Тема 3. ВОДА

матеріал 5

53. Вода в живій і неживій природі. Хімічно зв’язана вода. Частина 1

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок №53. Вода в живій і неживій природі. Хімічно зв’язана вода. Частина 1

Очікувані результати навчання

планує, здійснює пошук, опрацьовує, порівнює, аналізує, оцінює самостійно або у співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 2.1.1];
ідентифікує, формулює та аналізує самостійно або у співпраці з іншими життєву/навчальну проблему [12 ПРО 4.2.1];
пропонує варіанти організації роботи групи: розподілення обов’язків, налагодження комунікації для розв’язання навчальної/життєвої проблеми [12 ПРО 4.4.1];
формулює самостійно або у співпраці з іншими висновки за результатами досліджень та обґрунтовує їх [12 ПРО 1.5.2].

Мета уроку: дослідити значення води у неживій природі; визначити вплив води на геологічні процеси та формування клімату; ознайомити учнів з поняттям кристалогідратів, їхнім складом і властивостями; навчитися використовувати кристалогідрати для розв’язання побутових задач.

Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку (у порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

4. Якісна освіта.
9. Інновації та інфраструктура.
3. Підтримання хорошого здоров’я.

Ключові слова: колообіг води, підземні води, льодовики, кристалогідрати, клімат, водні ресурси, вуглекислий газ, гідросфера.

План уроку:

Планета Земля без… води?
Колообіг води в природі. Як вода формує клімат Землі?
Розв’язання завдань для кращого розуміння теми.
Хімічно зв’язана вода: дослідження властивостей кристалогідратів.
Рефлексія.

Очікувані результати для вчителя:

Учні пояснюють вплив води на геологічні процеси та формування клімату.
Учні описують основні процеси, які зумовлюють утворення сталактитів і сталагмітів у печерах.
Учні проводять якісну реакцію на воду за допомогою безводного купрум (II) сульфату.
Учні пояснюють роль кристалогідратів у житті та діяльності людини, характеризують їхні властивості.
Учні використовують гіпс для створення простих скульптурних об’єктів.

Очікувані результати для учнівства:

Я пояснюю вплив води на геологічні процеси та формування клімату.
Я описую основні процеси, які зумовлюють утворення сталактитів і сталагмітів у печерах.
Я проводжу якісну реакцію на воду за допомогою безводного купрум (II) сульфату.
Я пояснюю роль кристалогідратів у житті та діяльності людини, характеризую їхні властивості.
Я використовую гіпс як матеріал для створення простих скульптурних об’єктів.

Дружня порада вчителю

Тримайтеся, це лише на 45 хвилин.

Мотивація

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 5 хв.

Вступне слово вчителя:

“Вода нерозривно пов’язана з нашим життям, формуючи екосистеми та кліматичні умови на Землі.

Сьогодні ми дізнаємося, яку роль вода відіграє у природі. Ми поговоримо про її значення, унікальність та багатогранність. Тож разом відкриймо таємниці цієї дивовижної речовини, яку часто називають основою життя!”

Усім відомо, що 75% нашої планети вкрито водою. “Земля” — іронічна назва, чи не так? А тепер уявіть, що на планеті зникла раптом уся вода. Як би її відсутність позначилась на…?

Кліматі:

Геологічних процесах:

Біосфері:

Атмосфері:

Людській цивілізації:

Тобі може знадобитися

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 8 хв.

Використовуйте:

Відео “NASA: Earth Water Cycle” (5:52 хв).

Презентація з простими схемами, що описує колообіг води в природі.

Можна використовувати інтерактивні карти, 3D-сцени Mozaik.

Матеріали для опрацювання:

• Відео “NASA: Earth Water Cycle” (5:52 хв)

Відео

Колообіг води в природі

Колообіг води складається з кількох ланок: випаровування води, перенесення водяної пари повітряними потоками, конденсація в атмосфері та утворення хмар, випадання опадів, поверхневе та підземне стікання вод суходолу в океани та моря.

Сонце й вітер спричиняють випаровування води з поверхонь річок, озер, морів, океанів, ґрунту, листя рослин. Так вода перетворюється на пару. Легка водяна пара підіймається високо вгору.

Якщо температура повітря вища від 0 градусів, то водяна пара вгорі охолоджується і перетворюється на дрібненькі краплинки води. З них утворюються дощові хмари. У хмарах краплинки зливаються. Вони стають важкими й падають у вигляді дощу.

Коли стовпчик термометра опускається нижче 0 градусів, настають морози, випадає сніг. Сніжинки утворюються з водяної пари високо над землею. Спочатку це дуже маленькі кристалики-крижинки. Падаючи вниз, вони збільшуються. Так вода випадає знову на землю у вигляді дощу, снігу, граду.

