ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ВОКРУГ НАС И ВНУТРИ НАС

8 класс

Тип урока. Бинарный урок закрепления знаний по химии и биологии с элементами опережающего обучения по химии и с элементами краеведения.

Вид урока. Ролевая игра «Заседание кафедры биохимии».

Цель. Доказать, что утверждение «химия вокруг нас» неточно и неполно.

Задачи урока. Обучающие – закрепить и систематизировать знания учащихся о знаках химических элементов, физических и химических свойствах воды, химическом составе клетки, уровнях организации живой природы.

Развивающие – развивать умения и навыки решать задачи по химии и биологии, способности к анализу и абстрактному мышлению, расширять кругозор учащихся, их творческие способности, развивать умения работы с дополнительной литературой.

Воспитательные – воспитывать личности с высоким уровнем культуры, формировать потребность в познавательной деятельности.

Оборудование и реактивы. Штатив для пробирок, пробирки, фарфоровая чашка, держатель, скелет кошки, раковины моллюсков, коралловые полипы, муляжи фруктов и овощей; мука, мел, соляная кислота, спиртовой раствор йода, кальций металлический.

ХОД УРОКА

Ведущий.

Прозвенел уже звонок,
Начинается урок.
Урок сегодня необычный,
От всех других весьма отличный.
Мы заседание кафедры хотим вам предложить,
Чтоб было интересней биохимию учить.

Тема очередного заседания кафедры биохимии – «Химические элементы вокруг нас и внутри нас». В заседании кафедры принимают участие научные сотрудники лабораторий химии, биологии и диетологии, врач-эндокринолог. Сотрудниками лаборатории проведена большая научно-исследовательская работа, посвященная химическим элементам. Мы надеемся, что сегодня вам удастся проследить связь между живой и неживой природой и вы почерпнете полезные для себя сведения. Вести заседание кафедры будут заведующая кафедрой биологии Сошенко О.Ф. (биолог) и заведующая кафедрой химии Мишина Л.А. (химик).

Биохимия – это наука, изучающая химические вещества, входящие в состав организмов, их структуру, распределение, превращения и функции. Как самостоятельная наука биохимия сформировалась в конце XIX в., здесь биология и химия неразрывно связаны друг с другом.

Учитель-биолог. Все организмы – это биологические системы, имеющие сходные черты строения и жизнедеятельности.

Вопрос. Какие уровни организации живой природы вам известны?

Ученик. Биосферный, биогеоценотический, популяционный, организменный, органо-тканевый, клеточный, молекулярный.

Организмы имеют клеточное строение. В живой клетке происходит превращение одних веществ в другие.

Учитель-химик. Любая наука стремится к познанию первооснов окружающего нас мира. Наша планета Земля на 2/3 покрыта водой (показать океаны на глобусе). Когда-то и территория нашей области представляла собой древний океан. Океан – это колыбель жизни на Земле. С точки зрения химика, океан представляет собой водный раствор химических веществ. Лайнус Полинг в одной из своих работ писал: «Именно в этом растворе впервые появились живые организмы, из этого раствора они получали молекулы, необходимые для жизни».

Учитель-биолог. Со временем организмы освоили и другие среды жизни.

Вопрос. Какие вы знаете основные среды жизни?

Ученик. Наряду с водной средой различают наземно-воздушную и почвенную. Кроме того, средой жизни одних живых организмов могут служить другие живые организмы (паразитизм).

Учитель-биолог. Примерно 2/3 массы человека составляет вода. Многие ученые считают, что человеческая жизнь представляет собой борьбу за воду. Почему же вода так необходима живым организмам?

Учитель-химик. Вода обладает уникальными свойствами. С некоторыми из них вас познакомит научный сотрудник лаборатории химии (индивидуальная работа у доски). Он рассмотрит строение молекулы воды и даст характеристику этому веществу по плану.

Научный сотрудник-химик.

1. Химическая формула воды – H₂O.

2. Это сложное вещество.

3. Значения относительных атомных масс A_r химических элементов, входящих в состав воды: A_r(Н) = 1, A_r(О) = 16.

4. Значения относительной молекулярной массы М_r и молярной массы М равны 18 и
18 г/моль соответственно.

