Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №12/2005

ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ

Программа
экологизированного курса химии
для средней общеобразовательной школы

(8–11 классы)

Для реализации экологического подхода к изучению школьного курса химии предлагается программа, предусматривающая ознакомление учащихся с химическими аспектами экологии и экологических проблем. Основное внимание сосредоточено на тех явлениях, которые вызывают серьезную обеспокоенность за состояние природной среды и будущее цивилизации. К таким явлениям можно отнести глобальное потепление климата, истощение стратосферного озонового слоя, кислотные дожди, накопление в почве токсичных тяжелых металлов и пестицидов, загрязнение больших территорий радионуклидами, истощение природных ресурсов планеты.

В содержание программы заложены следующие идеи:

• природа в своем естественном развитии находится в динамическом равновесии;
• непосредственным результатом взаимодействия человека и природы становится изменение химического состава компонентов окружающей среды, приводящее к смещению природного равновесия;
• химические знания — неотъемлемая часть знаний об основах охраны природы, рациональном природопользовании и разумном, не разрушительном, преобразовании окружающей человека среды.

Роль химии в решении экологических проблем на современном этапе значительна:

а) изучая состав, строение и свойства веществ, химия может объяснить, как ведет себя то или иное вещество в атмосфере, почве, водной среде, какие воздействия оказывают оно и продукты его превращений на биологические системы;
б) раскрывая механизмы биогеохимических процессов в природном круговороте элементов, химия способствует решению задачи наиболее естественного и «безболезненного» вхождения промышленного производства в природные циклы, делая его частью какой-либо экосистемы;
в) используя разнообразные методики химико-аналитического контроля состояния объектов окружающей среды или качества готовой продукции ряда отраслей промышленности (химической, нефтехимической, микробиологической, фармацевтической), химия позволяет получить информацию, необходимую для последующего принятия решений о предотвращении поступления вредных веществ в контролируемые объекты, очистке этих объектов, способах их защиты и т.д.
Экологизированный курс химии дает возможность раскрыть особую роль этой науки в борьбе с экологическим невежеством, проявляющимся в укоренившемся представлении о «виновности» химии в сложившейся экологической ситуации, привлечь школьников к исследовательской работе по изучению состояния природной среды, воспитать у них чувство личной ответственности за ее сохранение.

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

8 КЛАСС

Введение

Место химии в системе естественных наук. Взаимосвязь химии и экологии. Основные направления развития химической науки на пути решения экологических проблем (создание экологически безопасных технологий, производство экологически чистых продуктов и материалов, совершенствование способов очистки отходов).

Тема 1. Первоначальные химические понятия

Чистые вещества и смеси. Понятие о веществах, загрязняющих окружающую природную среду, и их источниках. Понятие о сырье и отходах. Понятие о способах очистки веществ.

Химические реакции (явления), протекающие в живой и неживой природе. Природа как единое целое.

Демонстрационный опыт. Очистка поверхности воды от загрязняющих веществ (масла, нефть, взвеси минерального и органического происхождения, красители и др.). (В опыте используют различные сорбенты и фильтры.)

Практическая работа. Разделение искусственно созданной смеси веществ — мусора, собранного учащимися дома.

Тема 2. Основные классы неорганических соединений

Кислород. Оксиды. Горение. Появление кислорода в атмосфере, запасы его на планете: свободный и связанный кислород. Трансформация кислорода в озон, защитная роль озонового слоя Земли. Биогеохимический круговорот кислорода в природе: роль живого в поддержании круговорота кислорода и роль кислорода в жизни живых организмов.

Масштабы использования кислорода в промышленности, быту, энергетике. Продукты полного и неполного сгорания веществ – загрязняющие вещества окружающей человека среды. Проблема накопления углекислого газа в атмосфере. Роль зеленых растений в поддержании постоянного состава атмосферного воздуха. Законодательство в области охраны атмосферного воздуха. Приемы поддержания чистоты воздуха в помещениях.

Демонстрационные опыты. 1. Выделение кислорода при фотосинтезе и его обнаружение (опыт с элодеей). 2. Поглощение углекислого газа растениями при фотосинтезе.

Лабораторный опыт. Разложение токсичного пероксида водорода в присутствии катализаторов: а) диоксида марганца; б) каталазы, содержащейся в кусочках мяса и картофеля.

Водород. Кислоты. Соли. Водород — самый распространенный элемент Вселенной. Использование водорода в химической отрасли промышленности. Водород как источник экологически чистой тепловой энергии в будущем. Гидриды металлов — источник водородного топлива для автомобилей сегодня.

Демонстрационный опыт. Горение водорода на воздухе и в кислороде как пример экологически чистого процесса.

Кислоты и соли в природе. Кислотолюбивые растения. Растения-галофиты. Роль кислот и солей в организме человека. Закисление организма (ацидоз) — одна из причин быстрого и преждевременного старения. Кислотные осадки (дождь, снег): причины, механизм образования, последствия и пути предупреждения. Засоление почвы и воды как фактор ухудшения качества природной среды.

Растения как индикаторы состояния окружающей среды. Методы понижения кислотности и засоленности почв.

Демонстрационные опыты. 1. Влияние кислых почв и воды на рост и развитие растений (модельный опыт по проращиванию семян в кислой среде). 2. Получение кислот из кислотных оксидов (имитация образования кислотных дождей). 3. Зависимость поглощения растениями ионов тяжелых металлов от кислотности водного раствора.

Лабораторные опыты. 1. Определение кислотности образца почвы. 2. Известкование как способ понижения кислотности среды (взаимодействие карбоната кальция с кислотами).

Вода. Растворы. Основания. Водные ресурсы планеты. Роль воды в живой и неживой природе, в организме человека. Круговорот воды в природе и его роль в сохранении природного равновесия. Понятие об «аномальных» свойствах воды. Вода — универсальный растворитель. Понятие о растворах. Влияние растворителя на химическую активность веществ (проявление токсичности у веществ при их растворении в воде).