Як вода формує клімат на Землі?

Впливає на показники температури: вода має високу теплоємність і здатність поглинати тепло. Великі водні маси, такі як океани, пом’якшують коливання температури, що сприяє помірним кліматичним умовам в прибережних районах.

Вологість повітря: вода в атмосфері впливає на вологість повітря. Океани випаровують воду, що забезпечує вологість та опади на суходолі. Від цього залежать регіональні кліматичні характеристики.

Формування опадів: вода є ключовим фактором у формуванні опадів, включаючи дощі, сніг, град і т. і. Опади визначають, зокрема, водні ресурси в регіоні.

Отже, вода є надзвичайно важливим чинником, який визначає кліматичні умови нашої планети й впливає на життя на Землі.

Життєва ситуація

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 15 хв.

Діяльність учителя:

Консультуйте групи, допомагайте виправляти помилки.

Диференціація для учнів.

Виберіть завдання, які, на вашу думку, будуть максимально цікавими для учнів.

Завдання № 1

Прочитайте текст, у якому описано утворення сталактитів і сталагмітів у печерах.

“Сталактит — мінеральне утворення циліндричної або конусоподібної форми, що звисає зі стель печер. Сталактити складаються переважно з карбонату кальцію, саме тому сталактити з’являються лише в печерах, оточених породами, що містять кальцій.

*Сталактити (зверху) і сталагміти (знизу).*
**Автор фото**: *Martin Souchay, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons*

Природні підземні води, що поглинають вуглекислий газ, мають кислотне середовище через уміст слабкої вугільної (карбонатної) кислоти. Вода, що насичена вуглекислим газом, набагато краще розчиняє погано розчинний карбонат кальцію, унаслідок цього утворюється розчинний гідрокарбонат кальцію. За певних умов реакція протікає у зворотному напрямку: вода випаровується, рівень вуглекислого газу зменшується і гідрокарбонат кальцію перетворюється на карбонат кальцію, що відкладається на поверхні й викликає ріст сталактита. Краплі мінеральної води, падаючи зі сталактита, формують на підлозі сталагміт. Сталактити та сталагміти «ростуть» разом, врешті, з’єднуються на середині, формуючи, таким чином, колону. Ріст сталактитів та сталагмітів відбувається повільно — десятки й сотні років”.

Демонстрація росту сталактитів і сталагмітів

А) Зобразіть наведені в тексті процеси у вигляді хімічних реакцій.
Заповніть пропуски в рівняннях реакцій.

… → … ↓ + …↑ + …
… + H₂O → H₂CO₃
… + … → Ca(HCO₃)₂

Відповідь:
СО₂ + H₂O → H₂CO₃
СаСО₃ + H₂CO₃ → Ca(HCO₃)₂
Ca(HCO₃)₂ → СаCO₃ ↓ + СО₂↑ + H₂O

Б) Спостерігаючи за швидкістю росту сталактитів і сталагмітів, учені певний час досліджували кліматичні зміни в природі. Серед наведених факторів оберіть ті, які потенційно можуть вплинути на ріст сталактитів і сталагмітів. Позначте відповіді “+” або “-”.

перехід людства на транспорт, що рухається за рахунок згоряння викопного палива;
нагрівання поверхневих вод Світового океану;
масове виробництво солі через випарювання мінеральних вод;
вирубування лісів для створення пасовищ.
рух континентальних плит.

Необхідно пригадати, які речовини залучені в утворенні сталактитів і сталагмітів.
А це саме вода та вуглекислий газ. Підвищення концентрації вуглекислого газу в повітрі буде впливати на швидкість росту сталактитів і сталагмітів.
Фактори, які впливають на зростання концентрації вуглекислого газу:

викопне паливо згоряє з утворенням вуглекислого газу (+);

океан поглинає 20-30% антропогенних викидів вуглекислого газу. А потепління вод знижує ефективність поглинання вуглекислого газу океаном. Через це у повітрі залишається більше вуглекислого газу. При підвищенні температури розчинність газів зменшується (+).

ніяк не впливає на концентрацію вуглекислого газу в повітрі (-)

рослини в ході фотосинтезу поглинають воду й вуглекислий газ. Вирубка лісів впливає на показник вуглекислого газу в повітрі (+);

рух континентальних плит ніяк не впливає на рівень вуглекислого газу в повітрі.