5. Массовые доли элементов в молекуле воды: (H) = 11,1%, (O) = 88,9%.

6. Валентность химических элементов: H– I, O– II.

7. Получение чистой воды в лаборатории методом дистилляции.

Решение задач с использованием формулы
массовой доли вещества

Общее задание для всей группы химиков – прочитать зашифрованное предложение по словам в скобках после верных ответов.

Задача 1. Рассчитайте, сколько нужно взять соли и воды, чтобы приготовить 100 г раствора с массовой долей растворенного вещества 0,6. Выберите верный вариант ответа:

а) 50 г воды и 50 г соли (биологическая);

б) 60 г соли и 40 г воды (роль).

Задача 2. Определите молярную концентрацию раствора, в 300 мл которого содержится
3 моль растворенного вещества. Варианты ответа:

а) 10 моль/л (воды);  б) 20 моль/л (сахара).

Задача 3. Определите массу растворенного вещества в 500 г 10%-го раствора. Варианты ответа:

а) 50 г (в);  б) 100 г (к).

Задача 4. Сколько граммов цинка вступит в реакцию с 200 г 4,6%-го раствора серной кислоты? Уравнение реакции:

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂.

Варианты ответа:

а) 6,1 г (организме);  б) 65 г (природе).

После решения задач у химиков должно получиться предложение «Роль воды в организме».

Устный журнал. Роль воды в организме

Научный сотрудник-биолог. В человеческом теле содержится вода (65% по массе). Во взрослом человеке массой 70 кг содержится 46 кг воды. Вода входит в состав всех органов и тканей, кости на 20% состоят из воды, в мозге – 85% воды, в крови – 80%, в зубной эмали – 10%. При утрате влаги на 6–8% от веса тела человек впадает в полуобморочное состояние. Потеря 10% воды вызывает нарушение глотательного рефлекса, затем начинаются галлюцинации. Потеря 20% воды приводит к летальному исходу. За сутки из организма выделяется 2,5 л воды, в том числе через почки – 50%, через легкие – 13%, через кишечник – 5%.

Врач-эндокринолог. При заболевании сахарным диабетом человек теряет до 8 л воды в сутки.

Учитель-биолог. О воде можно говорить много, ее роль в любом организме огромна.

Вопрос. Какие еще вещества входят в состав клетки? (Обращение к схеме на слайде.)

Схема

Учитель-химик. Экспериментально докажем, что в состав клетки входят органические и минеральные вещества. Для этого проведем опыт по сжиганию муки. Образующийся дым – результат сгорания органических веществ, на дне фарфоровой чашки остается черная зола – это минеральные вещества. Следовательно, утверждение «химия вокруг нас» неточно. Химия не только вокруг нас, но и внутри нас. Из 110 элементов периодической системы 87 обнаружено в организме человека. По количественному содержанию они делятся на макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы. Но даже элементы, которые содержатся в ничтожно малых количествах, необходимы для жизни и ничем не могут быть заменены.

Устный журнал. Элементы живых организмов

Научный сотрудник-биолог. В состав органических веществ клетки входят макроэлементы О, С, Н, N. Их содержание в клетке составляет около 90%. Также к макроэлементам относятся Са и Р.? Фосфор входит в состав ДНК, АТФ, ферментов, костной ткани и эмали зубов, содержание его в организме 1%.

Микроэлементы представляют ионы I^– и Cl^–. Ионы Cl^– являются компонентом желудочного сока, их содержание 0,2%. Другие микроэлементы – Fe, K, Na. Ионы K⁺ и Na⁺ участвуют в проведении нервного импульса, поддерживают осмотическое давление в клетке, стимулируют синтез гормонов, их содержание в клетке 0,25%.

Начертите табл. 1 в тетради и заполните ее при изучении отдельных элементов (см. ниже).

Таблица 1

Элементный состав пищи

Учитель-химик. Из макроэлементов клетки мы остановимся на одном – углероде. Углерод – один из самых распространенных элементов на Земле. Графит в карандашах, алмаз в стеклорезном инструменте, бриллианты в коронах царей, древесный уголь – все это элемент углерод в чистом виде. Обратите внимание на пористую поверхность древесного угля, который лежит у вас на столах. На своей поверхности уголь может адсорбировать различные вещества. Это свойство было применено русским ученым Н.Д.Зелинским при создании первого противогаза в годы первой мировой войны.