Химический состав природных вод. Санитария питьевой воды. Основные источники загрязнения водных бассейнов. Понятие о предельно допустимой концентрации (ПДК) веществ в водных стоках. Водоочистительные станции. Методы, применяемые для очистки воды, и их эффективность. Внедрение бессточных процессов, работающих по замкнутому циклу, как пример рационального природопользования. Охрана природных вод: законодательство, международное сотрудничество.

Демонстрационные опыты. 1. Очистка воды от содержащихся в ней солей и примесей.
2. Растворение веществ в воде — образование «морского дна» (моделирование природного процесса).

Лабораторный опыт. Сравнение чистой и загрязненной воды по параметрам: запах, цвет, прозрачность, рН, наличие осадка после отстаивания, пригодность для жизни растений.

Тема 3. Обобщение сведений об
основных классах неорганических соединений

Применение неорганических веществ в быту, промышленности, сельском хозяйстве, медицине, пищевой отрасли промышленности. Экологические требования к качеству производимой продукции.

Генетическая связь между классами неорганических соединений. Превращения веществ в природе: простое вещество оксиды кислоты, основания cоли. Техногенные источники загрязняющих веществ в биосфере. Важнейшие природоохранные меры.

Тема 4. Периодический закон и периодическая система
химических элементов Д.И.Менделеева

Понятие о биогенных элементах, их положение в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева. Критерии «отбора природой» важнейших «элементов жизни» (Н, С, О, N, Р, S). Закономерности, обусловливающие распространенность химических элементов в природе, содержание их в живых организмах, долю участия в метаболизме (на примере организма человека), степень проявления токсичности, возможность биологической взаимозаменяемости. Понятие об изотопах. Проблема радиоактивного загрязнения природной среды: причины, последствия, возможные пути ее решения.

Демонстрационный опыт. Роль биогенных элементов в жизни растений: а) замена в питательной среде магния — важнейшего элемента пигмента хлорофилла — на кальций (имитация процесса биологической взаимозаменяемости); б) участие углекислого газа в фотосинтезе растений (биогенный элемент углерод) и угнетающее действие соединений свинца (ядов).

Тема 5. Химическая связь

Зависимость биологических функций веществ от их состава, строения, видов химической связи, типов кристаллических решеток, химических свойств. Жизнь как распад одних химических связей и образование других (новых) – обмен веществ, информации и энергии в организме, между организмом и средой, между живыми организмами.

Тема 6. Галогены

Галогены и их соединения в природе, промышленности, медицине, сельском хозяйстве, быту. Биологическая роль галогенов. Техногенные источники галогенов и их соединений в биосфере. Отрицательное действие галогенов на растительные и животные организмы. Охрана здоровья человека. Меры по предупреждению попадания галогенов в природную среду.

Требования к знаниям и умениям учащихся 8 класса

Учащиеся должны знать:

• о биологической роли важнейших представителей оксидов, кислот, оснований и солей (в организмах, экосистемах, биосфере);

• о последствиях загрязнения окружающей среды оксидами, кислотами, основаниями и солями;

• качественный и количественный состав атмосферного воздуха;

• о роли компонентов воздуха в жизни живой природы;

• о проблеме загрязнения воздушного бассейна (причины, источники, пути сохранения чистоты);

• примерный качественный состав природных вод;

• о нормировании качества питьевой воды;

• о проблеме загрязнения водного бассейна (причины, источники, пути сохранения чистоты);

• о проблеме пресной воды (запасы, получение, экономия, рациональное использование);

• о законодательстве в области охраны атмосферного воздуха и водных ресурсов планеты;

• положение биогенных элементов в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева;

• закономерности, обусловливающие:

а) распространение химических элементов в природе (элементы с четными и нечетными атомными номерами, зависимость распространения в природе близких по свойствам элементов от их атомного номера, для металлов — от температуры плавления и плотности);

б) зависимость количественного содержания элементов в организмах от их относительных атомных масс;

в) зависимость появления токсичности у элементов (их соединений) от величины относительной атомной массы и радиуса атома;

г) биологическую взаимозаменяемость близких по свойствам элементов (аналогов) на основе конкурентных отношений в природе;

д) зависимость доли участия элементов (в виде соединений) в метаболизме живых систем от заряда ядра, радиуса атома и относительной атомной массы;

• причины образования радиоактивных частиц, последствия загрязнения природной среды радионуклидами;

• экологические проблемы местного значения.

Учащиеся должны уметь:

• составлять схему круговорота воды в природе, обосновывать его роль в сохранении природного равновесия, анализировать причины и последствия его нарушения;

• оценивать состояние водной и воздушной сред, сопоставляя фактические данные и нормы качества;

• раскрывать сущность проблем загрязнения воздушной и водной сред планеты и находить пути их решения;

• бережно относиться к воде, экономно ее расходовать;

• вести себя в природной среде в соответствии с экологическими требованиями;

• раскрывать роль живой и «неживой» природы в формировании химического состава внешней среды, а также внутренней среды организмов;

• давать характеристики биогенных элементов на основании их положения в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева, приводить примеры, иллюстрирующие биологическую роль этих элементов;

• приводить примеры биологической взаимозаменяемости элементов в природе, анализировать последствия этого процесса для живых организмов;

• прогнозировать последствия радиоактивного загрязнения окружающей среды для всего живого;

• критически оценивать состояние природной среды своей местности и находить пути его улучшения.

9 КЛАСС

Тема 1. Электролитическая диссоциация

Вода как уникальное природное вещество. Значение воды для жизни на Земле (активная внутренняя среда живых организмов — непосредственный участник многих биохимических процессов). Причины аномальных свойств воды, проявление этих свойств в природе. Роль круговорота воды в сохранении цикличности круговоротов веществ в природе и, как следствие, в сохранении природных ресурсов. Применение электролитов в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту. Роль электролитов в живом организме. Механизм закисления и засоления воды и почв. Обеднение почв подвижными элементами как следствие закисления среды (дефицит кальция). Понятие о буферных системах и их роли в самоочищении водоемов, сохранении кислотно-основного равновесия в организме человека, биохимической очистке сточных вод.