Завдання № 2

Ви професійний менеджер туристичного агентства. Ваше завдання — створити привабливу рекламу екскурсій до трьох унікальних природних локацій: Мертвого моря, річки Ріо-Тінто та льодовика Петермана.

Вимоги до реклами:

Зазначте країну, де розташована кожна локація.
Опис місця: розкажіть про його унікальні природні особливості.
Цікаві факти: додайте цікаві деталі, які можуть зацікавити туристів.

“Мертве море”

Країна: __________________________________________

Опис місця:

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Цікаві факти:

“Річка Ріо-Тінто”

Країна: ______________________________________________________

Опис місця:

Цікаві факти:

“Льодовик Петермана”

Країна: ______________________________________________________

Опис місця:

Цікаві факти:

Завдання № 3.

Кристалічні речовини, які містять хімічно зв’язані молекули води, називаються кристалогідратами. Вода, що входить до їхнього складу, називається кристалізаційною.
Більшість кристалогідратів є солями. До них належать, зокрема, всім відомий мідний купорос (CuSO₄·5H₂O). Склад кристалогідрата виражають формулою, у якій вказується число молекул кристалізаційної води на одну формульну одиницю речовини (через точку записується число молекул води).

Проведіть пошукову роботу, знайдіть назви кристалогідратів, представлених на рисунку, та напишіть конкретні приклади використання їх людиною. Заповніть таблицю.

*Формула*	*Назва (тривіальна або за номенклатурою)*	*Конкретні приклади використання*
CuSO₄·5H₂O
CaSO₄·2H₂O
Na₂SO₄·10H₂O
FeSO₄·7H₂O

Попрактикуймо самостійно

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 12 хв.

Діяльність учителя:

Нагадайте учням ключові правила техніки безпеки під час роботи з речовинами. Стежте за дотриманням правил техніки безпеки під час роботи учнів.

Консультуйте учнів, допомагайте їм виправляти помилки.

ХІМІЧНО ЗВ’ЯЗАНА ВОДА

Дослідіть властивості кристалогідратів — мідного купоросу та гіпсу.
Перед початком роботи пригадайте правила техніки безпеки.

Обладнання: штатив із пробірками або порцелянова чаша, пробіркотримач, пальник (спиртівка або сухе пальне), вода, мідний купорос, скульптурний гіпс, силіконова форма для художнього лиття, шпатель або ложка для замішування, пластилін.

1. Нагрівання мідного купоросу

Дружня порада вчителю

Нагрівання мідного купоросу: замість пробірок можна використовувати випарювальні порцелянові чаші.

Схема процесу така:

Пояснення до досліду:

“При нагріванні мідний купорос втрачає кристалізаційну воду, перетворюється на безводний купрум (II) сульфат, що має білий колір.
При додаванні води купрум (II) сульфат поглинає її та знову перетворюється на свою гідратовану форму — мідний купорос.
Безводний купрум (II) сульфат є якісним реагентом на воду”.

У пробірку насипте кілька шпателів мідного купоросу. Закріпіть пробірку в тримачі та нагрійте вміст пробірки над пальником (2-3 хв). Що спостерігаєте?

Спостереження:

Дайте пробірці трішки охолонути (1 хв).
Далі до пробірки з купрум (II) сульфатом додайте 5-10 мл води. Що спостерігаєте?
Поясніть, що відбулось.

Відповідь:

Замалюйте процес, який ви провели, щоб за вашою схемою його могли відтворити інші дослідники:

Напишіть висновок щодо проведеного досліду. У висновку напишіть, яку особливість мають кристалогідрати.

ВИСНОВОК:

2. Виготовлення гіпсової фігурки

Дружня порада вчителю

Запропонуйте дослід на вибір: “Виготовлення гіпсової фігурки” або “Модель щелепи з гіпсу”. В обох випадках потрібно буде замісити гіпс.
Поділить учнів на групи.

Рекомендується використовувати скульптурний гіпс для художнього лиття.

Рекомендовано попередньо зробити гіпсову фігурку самому, щоб зрозуміти та відчути всі тонкощі процесу.

Слідкуйте, щоб діти дотримувались покрокової інструкції.

У будівельній галузі гіпс (CaSO₄·2H₂O) використовують для виготовлення пам’яток архітектури (скульптур, пам’ятників), гіпсокартону, шпаклювання під час ремонту в квартирі. Гіпсові блоки використовуються в будівництві, як і бетонні блоки. У медицині гіпс застосовують для накладання хірургічних шин, а також для виготовлення моделі щелепи.