Чтобы перечислить соединения углерода, не хватит времени урока. Достаточно сказать, что все живое на Земле – от мельчайших амеб до гигантов растительного и животного мира – состоит из углеродсодержащих веществ.

Ученик.

У элемента углерода
Достоинств очень, очень много.
Людям он совсем как брат.
Много тысяч лет назад
Он уже пылал в костре,
Освещая интерьер пещер.

Украшает бриллиант
Дамский праздничный наряд.
Если мягкий, он – графит,
Пишет, линии чертит.
Такова, друзья, природа
Элемента углерода.

Учитель-биолог. Углерод составляет основу каменного угля, нефти и природного газа. Углеродный скелет – основа всех органических веществ: белков, жиров, углеводов, входящих в состав продуктов питания. Очень важно правильно сбалансировать соотношение в пище белков, жиров и углеводов. Неправильное питание становится причиной многих болезней, при избыточном питании возникает ожирение, а при недостаточном – дистрофия.

Устный журнал. Проблемы питания

Научный сотрудник-диетолог. Нет универсального продукта, способного полностью удовлетворить потребности человека в веществах, содержащих углерод. Взрослому человеку необходимо потреблять в сутки белков – 100 г, из них 50 г животного происхождения; жиров – 100 г, из них 30 г растительного происхождения; углеводов – 400 г.

Для Белгородской области характерна несбалансированность рациона питания взрослого населения. Потребление рыбы и изделий из нее составляет 42% от рекомендуемых потребностей, молока и молочных продуктов – 43%, овощей и фруктов – 49%, а вот крупяных и хлебобулочных изделий – 156%, т.е. в полтора раза выше нормы.

Учитель-химик. В переводе с латинского слово «кальций» означает известь. В виде металла кальций был получен в 1808 г. (демонстрация металлического кальция). В природе в свободном состоянии он не встречается, т.к. обладает большой химической активностью. Много кальция содержится в осадочных породах: мел, мрамор, известняк. А кто может сказать, почему наш город называется Белгород и почему в нашей области много мест, имеющих однокоренные названия: Беломестное, Белая гора, Беловское?

Ученик.

Наша область богата мелом. Мел, мрамор, известняк – это хороший строительный материал. Однако под действием кислотных дождей он разрушается. Докажем это экспериментально.

Лабораторный опыт
«Взаимодействие мела с кислотой»

CaCO₃ + …HCI = CaCl₂ + CO₂ + H₂O.

Группа химиков работает над расстановкой коэффициентов в уравнениях реакций у доски и на рабочих местах:

CaCO₃ + …HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂;

…CaCO₃ + …H₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂ + …CO₂ + …H₂O;

CaCO₃ + …HBr = CaBr₂ + CO₂ + H₂O;

CaCO₃ + … H₂SO₄ = CaSO₄ + CO₂ + H₂O.

На местах группы биологов и диетологов решают задачу на определение потребности организма в кальции.

Задача 5. Один стакан цельного молока содержит 288 мг кальция. Сколько нужно выпивать в день молока для снабжения вашего организма достаточным количеством этого элемента (табл. 2)?

 Таблица 2

Суточная потребность (мг) в некоторых элементах

Учитель-биолог. Строительный материал, используемый человеком, является строительным материалом и самого человека.

Кальций – основной компонент скелета человека, раковин моллюсков, коралловых полипов (демонстрация коллекций).

Кальций – компонент зубов, при его дефиците возникают проблемы: кариес, пульпит и т.д. В организме человека содержится 1,4% кальция. Ионы кальция – активаторы многих ферментов, без кальция невозможно сокращение мышечного волокна. Ионы Са²⁺ участвуют в передаче нервного импульса, являются одним из факторов свертывания крови.

Устный журнал.
Диета как потребность в элементах

Научный сотрудник-диетолог. Потребность взрослых людей в кальции составляет 0,8 г в сутки, детей – 1,4 г. Это количество кальция можно усвоить, вводя в пищевой рацион 1 л молока, или 150 г творога, или 1 яйцо. Кальций содержится в гречневой крупе, апельсинах, черной смородине.