Реакции ионного обмена. Ионообменные процессы, протекающие в живой и неживой природе. Ионы как частицы, в виде которых питательные вещества усваиваются организмами. Ионы, проявляющие токсичность. Ионообменная адсорбция как метод, используемый для уменьшения жесткости воды, очистки загрязненной воды.

Окислительно-восстановительные реакции. Значение окислительно-восстановительных реакций в биологических системах. Окислительно-восстановительные реакции как источник появления в природной среде токсичных веществ. Нарушения цепи окислительно-восстановительных реакций в организме (дыхание, пищеварение) и их последствия. Фотосинтез как важная функция зеленых растений и последствия его нарушения для живого. Использование окислительно-восстановительных реакций для очистки сточных вод, обеззараживания воздуха и воды, обезвреживания токсинов.

Демонстрационные опыты. 1. Действие буферных систем (имитационный пробирочный опыт).
2. Питание растений (поглощение питательных компонентов из почвенного раствора).

Тема 2. Подгруппа кислорода

Положение элементов подгруппы кислорода в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева. Нахождение элементов подгруппы кислорода в природе. Кислород и сера как биогенные элементы. Селен – биологический антиоксидант.

Аллотропия кислорода и серы. Образование озона в природе, значение озона для сохранения жизни на Земле. Озон — сильнейший окислитель и токсикант. ПДК озона в атмосферном воздухе. Применение озона для обеззараживания воды и дезинфекции воздуха в помещениях.

Сера в природе. Физические и химические свойства серы. Содержание серы в растительных и животных организмах. Сера как элемент, входящий в состав загрязняющих веществ природной среды.

Сероводород. Оксиды серы. Производство серной кислоты. Естественные и техногенные источники соединений серы в биосфере. Сероводород и оксиды серы – вещества, загрязняющие окружающую среду. Оксиды серы как основные действующие компоненты «токсичных туманов». Последствия образования серно-кислотных дождей (влияние на водоемы, хвойные породы деревьев, усиление процесса коррозии металлов, разрушение бетонных сооружений и др.). ПДК диоксида серы и сероводорода в атмосфере и сточных водах. Серно-кислотный завод — зона повышенной концентрации соединений серы. Влияние соединений серы на растения, животных и человека. Пути решения проблемы кислотных дождей (улавливание оксидов серы в отходящих газах ТЭС и металлургических предприятий, полная герметизация оборудования и применение газоочистных установок на серно-кислотных заводах). Промышленные способы обезвреживания оксидов серы и сероводорода.

Демонстрационные опыты. 1. Обнаружение серы в составе органических веществ.
2. Моделирование образования кислотных дождей. 3. Закисление почвы и водоема (имитационный опыт, без использования живых организмов).

Тема 3. Основные закономерности
химических реакций

Скорость химических реакций и ее зависимость от условий протекания реакций. Химическое равновесие. Живые организмы как арена протекания многочисленных и разнообразных химических реакций. Концентрация веществ — важный фактор функционирования организма (избыток или недостаток веществ приводит к появлению патологий в организме). Закон оптимума. Химическое равновесие как важное условие нормального существования живого организма. Буферные системы в организме как основная мера защиты от повышения концентраций некоторых ионов. Ферменты — биологические катализаторы, изменяющие скорость биохимических реакций в организме.

Тема 4. Подгруппа азота

Нахождение азота в природе, содержание в земной коре, атмосфере, живых организмах. Причины «биогенности» атома азота. Особенности строения молекулы азота. Проблема связанного азота. Применение жидкого азота для утилизации вышедшей из употребления продукции.

Демонстрационные опыты. 1. Получение азота из воздуха. 2. Обнаружение азота в животных и растительных белках.

Аммиак. Соли аммония. Роль аммиака в органическом мире. Аммиак как продукт метаболизма и как питательное вещество для некоторых видов микроорганизмов. Естественные и техногенные источники аммиака в биосфере. Положительное и отрицательное воздействие аммиака и его соединений (в зависимости от концентрации) на живые организмы. ПДК аммиака в атмосфере. Производство аммиака как пример экологически чистой технологии.

Оксиды азота. Естественные и антропогенные источники поступления оксидов азота в окружающую среду. Оксиды азота как загрязняющие вещества. Проблемы накопления оксидов азота в атмосфере, их участие в фотохимическом смоге, образовании кислотных дождей. ПДК оксидов азота в атмосфере. Химические методы очистки газообразных выбросов, содержащих оксиды азота.

Демонстрационный опыт. Получение оксидов азота.

Лабораторный опыт. Обезвреживание оксидов азота методом адсорбции с использованием растворов аммиака и карбоната аммония.

Азотная кислота. Образование азотной кислоты в природе. Антропогенные источники азотной кислоты в биосфере. Окислительные свойства азотной кислоты как причина ее токсичности. Закисление водоемов и почв, последствия этого явления для обитателей этих сред. ПДК азотной кислоты в сточных водах. Промышленные установки для улавливания вредных выбросов в азотно-кислотном производстве.

Демонстрационные опыты. 1. Воспламенение тлеющей лучинки над концентрированной азотной кислотой. 2. Свертывание белка под действием азотной кислоты.

Образование солей азотной и азотистой кислот в природной среде и их двойственная роль в ней (в зависимости от концентрации). Причины появления очагов с высоким содержанием соединений азота, пути их устранения. Понятие о нитратном отравлении организма человека.

Лабораторный опыт. Растворение нитратов в воде.

Практическое занятие. Обнаружение нитратов в овощах, фруктах, продуктах питания.

