 л дистиллированной водой); раствор гидроксида натрия (20%)водный; раствор индикатора метилового оранжевого (0,1%) водный; раствор индикатора фенолфталеина (раствор приготавливают следующим образом: 1 г сухого препарата фенолфталеина растворяют в 800 мл горячей дистиллированной воды и после охлаждения доводят объем раствора до 1 л); раствор индикатора хром темно-синего кислотного (раствор приготавливают следующим образом: 0,5 г сухого препарата растворяют в 20 мл буферного аммиачного и доводят до 100 мл этиловым спиртом); раствор нитрата бария (насыщенный); раствор нитрата серебра (0,05 н); раствор салициловой кислоты спиртовой (20%); раствор соляной кислоты (0,05 н); раствор соляной кислоты (20%); раствор трилона Б (0,05 н); раствор хромата калия (10%); сегнетова соль.

Порядок работы:

1. Определение жесткости воды:

а) в склянку налейте 10 мл анализируемой воды;

б) добавьте в склянку пипетками 6-7 капель раствора буферного аммиачного и 4-5 капель раствора индикатора хром темно-синего;

в) герметично закройте склянку пробкой и встряхните для перемешивания;

г) постепенно титруйте содержимое склянки раствором трилона Б до перехода окраски в точке эквивалентности из винно-красной в ярко-голубую; периодически встряхивайте склянку для перемешивания пробы; определите объем раствора, израсходованный на титрование (V тр, мл);

д) рассчитайте величину общей жесткости (Жоб, мг-экв/л) по формуле:

Жоб = Vтр*5.

Примечание.

После изменения окраски пробу необходимо выдержать еще полминуты для полного протекания реакции, после чего принять решение об окончания титрования (окраска раствора может несколько восстановиться – в этом случае необходимо добавить еще некоторое количество раствора трилона Б).

2. Определение карбонат- и гидрокарбонат - анионов

1. В склянку налейте 10 мл анализируемой воды.

2. Добавьте в склянку пипеткой 5-6 капель раствора фенолфталеина.

Примечание. При отсутствии окрашивания раствора, либо при слабо-розовом окрашивании считают, что карбонат – анион в пробе отсутствует (рН пробы меньше 8,0-8,20.

3. Постепенно титруйте содержимое склянки раствором соляной кислоты (0,05 н) до тех пор, пока окраска побледнеет до слабо-розовой. Определите объем раствора соляной кислоты, израсходованной на титрование (V_К, мл).

4. Рассчитайте массовую концентрацию карбонат – аниона (С_к, мг/л) по формуле: С_к = V_к 300.

Полученный результат округлите до целых чисел (мг/л), после чего в той же пробе (либо в новой) определяйте массовую концентрацию гидрокарбонат – аниона.

5. В склянку налейте 10 мл анализируемой воды либо используйте раствор, , оставшийся после определения карбонат – аниона. Перемешайте содержимое склянки.

6. Добавьте пипеткой 1-2 капли раствора метилового оранжевого. Проба должна приобрести желтую окраску.

7. Титруйте пробу раствором соляной кислоты(0,05 н) при перемешивании до перехода желтой окраски в розовую. Определите объем раствора, израсходованного на титрование (V_гк, мл).

8. Рассчитайте массовую концентрацию гидрокарбонат – аниона (С_гк, мг/л) по формуле: С_гк= V_гк305. Полученный результат округлите до целых чисел.

9. Полученные результаты можно использовать для расчета карбонатной жесткости. Карбонатную жесткость (Ж_к, мг-экв/л)рассчитывают, суммируя массовые концентрации карбонат- и гидрокарбонат-анионов по формуле:

Ж_к = С_к0,0333 + С_гк 0,0164,

Где 0,0333 и 0,0164 – коэффициенты, равные величинам, обратным эквивалентным массам этих анионов.

Если карбонатная жесткость окажется больше общей жесткости , ее считают равной последней.

3. Определение сульфат – анионов

1. Поместите в отверстие мутномера две пробирки с рисунком на дне . В одну из пробирок налейте анализируемую воду до высоты 100 мм (20-30 мл).

2. Добавьте пипетками 2 капли раствора соляной кислоты и 14-15 капель раствора нитрата бария. Соблюдайте осторожность : нитрат бария токсичен!