Учитель-биолог. Почему у детей потребность в кальции выше? Вспомните, какую роль в организме человека играет кальций.

Учитель-химик. Век каменный на часах истории сменился веком медным, а затем железным. Железный век продолжается и сейчас. В XIV в. железо стоило в пять раз дороже золота. Железо образует множество минералов, одним из которых богата наша область – это гематит (Fe₂O₃). Наш край называют железорудным. Как вы думаете почему?

Миллионы тонн железа были затрачены на создание вооружения. Однако железо – основа современной техники и машиностроения.

Учитель-биолог. Железо защищает человека не только снаружи, но и изнутри. В организме человека содержится 4,2 г железа. Давайте вспомним, в каких клетках организма содержится железо. Железо входит в состав небелковой части гемоглобина – гема и белка миоглобина, содержащего запас кислорода в мышцах. В небольших количествах оно содержится в печени, селезенке, костях. При дефиците железа возникают апатия и усталость. С тем, какие продукты богаты железом, нас познакомит диетолог.

Научный сотрудник-диетолог. Железом богаты свекла, хурма, гранаты, красная икра, яблоки, печень, мясо, зеленые листья овощей.

Задача 6 (для химиков). Рассчитайте массовую долю химического элемента железа в гематите Fe₂O₃. (Ответ. 70%.)

Задача 7 (для биологов и диетологов). В куске белого пшеничного хлеба содержится 0,8 мг железа. Сколько кусков хлеба нужно съедать в день школьнику для удовлетворения суточной потребности в этом элементе? (Ответ. 22,5 куска.)

Научный сотрудник-диетолог. Вопрос. Какую роль играет железо в организме человека?

Ученик. Двухвалентное железо содержится в гемоглобине крови, обеспечивающем дыхание тканей организма.

Учитель-химик. Следующим элементом, с которым мы познакомимся, будет йод. Этот малораспространенный элемент был обнаружен французским химиком Б.Куртуа в 1811 г. в золе морских водорослей. Император Китая Цин Шихуанзи (III в. до н. э.), во время правления которого была построена Китайская стена, использовал для своих тайных писем рисовый отвар. После высыхания отвар не оставлял видимых следов. Если письмо смачивали спиртовым раствором йода, то появлялись синие буквы. Объясните почему.

(Демонстрационный опыт «Проявление крахмальной надписи раствором йода»

На листе появляется слово «биохимия».)

Вопрос. Для проявления надписи император пользовался отваром бурых водорослей. Объясните почему?

Учитель-биолог. Человек не может жить без йода. Йод необходим для синтеза в щитовидной железе гормонов тироксина и трийодтироксина. Эти гормоны участвуют в регуляции процессов роста и развития тканей. Они повышают интенсивность обмена веществ. Сотни лет не перестает восхищать людей портрет Джоконды, или Моны Лизы, знаменитой загадочной улыбкой. По мнению некоторых ученых, изображенная на портрете женщина страдала расстройством функции щитовидной железы – эндемическим зобом. Белгородская область относится к районам с высоким уровнем заболеваемости щитовидной железы.

Научный сотрудник-диетолог. Суточная потребность в йоде для человека – 130–200 мкг. В Белгородской области расширилось производство обогащенных йодом продуктов питания. Семь предприятий освоили выпуск хлеба «Белгородского» с морской капустой, а ОАО «Колос» увеличило его выпуск почти в 20 раз по сравнению с 1999 г.

Итоги урока

Учитель-химик. Сегодня мы рассмотрели несколько химических элементов. Как вы считаете, справедливо ли утверждение, что химия только вокруг нас?

Завершить заседание кафедры хотелось бы словами И.В.Гёте: «Мало знать, надо и применять. Мало хотеть, надо и делать».

Домашнее задание. Самостоятельно заполнить все колонки в табл. 1, в том числе и по элементу фосфору.

Л.А.МИШИНА,
учитель химии,
О.Ф.СОШЕНКО,
учитель биологии школы № 45
(г. Белгород)