Круговорот азота в природе. Этапы превращения азота и его соединений. Микроорганизмы — специфические участники этого процесса. Причины нарушения круговорота азота в природе (выбросы автотранспорта, нерациональное применение минеральных удобрений, повышенное содержание ионов тяжелых металлов в почве и др.). Пути сохранения цикличности биогеохимического круговорота азота.

Фосфор. Нахождение фосфора в природе. Фосфор — биогенный элемент. Роль ортофосфорной кислоты в жизнедеятельности растительных и животных организмов. Положительное и отрицательное влияние соединений фосфора (в зависимости от концентрации) на биологические системы.

Практическое занятие. Обнаружение соединений фосфора в овощах и фруктах.

Минеральные удобрения. Влияние удобрений на качество почвы. Причины накопления удобрений в почве, водоемах, растениях. Понятие об эвтрофикации водоемов. Влияние избытка удобрений на эволюционно сложившиеся природные экосистемы. Природные источники сырья для производства минеральных удобрений. Использование отходов производства минеральных удобрений. Требования к транспортировке и хранению удобрений. Органические удобрения. Роль агрохимии в использовании удобрений.

Тема 5. Подгруппа углерода

Углерод. Положение углерода в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева. «Биогенность» углерода. Аллотропия углерода. Адсорбция. Нахождение углерода в природе: содержание в земной коре, атмосфере, организме человека.

Области применения адсорбционных свойств угля (адсорбция как один из методов улавливания отравляющих веществ).

Демонстрационный опыт. Адсорбция углем различных веществ (красителей, газов).

Оксиды углерода. Естественные и техногенные источники оксидов углерода в биосфере. Углекислый газ как конечный продукт обмена веществ в живых организмах. Оксиды углерода как загрязняющие вещества, их ПДК в атмосфере. Влияние углекислого газа (в больших концентрациях) на жизнедеятельность организмов: снижение фотосинтеза у растений и ухудшение дыхания у животных и человека. Отравляющее действие угарного газа на организм человека — образование карбоксигемоглобина. Парниковый эффект: причины возникновения, возможные последствия и пути предотвращения. Химические методы улавливания и обезвреживания оксидов углерода в промышленных отходящих газах.

Демонстрационный опыт. Поглощение инфракрасного излучения углекислым газом.

Угольная кислота и ее соли. Образование угольной кислоты и ее соединений в природе, минеральные воды. Угроза вымирания птиц в зоне кислотных дождей. Карбонаты в природе. Разрушение осадочных пород под действием кислотных дождей. Жесткость воды, химические и физические методы ее устранения.

Лабораторный опыт. Моделирование действия кислотных дождей на скорлупу яиц птиц.

Практическое занятие. Установление состава яичной скорлупы.

Круговорот углерода в природе. Антропогенное влияние на биогеохимический цикл углерода (увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, образование нерастворимых карбонатов, уничтожение тропических лесов, загрязнение поверхности Мирового океана). Пути сохранения круговорота углерода в природе.

Кремний и его соединения. Нахождение кремния в природе, наиболее распространенные соединения. Роль кремния в организме растений, животных и человека. Соединения кремния как вещества, загрязняющие окружающую среду. Цементный завод — зона повышенной концентрации пыли. Силикоз (заболевание верхних дыхательных путей) как следствие повышенной концентрации кремнезема в воздухе. Природоохранные мероприятия, проводимые в цементной и стекольной отраслях промышленности: герметизация оборудования, снижение отходов, экономное расходование продукции.

Тема 6. Общие свойства металлов

Положение металлов в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева. Нахождение металлов в природе. Ионы металлов как участники биохимических процессов в организме. Макро- и микроэлементы. Двойственная роль ионов металлов в природе в зависимости от их концентраций. Зависимость наличия биогенных свойств у металлов от положения в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева. Биологическая взаимозаменяемость металлов в живых системах, причины и последствия этого процесса. ПДК некоторых металлов (ионов) в почве, сточных водах.

Демонстрация внешнего вида растений, произрастающих в условиях избытка или недостатка определенных ионов металлов (например, вблизи автодорог).

Электролиз. Химические свойства металлов. Электролиз как процесс, при котором выделяются ядовитые и удушливые газы, образуются агрессивные среды, (растворы щелочей, кислот). Производство хлора как источник поступления ртути в биосферу. Превращение ртути в водной среде в растворимую метилированную форму, ее токсическое действие на организмы.

Коррозия металлов. Коррозия как результат и как фактор загрязнения окружающей среды. Продукты химической и электрохимической коррозии как загрязняющие вещества. Влияние продуктов коррозии на обитателей водоемов. Борьба с коррозией — борьба за сохранение качества природной среды. Основные методы защиты металлов от коррозии.

Демонстрационный опыт. Обнаружение продуктов электрохимической коррозии в водной среде (имитационный опыт).

Тема 7. Металлы главных подгрупп I—III групп периодической системы
химических элементов Д.И.Менделеева

Характеристика щелочных металлов. Положение щелочных металлов в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева: зависимость физико-химических свойств металлов от относительной атомной массы и радиуса атома; повышение токсичности элементов в пределах подгрупп при увеличении относительной атомной массы и радиуса атома. Натрий и калий — важные биогенные элементы, их роль в организме человека. Антропогенные источники лития в биосфере; последствия биологической взаимозаменяемости натрия и лития в организме человека. Применение препаратов лития при лечении некоторых форм шизофрении. Создание экологически чистых технологий в производстве щелочных металлов.

Характеристика магния и кальция. Нахождение в природе. Кальций и магний — важные макроэлементы, входящие в состав животных и растительных организмов. Содержание магния и кальция в организме человека. Участие ионов кальция в процессе свертывания крови. Загрязнение среды обитания стронцием; последствия биологической замены кальция на стронций в организме человека и животных (разрушение костной системы, размягчение роговых образований, выпадение волос и шерсти). Возникновение заболеваний при недостатке магния и кальция в организме человека. Жесткость воды, обусловленная присутствием в ней карбонатов кальция и магния. Химические и физические методы устранения жесткости воды.