3. Герметично закройте пробирку и встряхните, чтобы перемешать содержимое.

4. Пробирку с раствором оставьте на 5-7 минут для образования белого осадка (суспензии).

5. Закрытую пробирку снова встряхните, чтобы перемешать содержимое.

6. Пипеткой переносите образовавшуюся суспензию во вторую (пустую) пробирку до тех пор, пока в первой пробирке появится изображение рисунка на дне (Если изображение на дне мутномерной пробирки возникает при высоте столба менее 40 мл, пробу разбавляют дистиллированной водой в 2 раза и определение повторяют. Если и в этом случае суспензия окажется слишком концентрированной, определение повторяют при разбавлении анализируемой воды в 4 раза, в 8 раз и т.д., увеличивая степень разбавления каждый раз вдвое.) Измерьте высоту стоба суспензии в первой пробирке (h₁, мм). Свет направляйте под углом 45⁰.

7. Продолжайте переносить суспензию во вторую пробирку до тех пор, пока в ней не скроется изображение рисунка. Измерьте высоту столба суспензии во второй пробирке (h₂, мм).

8.Рассчитайте среднее арифметическое измерений высоты столба суспензии (h) по формуле:

h₁ + h₂

h = ------------- .

2

9. По таблице определите концентрацию сульфат – ионов в мг/л.

Высота столба суспензии (h), мм	Массовая концентрация сульфат-аниона, мг/л	Высота столба суспензии (h), мм	Массовая концентрация сульфат-аниона, мг/л
100	33	65	50
95	35	60	53
90	38	55	56
85	40	50	59
80	42	45	64
75	45	40	72
70	47	-	-

4. Определение хлорид – аниона

1. В склянку налейте 10 мл анализируемой воды.

2. Добавьте в склянку пипеткой –капельницей 3 капли раствора хромата калия.

3. Герметично закройте склянку пробкой и встряхните , чтобы перемешать содержимое.

4. Постепенно титруйте содержимое склянки раствором нитрата серебра при перемешивании до появления неисчезающей окраски. Определите объем раствора, израсходованный на титрование (V_хл, мл).

5. Рассчитайте массовую концентрацию хлорид –аниона (С_хл , мг/л) по формуле: С_хл = V_хл178.

5. Определение нитрат – аниона.

Техника безопасности: в данном исследовании используются едкие вещества – концентрированная серная кислота и раствор гидроксида натрия! С ними необходимо работать на поддоне в резиновых перчатках и защитных очках, соблюдая осторожность. Недопустимо попадание растворов в глаза, на кожу, одежду, мебель.

1.Поместите с помощью пипетки 1,0 мл анализируемой воды в стаканчик для выпаривания.

2. Содержимое стаканчика выпарьте досуха на кипящей водяной бане в течение 10-15 минут.

3. Охладите стаканчик до комнатной температуры в течение 5-10 минут.

4. Добавьте в стаканчик пипеткой-капельницей 4-5 капель раствора салициловой кислоты так, чтобы смочить весь сухой остаток.

5. Добавьте другой пипеткой 26-27 капель концентрированной серной кислоты (около 0,5 мл).

6. Сухой остаток смешайте с кислотой стеклянной палочкой и разотрите его по дну и стенкам стаканчика.

7. Не вынимая палочку из стаканчика, отставьте его содержимое на 5 минут.

8. Добавьте пипеткой 3-4 мл дистиллированной воды таким образом, чтобы отмыть изнутри стенки стаканчика.

9. Добавьте к содержимому стаканчика 4-5 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия.

Обратите внимание : при наличии в анализируемой воде нитрат-анионов раствор в стаканчике сразу окрашивается в желтый цвет.

10. Содержимое стаканчика для выпаривания по стеклянной палочке сливают в склянку с меткой «10 мл», ополаскивают стаканчик и палочку небольшими порциями дистиллированной воды и доводят объем раствора в склянке до 10 мл.

11. Раствор налейте в колориметричекую пробирку до метки «5 мл» и сравните его с контрольной шкалой образцов окраски на белом фоне. За результат анализа принимайте значение концентрации нитрат-анионов в мг/л того образца шкалы, который более всего подходит окраски полученного раствора (значение концентрации нитрат-анионов определяют по предварительно построенному градуировочному графику).