Демонстрационные опыты. 1. Обнаружение кальция и магния в костной ткани. 2. Роль кальция в свертывании крови.

Алюминий. Нахождение в природе. Биологическая роль алюминия в организме человека. Влияние алюминия (в повышенных концентрациях) на нервную систему человека. Антропогенные источники алюминия. Выщелачивание алюминия в водоемах при их закислении. Отрицательное действие ионов алюминия на дыхательную систему рыб (уплотнение слизи в жаберных крышках — нарушение газообмена).

Производство алюминия. Фтороводород как основное загрязняющее вещество в производстве алюминия, его отрицательное действие на растительные и животные организмы. Флюороз — поражение эмали зубов — признак хронической интоксикации организма животных и человека фтороводородом. Совершенствование технологии производства алюминия. Разработка способов наиболее полного улавливания и утилизации фтора и его соединений в производстве алюминия.

Тема 8. Железо. Металлургия

Железо. Нахождение в природе. Положение в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева. Железо как важный биогенный элемент, его роль в организме человека.

Соединения железа (оксиды, гидроксиды, соли). Общетоксическое действие солей двухвалентного железа (особенно хлорида) на организм человека. Техногенные источники соединений железа в биосфере.

Демонстрационный опыт. Разложение пероксида водорода каталазой крови.

Производство чугуна. Сырье для производства чугуна. Подготовка железной руды и топлива к плавке — причина сильной запыленности атмосферного воздуха вблизи металлургических предприятий. Колошниковый газ и колошниковая пыль как загрязняющие вещества. Аллергические заболевания, вызванные повышенным содержанием пыли в воздухе. Применение специальных пылеуловителей, использование доменного газа для нагрева металлов перед прокаткой, спекание колошниковой пыли вместе с мелкой рудой и повторное их использование — основные природоохранные мероприятия в доменном производстве.

Производство стали. Сырье для производства стали. Способы получения стали. Причины выброса пыли мартеновскими и конвертерными сталеплавильными цехами (окисление металлической шихты, «пыление» шлака, руды, окалины, доломита). Дымовые газы — вещества, загрязняющие атмосферный воздух (содержат частицы оксидов кремния, марганца и фосфора, угарный газ). Объемы потребления кислорода воздуха и воды в производстве чугуна и стали. Внедрение на металлургических предприятиях прогрессивного способа получения стали прямым восстановлением железа из руды — путь к сохранению природной среды. Понятие о малоотходном (безотходном) производстве.

Практические занятия. 1. Определение состава сточных вод металлургического предприятия.
2. Исследование образцов почв, взятых вблизи металлургического завода (рН, наличие ионов металлов и неметаллов).

Требования к знаниям и умениям учащихся
9 класса

Учащиеся должны знать:

• о взаимосвязи ионообменных процессов, протекающих в живой и неживой природе;

• о роли воды как активной внутренней среды организма и как непосредственного участника многих биохимических процессов;

• сущность биогеохимических круговоротов веществ;

• о зависимости поглощения организмом какого-либо иона от присутствия в среде других ионов;

• о значении природных буферных систем (в регуляции обмена веществ, сохранении определенной концентрации ионов водорода (рН) в организме, почве, водоемах, биологической очистке сточных вод);

• методы очистки пресной воды от загрязнения;

• физиологические свойства почв;

• процесс питания растений (поглощение питательных компонентов из почвенных растворов);

• о последствиях закисления почв и водоемов для живых обитателей этих сред;

• о последствиях засоления почвы для сельскохозяйственных культур;

• важнейших представителей неметаллов (С, Н, О, N, Р, S), их положение в периодической системе химических элементов (характеристики атомов, обусловливающие их биогенность: заряд ядра, радиус атома, относительная атомная масса, способность образовывать кратные связи (кроме водорода), участие в образовании компонентов клетки и переносе энергии);

• о роли биогенных элементов в живых организмах, биосфере;

• о сущности биогеохимических циклов кислорода, углерода, азота, фосфора и серы, их взаимовлиянии, причинах нарушения и путях сохранения цикличности;

• основные соединения серы, углерода и азота как загрязнителей природной среды, их влияние на жизнедеятельность растительных и животных организмов, здоровье человека (примеры);

• о роли озонового слоя в биосфере, причинах и последствиях его истощения (понятие «озоновые дыры»);

• биогенные элементы-металлы (макро-, микро- и ультрамикроэлементы);

• о двойственной роли металлов в природной среде в зависимости от их концентрации;

• о последствиях техногенного воздействия некоторых металлов и их соединений на биологические системы;

• о закономерностях, обусловливающих распространение металлов в природе, их токсичность для
организмов, долю участия в метаболизме, возможность биологической взаимозаменяемости близких по свойствам элементов-металлов и последствия этого процесса;

• основные причины и источники загрязнения окружающей среды металлами;

• принцип биологического накопления применительно к металлам и их соединениям и последствия этого процесса (примеры);

• пути трансформации некоторых металлов (их соединений) в пищевых цепях;

• основные направления «оздоровления» экологической ситуации на планете.

Учащиеся должны уметь:

• объяснять аномальные свойства воды, используя примеры, иллюстрирующие роль воды в природе и живых организмах;

• устанавливать зависимость между изменением концентрации ионов водорода (рH) и поглощением организмами различных ионов из природных растворов;

• оценивать состояние природных водоемов и почвы своей местности;

• определять физиологические свойства почвы и по необходимости их корректировать (на пришкольном или садовом участке);

• прогнозировать последствия закисления и засоления природных почв и вод;

• применять простейшие методы очистки питьевой воды;

• составлять схемы круговоротов кислорода, углерода, азота, фосфора и серы в природе, анализировать причины и последствия их нарушения;

• приводить примеры биологической взаимозаменяемости элементов-аналогов в природе и прогнозировать последствия этого процесса для живых организмов;

• прогнозировать последствия загрязнения окружающей среды соединениями некоторых неметаллов и металлов, приводить примеры воздействия тяжелых металлов на здоровье человека, на развитие растений и животных;

• приводить примеры влияния кислой среды на миграцию металлов в почве, на выщелачивание (извлечение) в водоемах;

• обнаруживать в образцах почвы и воды ионы металлов и неметаллов;

• определять источники соединений, загрязняющих природную среду;

• обезвреживать вредные вещества, образующиеся при проведении химического эксперимента.

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

10 КЛАСС

Введение

Предмет органической химии. Органические вещества в живой природе, в организме человека. Использование органических веществ в быту, медицине, сельском хозяйстве, строительстве и других областях деятельности человека. Проблема загрязнения окружающей среды органическими веществами, не свойственными живой природе, некоторые пути ее решения.

Тема 1. Теория химического строения
органических соединений

Зависимость появления токсичности у органических соединений от состава и строения их молекул (длина углеродной цепи и степень ее разветвленности, наличие кратных связей, образование циклов и пероксидных мостиков, присутствие атомов галогенов), а также от растворимости и летучести соединения.

Тема 2. Предельные углеводороды

Естественные и техногенные источники метана в природной среде. Двойственная роль метана в биосфере: источник углерода для метанокисляющих бактерий и вещество, разрушающее озон стратосферы. Использование метана в биотехнологии, в процессах обезвреживания токсичных оксидов азота (высокотемпературное каталитическое восстановление), получения водорода и др. Биологическая роль некоторых высших алканов. Галогенопроизводные метана — фреоны как загрязняющие вещества. Экологические проблемы, связанные с использованием гомологов метана в качестве топлива.

Тема 3. Непредельные углеводороды

Биологическая роль этилена как хемомедиатора у некоторых растений. Усиление токсичности в ряду гомологов этилена. Полиэтилен и полипропилен как примеры стойких загрязняющих веществ.

Экономические и экологические преимущества получения ацетилена из метана по сравнению с карбидным способом. Взрывоопасность, возникающая при смешении ацетилена с воздухом; техника безопасности при работе с ацетиленом. Токсичность в ряду гомологов ацетилена.

Тема 4. Ароматические углеводороды

Примеры природных и синтезированных человеком ароматических соединений. Токсичность ароматических соединений. Антропогенные источники ароматических углеводородов в биосфере. Ядохимикаты на основе ароматических углеводородов, последствия их применения для живой природы (сокращение видового разнообразия и численности особей, изменения в поведении, размножении и т.п.). Влияние ядохимикатов на наследственность человека, появление новых болезней. Биологические способы борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур и сорняками. Понятие о биологическом земледелии.

Тема 5. Природные источники углеводородов

Проблема истощения невозобновляемых источников энергии. Загрязнение биосферы продуктами сгорания природного газа, нефти, нефтепродуктов и угля. Парниковый эффект, пути решения проблемы. Масштабы и последствия загрязнения Мирового океана нефтью и нефтепродуктами. Нарушение биологического равновесия водной экосистемы в результате нефтяного загрязнения: изменение обмена теплом, влагой и газами между водной средой и атмосферой, угнетение фотосинтеза у сине-зеленых водорослей, снижение выживаемости и воспроизводства водных животных, появление уродств, патологий, изменение видового состава и трофических связей в экосистеме. Опасность глобального потепления климата. Способы очистки водоемов от нефтяного загрязнения. Перспективные направления рационального использования нефти и нефтепродуктов.

Твердое топливо. Открытые и закрытые месторождения каменного угля, проблемы их экологически безопасной разработки. Интенсивная запыленность и нарушение водного режима территорий, прилегающих к угольным разрезам. Угольная пыль как опасный аллерген. Загрязнение окружающей среды при добыче, транспортировке, хранении и переработке твердого топлива. Проблема метана в угольных шахтах. Способы сжигания твердого топлива. Продукты неполного сгорания топлива, их влияние на организм человека. Природоохранные меры в угольной отрасли промышленности (создание лесозащитных полос, предварительное извлечение серы из топлива, применение очистных сооружений, сокращение территорий, занимаемых ТЭС, рекультивация терриконов и др.).

Развитие производства синтетического жидкого топлива из угля. Альтернативные источники энергии с точки зрения экономической и экологической выгоды. Получение биогаза из бытовых отходов. Понятие о комплексном использовании органического ископаемого топлива. Природозащитные мероприятия в отраслях промышленности, добывающей и перерабатывающей ископаемое топливо.

Демонстрационные опыты. Способы очистки воды от нефтяного загрязнения.

Тема 6. Кислородсодержащие
органические соединения

Спирты и фенолы. Токсичность спиртов. Действие метанола и этанола на организм человека. Этанол — социальный токсин. Здоровый образ жизни — путь к избавлению от алкоголизма. Метанол — топливо будущего. Биологическая роль этиленгликоля и глицерина.

Токсичность фенолов. Причины попадания фенолов в природную среду, их отрицательное действие на живые организмы. Методы обезвреживания фенолов.

Демонстрационный опыт. Действие этанола на белок.

Тема 7. Альдегиды. Карбоновые кислоты

Альдегиды и карбоновые кислоты в живой природе. Токсичность альдегидов и некоторых карбоновых кислот. Превращение этилового спирта в уксусный альдегид в организме человека и последствия этого процесса. Антропогенные источники альдегидов в биосфере. Синтетические моющие средства (CMC) как загрязняющие вещества. Меры по предупреждению попадания CMC в водоемы. Способы нейтрализации CMC, удаления их с поверхности воды.

Демонстрационные опыты. Способы очистки воды от CMC.

Тема 8. Жиры

Растительные и животные жиры. Биологические функции жиров. Питательная ценность жиров. Причины нарушения обмена жиров в организме человека, возникновение патологий. Проблема ожирения, культура питания. Переработка природных жиров для получения непищевой продукции как пример нерационального использования природных ресурсов. Замена пищевого сырья на непищевое в производстве мыла, олифы, масляных красок и т.д. Совершенствование способов утилизации отходов в производстве и переработке жиров.