6. Определение содержания катиона натрия

Концентрацию катионов натрия (калия учитывают в виде ионов натрия) определяют расчетным методом в следующем порядке.

1. Рассчитывают эквивалентную концентрацию (С_э) анионов в мг-экв/л, заполняя таблицу:

Наименование аниона	Массовая концентрация С_мас, мг/л	Коэффициент К	Эквивалентная концентрация С_э, мг-экв/л
Гидрокарбонат		0,0164
Карбонат		0,0333
Хлорид		0,0282
Сульфат		0,0208
Нитрат		0,0161
Суммарная концентрация анионов в эквивалентной форме, С_э, мг-экв/л

Значение С_э для данного аниона определяют, умножая полченное экспериментально значение С_мас на соответствующий коэффициент пересчета (К) по формуле: С_э = С_мас К.

2. Рассчитывают суммарную концентрацию анионов С_э в мг-экв/л, суммируя концентрации всех анионов в нижней графе таблицы.

3. Рассчитывают концентрацию катиона натрия (С_Na) в мг/л по формуле:

С_Na = (С_э - Ж_об) 23,

Где Ж_об– величина общей жесткости воды в мг-экв/л;

23 – эквивалентная масса натрия.

Полученный результат округляют до целых чисел.

7. Оценка величины сухого остатка (общей минерализации)

Величину сухого остатка (общей минерализации) в мг/л оценивают расчетным методом.

1. Внесите в таблицу и просуммируйте результаты анализов (массовые концентрации) всех определенных вами катионов и анионов, выраженных в мг/л. При этом гидрокарбонат суммируйте в количестве 50%, а общую жесткость воды считайте обусловленной содержанием только катионов кальция, т.е. суммарную массовую концентрацию катионов кальция и магния принимайте равной Ж_об40 (40- эквивалентная масса кальция):

Наименование аниона (катиона)	Массовая концентрация С _мас, мг/л
Гидрокарбонат (50%)
Кальций и магний
Карбонат
Натрий
Нитрат
Сульфат
Хлорид
Сухой остаток	 = мг/л

2. Полученный результат округлите до целых чисел и запишите в виде : «не менее ______ мг/л».

Обработка результатов и выводы :

а) занесите полученные результаты в таблицу по следующей форме:

№ пробы	Показатели минерального состава (концентрации катионов и анионов)
№ пробы	Общая жесткость, мг-экв/л	Нитрат, мг/л	Гидрокар - бонат, мг/л	Натрий, мг/л	Хлорид, мг/л	Сульфат, мг/л	Сухой остаток, мг/л

б) проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы об экологическом состоянии источника воды (качестве воды) по анализированным показателям.

5. Определение растворенного в воде кислорода;

Цель работы: Оценка экологического состояния исследуемой воды по величинам определяемых показателей воды.

Предлагаемый метод: колориметрического, перманганатометрического титрования.

Реактивы и оборудование: раствор соли марганца (раствор приготавливают из 4-водного сульфата марганца концентрацией 480 г/л либо 4-водного хлорида марганца концентрацией 425 г/л в дистиллированной воде); раствор концентрированной соляной кислоты в дистиллированной воде (в соотношении 2:1); раствор тиосульфата натрия с концентрацией точно 0,02 н в дистиллированной воде; раствор крахмала в дистиллированной воде (0,5%); щелочной раствор йодида калия (смешивают два раствора – раствор йодида калия в дистиллированной воде 150 г на 100 мл и раствор 500 г гидроксида натрия в 500 мл дистиллированной воде, предварительно прокипяченной; после смешивания раствор доводят до 1000 мл дистиллированной водой); барометр любого типа; груша резиновая или медицинский шприц; колба коническая вместимостью 250 – 300 мл; склянка кислородная калиброванная (100 – 200 мл) с пробкой; мешалка (стеклянные шарики, палочка и т.п.) известного объема; пипетки мерные на 1 мл и 1о мл; термометр с ценой деления не более 0,5 ⁰С; поддон.

Если в школе имеются приборы либо комплекты – лаборатории для измерения содержания растворенного в воде кислорода, их можно использовать для выполнения анализов.