Демонстрационный опыт. Качественная реакция на жиры.

Лабораторный опыт. Эмульгирование жиров.

Тема 9. Углеводы

Биологическая роль углеводов. Участие углеводов в обмене веществ в организме человека, основные этапы этого процесса. Спиртовое и молочно-кислое брожение в организме человека. Молочная кислота — причина утомляемости.

Производство сахара. Отходы сахарных заводов как загрязняющие вещества, пути их утилизации. Условия хранения продукции на заводах (сахарная пыль взрывоопасна). Профзаболевания работников сахарных заводов.

Целлюлозно-бумажная отрасль промышленности и проблемы загрязнения воздуха и водоемов отходами этого производства. Образование диоксинов в процессе отбеливания бумаги. Диоксины — аллергены, канцерогены, мутагены. Природозащитные мероприятия по снижению газопылевых выбросов в атмосферу. Способы очистки сточных вод: физико-химические и биологические. Извлечение фенола из сточных вод и его обезвреживание. Экологически чистые способы отбеливания бумаги.

Лабораторные опыты. 1. Обнаружение молочной кислоты в скисшем молоке и мышечной ткани. 2. Выделение лактозы из молока и определение ее свойств. 3. Обнаружение пентоз в биологическом материале (опилках, отрубях, жмыхе).

Требования к знаниям и умениям учащихся
10 класса

Учащиеся должны знать:

• зависимость появления токсичности у органических соединений от состава и строения их молекул;

• роль метана в органическом мире и в глобальном круговороте углерода;

• о проблеме загрязнения природной среды ароматическими углеводородами (причины, опасность, способы обезвреживания);

• о негативной роли ядохимикатов (на основе ароматических углеводородов) в природной среде;

• об экологических требованиях к химическим средствам защиты растений по их применению;

• о новых препаратах (их достоинствах и недостатках);

• о биологических способах борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур;

• о проблеме истощения невозобновляемых источников энергии;

• о проблеме загрязнения природной среды продуктами сгорания природного газа, нефти и нефтепродуктов, каменного угля;

• содержание понятия «парниковый эффект», пути решения проблемы;

• о проблеме загрязнения Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, основных способах очистки водоемов от нефтяного загрязнения;

• перспективные направления в сжигании и переработке угля с точки зрения экологической безопасности;

• пути рационального использования природных источников углеводородов;

• важнейшие природозащитные мероприятия в отрасли промышленности, добывающей и перерабатывающей ископаемое топливо;

• о действии спиртов на организм человека, их токсичности (на примере метанола и этанола), о проблеме алкоголизма;

• о возможности использования спиртов в качестве топлива (на примере метанола);

• о токсичности фенолов, причинах их попадания в природную среду и методах их обезвреживания;

• о токсичности альдегидов, карбоновых кислот, их действии на организм человека;

• о проблеме загрязнения окружающей среды CMC;

• о проблеме загрязнения природной среды отходами целлюлозно-бумажной отрасли промышленности.

Учащиеся должны уметь:

• прогнозировать по структурной формуле органического вещества возможность проявления им токсичности;

• сравнивать и объяснять роль метана и углекислого газа в глобальном круговороте углерода;

• обнаруживать фенолы в образцах воды;

• составлять схемы миграции ядохимикатов по пищевым цепям, прогнозировать последствия их накопления в живых системах;

• обосновывать преимущества биологических методов борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур по сравнению с химическими средствами;

• анализировать с точки зрения экономической и экологической выгоды преимущества и недостатки различных источников энергии;

• объяснять влияние нефти и нефтепродуктов на биологические системы, на изменение климата;

• применять лабораторные методы очистки поверхности воды от нефтяного загрязнения;

• прогнозировать последствия загрязнения природной среды отходами коксохимического производства, теплоэлектростанций, работающих на угле и мазуте, определять основные пути решения проблемы;

• приводить примеры действия спиртов, фенолов, альдегидов и других органических соединений на организм человека.

11 КЛАСС

Тема 10. Азотсодержащие органические соединения

Амины. Амины как продукты превращения аминокислот в организме человека. Биологическая роль аминов. Токсичность ароматических аминов. Образование в организме нитрозоаминов (ядов) по схеме: нитраты нитриты нитрозоамины. Проблема получения экологически чистых продуктов питания.

Аминокислоты. Биологическая роль аминокислот. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Проблема сбалансированного питания. Применение аминокислот в пищевой отрасли промышленности, медицине (для лечения некоторых заболеваний), животноводстве, ветеринарии.

Белки. Белки — главные носители жизни. Важнейшие биологические функции белков в организме человека. Растительные и животные белки. Проблема голода и пути ее решения. Понятие о биотехнологии. Сырье для получения искусственного белка, кормовых добавок для сельскохозяйственных животных, лекарственных препаратов для населения. Отходы биотехнологической отрасли промышленности как загрязняющие вещества, их негативное влияние на здоровье человека. Создание экологически чистых технологий, совершенствование способов очистки отходов, производство экологически чистой продукции — основные направления развития биотехнологии.

Практические занятия. 1. Обнаружение белка в курином яйце, молоке, твороге, мясе и мясном бульоне. 2. Обнаружение в составе белков углерода, азота, серы. 3. Действие солей тяжелых металлов на белок (солей свинца, меди, ртути). 4. Действие кислот (минеральных и органических) и щелочей на белок. 5. Действие ферментов слюны на крахмал.

Тема 11. Гетероциклические соединения

Общие сведения о гетероциклических соединениях, их нахождении в природе. Биологическая роль гетероциклов. Использование гетероциклических соединений в медицине, сельском хозяйстве.