Порядок работы:

1. Общие операции

В данном эксперименте несколько раз повторяются следующие операции:

а) наполнение мерных пипеток растворами проводят с помощью резиновой груши или шприца с соединительной трубкой, но не ртом! Перенос раствора в наполненной пипетке производят, герметично зажав ее верхнее отверстие пальцем. Раствор не должен скапывать с пипетки!

б) пипетку вводят в кислородную склянку, излишки жидкости стекают через край в поддон;

в) склянку закрывают пробкой, в склянке не должно оставаться пузырьков воздуха; склянка не должна оставаться открытой;

г) содержимое склянки перемешивают имеющейся внутри мешалкой, удерживая склянку рукой.

2. Отбор пробы

а) отберите пробу воды в склянку с мешалкой, заполняя водой весь объем склянки; закройте склянку пробкой; измерьте и зафиксируйте значение температуры; измерьте и зафиксируйте значение атмосферного давления;

Примечание:

В склянке не должно остаться пузырьков воздуха. Анализируйте пробу как можно быстрее.

3. Связывание кислорода в пробе

а) введите в склянку пипеткой 1 мл раствора соли марганца и затем 1 мл щелочного раствора йодида калия, после чего закройте склянку пробкой;

б) перемешайте содержимое склянки с помощью помещенной внутрь мешалки, держа склянку в руке;

Примечание:

Склянку со связанным кислородом в пробе можно хранить не более суток.

4. Титрование

а) введите в склянку пипеткой 5 мл раствора соляной кислоты; склянку закройте пробкой и содержимое перемешайте;

б) содержимое склянки полностью перенесите в коническую колбу;

в) в пипетку 10 мл раствора тиосульфата натрия и титруйте пробу до слабо – желтой окраски; затем добавьте пипеткой 1 мл раствора крахмала (раствор в колбе синеет) и продолжайте титрование до полного обесцвечивания раствора;

г) определите общий объем раствора тиосульфата натрия V_ТС, израсходованный на титрование (как до, так и после добавления раствора крахмала);

д) рассчитайте содержимое растворенного кислорода (потери растворенного кислорода в связанной форме при сливе излишков жидкости из склянки при выполнении указанных операций принимаются много меньшими результата измерений и ими можно пренебречь) в воде (С_РКв мгО/л) по формуле:

С_РК = V_TC* С_Н *8 * 1000,

V_KC- V_A

Где V_TC - общий объем раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрование, мл;

С_Н - точная величина концентрации раствора (точное значение раствора тиосульфата натрия определяют при необходимости специальными методами, при условии выполнения количественных измерений) тиосульфата натрия, г-экв/л;

8 – атомарная масса кислорода;

1000 – коэффициент пересчета единиц измерения (из граммов в миллиграммы);

V_KC – внутренний объем калиброванной кислородной склянки с закрытой пробкой, мл;

V_A– объем потерь пробы при выполнении операции в миллилитрах (рассчитывая как сумма объемов, вносимых в пробу в разных операциях, т.е. V_A = 1 + 1 +5 + V_М,V_{М –}объем мешалки, определенной заранее, в большинстве случаев величиной V_М можно пренебречь, т.е. принять V_A равной 7 мл).

5. Определение степени насыщения воды кислородом

а) определите по изображенному на рисунке графику величину насыщенной (равновесной концентрации кислорода в воде (С_нас, мг О/л), исходя из температуры воды, зафиксированной ранее при отборе пробы.

Задание: постройте график зависимости равновесной концентрации растворенного в воде кислорода от температуры воды

б) рассчитайте степень насыщения воды кислородом (R) в % с учетом фактической величины атмосферного давления по формуле:

C_PK* C_H * 100 * 760 ,

R = C_нас * Р

Где 100 – коэффициент пересчета единиц измерения из мгО/л в %;

760 – нормальное атмосферное давление, мм рт. ст.,

С_нас – величина равновесной концентрации раствора кислорода для условий отбора, определенная по графику, мгО/л;

Р – фактическая величина атмосферного давления в момент отбора пробы, мм рт. ст.

Примечание: При отсутствии данных об атмосферном давлении в момент отбора пробы принимайте его равным нормальному (760 мм рт. ст.).

Обсуждение результатов:

а) Запишите полученные результаты в таблицу:

№ пробы	Условия отбора пробы			Концентрация, мгО/л (C_PK)	Степень насыщения (R), %
№ пробы	Место, время отбора и др.	Температура воды, ⁰С	Атмосферное давление, мм рт. ст	Концентрация, мгО/л (C_PK)	Степень насыщения (R), %

б) проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы об экологическом состоянии водоема (качестве воды).

Приложение 2. Темы для исследовательской работы и рефератов.

1. Определение роли отдельных видов в круговороте химических элементов.

2. Изучение эффективности предложений по предупреждению деградации экологических систем и их восстановлению.

3. Изучение демографических показателей здоровья.

4. Изучение утомляемости учащихся.

5. Обеспечение здоровья и безопасности при выполнении лабораторно-практических работ по химии, физике, биологии.

6. Санитарно-гигиеническая оценка рабочего места в производственных мастерских.

7. Выявление источников загрязнения воздуха в различных помещениях школы.

8. Изучение корреляции между характеристикой запаха воды и степенью ее загрязненности летучими веществами (для различных соединений).

9. Изучение влияния кислотности среды на жизнедеятельность простейших водных тестовых организмов.

10. Изучение солевого баланса как одного из условий экологического равновесия экосистемы водоема.

11. Оценка масштабов поступления в воздух углекислого газа в рабочих помещениях от жизнедеятельности человека.

12. Мониторинг запыленности местности и жилых помещений.

13. Качественный состав образцов пыли из различных мест (тяжелые металлы, водорастворимые компоненты, соли, кислотность, нефтепродукты, биогены и др.).

14. Изучение вторичного загрязнения воздуха пылью.

15. Оценка масштабов загрязнения городов пылью.

16. Изучение состава и структуры почв в различных почвенных горизонтах.

17. Изучение кислотности почв территории (сельскохозяйственных угодий, на дачном участке) и их влияние на рост и развитие растений разных видов.

18. Изучение пригодности природной воды данной местности для полива (например, дачного участка).

19. Оценка экологического состояния почвы в цветочных горшках (цветниках, клумбах) школы по содержанию солей и кислотности.

20. Изучение способов очистки загрязненных вод.

21. Разработка простых устройств для очистки загрязненных вод

22. Оценка масштабов загрязнения окружающей среды сточными водами (на примере каких-либо конкретных сточных вод).

23. Оценка масштабов загрязнения воздуха автотранспортом в районе (городе).

24. Определение видового состава лишайников, обитающих в районах с разной степенью загрязненности атмосферы.

25. Биоиндикация по окраске тела животных (изучение «индустриального меланизма»).

26. Кресс-салат как тест-объект для оценки загрязнения почвы и воздуха.

27. Моделирование механизма разрушения озонового слоя - образование «озоновых дыр».

28. Изучение кислотности атмосферных осадков в разных точках района (города): в парковой зоне, вблизи крупных промышленных предприятий, вдоль автострад и др.

29. Создание проекта идеального жилища (отдельной квартиры, дома или микрорайона школы), в котором были бы созданы экологически благоприятные условия для жизни, чтобы проект был реален и экономичен.

30. Разработка и проведение социологического опроса школьников и учащихся начальных классов по проблеме их отношения к окружающей среде.

31. Разработка и проведение социологического опроса взрослых по проблемам окружающей среды.

Приложение 3. Тематическое планирование.

Ориентировочное планирование занятий по программе

«Химические основы экологии»

Номер

темы

Название темы

Рекомендуемое

количество

часов

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Экологический (химический) мониторинг. ПДК.

Обнаружение свинца в предметах обихода.

Исследование токсичности бытовых веществ.

Вода, которую мы пьем? Оценка экологического состояния водных объектов.

Изучение методов очистки сточных вод.

Каким воздухом мы дышим?

Исследование загрязнения почвы.

Методика оценки загрязненности местности твердыми отходами.

Итоговая конференция

2

2

2

2

2

2

2

2

1

Итого: 17 часов

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РФ

МОУ ГИМНАЗИЯ №18

Программа обсуждена

и принята за основу

на заседании кафедры ЕН

Протокол _______

От _____________

Зав. кафедрой ЕН:

Тюменцева Л.И.

________________

Утверждено

Методическим советом

Гимназии № 18

Протокол № ___

От ______________

Руководитель МС

Батракова Е. Н.

________________

Элективный курс по химии

«Окислительно – восстановительные реакции.

Blog