Пиррол — представитель пятичленных гетероциклов. Природные соединения на основе пиррола и продуктов его восстановления: хлорофилл, гемоглобин, аминокислота триптофан, гетероауксины (стимуляторы роста растений), индиго (краситель синего цвета) и др.

Пиридин — представитель шестичленных гетероциклов. Биологически активные соединения, содержащие ядра пиридина — витамин B6, витамин РР, алкалоиды (никотин, кониин — токсины растительного происхождения), их использование в медицине, сельском хозяйстве.

Тема 12. Нуклеиновые кислоты

Важнейшие биологические функции нуклеиновых кислот в живых организмах. Типы нуклеиновых кислот: РНК и ДНК. Строение нуклеиновых кислот. Понятие о генной инженерии. Опасность использования достижений генной инженерии в антигуманных целях. Наследственные заболевания, возможные пути их преодоления.

Загрязнение окружающей среды — одна из причин появления новых болезней на основе мутаций. Охрана природы — путь к сохранению здоровья человека.

Тема 13. Синтетические высокомолекулярные
соединения

Значение синтетических полимеров в жизни человека. Проблема загрязнения природной среды отходами и продукцией производства полимеров. Создание полимеров, способных разрушаться в природной среде под воздействием природных факторов.

ОБЩАЯ ХИМИЯ

Тема 1. Периодический закон и периодическая система
химических элементов Д.И.Менделеева

Содержание химических элементов в организме человека. Макро-, микро- и ультрамикроэлементы. Важнейшие элементы-биогены, особенности строения их атомов, способность к образованию специфических связей. Закономерности, обусловливающие изменение биологических свойств элементов (в виде их соединений). Химический состав организма как отражение химического состава окружающей человека среды. Изменение качества среды обитания — причина экологического кризиса на планете. Международное сотрудничество в области сохранения биосферы Земли.

Тема 2. Строение вещества

Зависимость биологических функций от состава и строения веществ. Причины проявления веществом токсичности (виды связи, строение молекулы, тип кристаллической решетки, агрегатное состояние). Обезвреживание токсичных веществ — изменение их состава и строения.

Тема 3. Химические реакции

Типы химических реакций. Условия протекания химических реакций. Реакции, протекающие в неживой природе. Реакции, протекающие в живых организмах (биокаталитические процессы). Реакции, лежащие в основе биогеохимических круговоротов веществ. Изменения в основных круговоротах, связанные с загрязнением окружающей среды (нарушение биокаталитических процессов из-за изменения концентрации реагирующих веществ или появления других, неспецифичных, биокатализаторов, изменение рН среды, температуры и др.). Химические реакции, лежащие в основе саморегуляции природных систем (самоочищение водоемов и почвы, действие буферных систем и др.). Химические реакции, направленные на поддержание равновесных условий биохимических и химических процессов в биосфере (природоохранные мероприятия).

Демонстрационные опыты. Химические реакции различных типов, иллюстрирующие процессы: а) происходящие естественно в природной среде; б) происходящие в результате антропогенного воздействия; в) проводимые с целью защиты среды обитания или восстановления биологического равновесия.

Тема 4. Неметаллы

Неметаллы в организме человека, их биологическая роль. Примеры соединений неметаллов — основных за-грязняющих веществ биосферы, глобальные экологические изменения, которые могут быть ими вызваны. Пути сохранения чистоты биосферы.

Тема 5. Металлы

Двойственная роль металлов в отношении живой природы. Проблема «металлизации» окружающей человека среды: причины, последствия, пути решения.

Требования к знаниям и умениям учащихся
11 класса

Учащиеся должны знать:

• о биологической роли аминокислот, белков, жиров, углеводов, о понятии сбалансированного питания и возможных путях решения проблемы голода в некоторых регионах Земли;

• содержание понятия «биотехнология» (проблема создания искусственной пищи, кормового белка, лекарственных препаратов, витаминов);

• о роли химии в познании окружающего мира;

• вклад химии и химической технологии в развитие важнейших направлений хозяйственной деятельности человека в соответствии с задачами охраны среды и жизни человека;

• основные химические методы, используемые в экологических исследованиях, в решении проблемы защиты окружающей среды;

• характер и причины возникновения экологических проблем (локального, регионального и глобального уровней);

• об изменении качества природной среды вследствие химического загрязнения и последствиях, связанных с этим процессом (на уровне экосистем, здоровья человека);

• компоненты природной среды, факторы, действующие на экосистемы, экологические законы и принципы;

• основные причины и последствия нарушения природного равновесия;

• влияние различных форм хозяйственной деятельности и загрязнения природной среды на биологические ресурсы;

• простейшие экологические циклы и их функционирование (самовосстановление в естественных условиях и деградация в результате антропогенного воздействия);

• сущность понятий «экологический кризис», «антропогенный пресс», «экологическая безопасность»;

• сущность экологических понятий «живой организм», «экосистема», «экологические факторы», «биосфера», «биогеохимические циклы», «трофические цепи и сети», «жизнь», «природа», «окружающая среда»;

• сущность понятий «загрязняющее вещество», «загрязнение», «источник загрязнения», «нормирование качества среды (ПДК, ПДВ)»;

• о роли экологических знаний как научной основы рационального природопользования и охраны природы;

• нормы и правила поведения в природной среде;

• аспекты глобальной экологической проблемы: технико-экономический, политический, социально-культурный (примеры);

• о роли химии в решении экологических проблем.

Учащиеся должны уметь:

• составлять схемы сбалансированного питания (с учетом индивидуальных особенностей организма);

• анализировать и оценивать процесс формирования и проведения общественной политики в области защиты окружающей среды, а также роль каждого гражданина в этом процессе;

• применять знания по химии для объяснения причин возникновения экологических проблем (разного уровня) и поиска путей их решения;

• прогнозировать последствия воздействия антропогенного фактора на природные экосистемы;

• использовать дополнительный информационный материал для проведения исследований по изучению местных экологических проблем.

В.М.НАЗАРЕНКО,
профессор
Московского педагогического
государственного университета