Для того щоб мінерал гіпс перетворився на матеріал для будівництва, його необхідно нагріти до 120-180℃. За такої температури гіпс втрачає кристалізаційну воду, утворюється безводний кальцій сульфат. Але коли до нього додають воду, він за лічені хвилини повертається до своєї попередньої гідратованої форми і твердне.
Реакції описаних вище процесів наступні:

Виконання:

Накрийте робочу поверхню газетою або поліетиленовою плівкою. Підготуйте всі необхідні матеріали: пластикова миска, шпатель або ложка для перемішування, вода (холодна або кімнатної температури), скульптурний гіпс, силіконова форма.
Налийте воду в миску. Шпателем або ложкою додавайте невеликими порціями гіпс у воду, рівномірно розсипаючи його по поверхні. Співвідношення гіпсу та води — 2-2,5 : 1. Залиште суміш на 1 хвилину, щоб гіпс увібрав воду.
Акуратно перемішуйте суміш шпателем або ложкою, поки не отримаєте консистенцію густої сметани. Уникайте утворення “грудочок” та бульбашок повітря — перемішуйте повільно, але ретельно.
Обережно залийте суміш у силіконову форму. Легенько постукайте формою об стіл, щоб видалити залишки повітряних бульбашок. Якщо потрібно, розрівняйте поверхню гіпсу лопаткою.
Залиште форму з гіпсом у спокої при кімнатній температурі. Час затвердіння залежить від виду гіпсу, зазвичай це 20-40 хвилин.
Наступного заняття витягніть фігурку з форми, обережно натискаючи на краї силікону. За бажанням можна дати фігурці висохнути ще 24 години для повного затвердіння. Фігурку можна розфарбувати фарбами (акрил, гуаш) або покрити лаком для захисту.
Ваш виріб готовий.

Рефлексія

Визначте загальний успіх засвоєння теми, обравши відповідну склянку.
Поясніть ваш вибір:

Дружня порада вчителю

Тривалість — до 3 хв.

Наголосити про важливість теми, яку дослідили:

“Вода впливає на геологічні процеси, формує рельєф, утворює печери, зумовлює клімат планети. Вода на Землі міститься не лише в річках, льодовиках та у вигляді пари, вона міститься навіть в мінералах, які вчені намагаються знайти на інших планетах.

На наступному занятті ми дослідимо вплив води на живі організми”.

У вільний від відпочинку час

“Як ми дізналися будову молекули води” (4 хв).

Відео

Завантажити матеріал (PDF)

Урок №53. Вода в живій і неживій природі. Хімічно зв’язана вода. Частина 1

Очікувані результати навчання

Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку (у порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

4. Якісна освіта.
9. Інновації та інфраструктура.
3. Підтримання хорошого здоров’я.

План уроку:

Планета Земля без… води?
Колообіг води в природі. Як вода формує клімат Землі?
Розв’язання завдань для кращого розуміння теми.
Хімічно зв’язана вода: дослідження властивостей кристалогідратів.
Рефлексія.

Очікувані результати для учнівства:

Я пояснюю вплив води на геологічні процеси та формування клімату.
Я описую основні процеси, які зумовлюють утворення сталактитів і сталагмітів у печерах.
Я проводжу якісну реакцію на воду за допомогою безводного купрум (II) сульфату.
Я пояснюю роль кристалогідратів у житті та діяльності людини, характеризую їхні властивості.
Я використовую гіпс як матеріал для створення простих скульптурних об’єктів.

Мотивація:

Кліматі:

Геологічних процесах:

Біосфері:

Атмосфері:

Людській цивілізації:

Тобі може знадобитися

Матеріали для опрацювання:

• Відео “NASA: Earth Water Cycle” (5:52 хв)

Відео

Колообіг води в природі

Як вода формує клімат на Землі?

Життєва ситуація

Завдання № 1

Прочитайте текст, у якому описується утворення сталактитів і сталагмітів у печерах.

Сталактит — мінеральне утворення циліндричної або конусоподібної форми, що звисає зі стель печер. Сталактити складаються переважно з кapбoнaту кaльцiю, сaмe тoмy cтaлaктити з’являютьcя лишe в пeчepax, oтoчeниx пopoдaми, щo мicтять кaльцiй.

Демонстрація росту сталактитів і сталагмітів

А) Зобразіть наведені в тексті процеси у вигляді хімічних реакцій.
Заповніть пропуски в рівняннях реакцій.

… → … ↓ + …↑ + …
… + H₂O → H₂CO₃
… + … → Ca(HCO₃)₂

перехід людства на транспорт, що рухається за рахунок згоряння викопного палива;
нагрівання поверхневих вод Світового океану;
масове виробництво солі через випарювання мінеральних вод;
вирубування лісів для створення пасовищ;
рух континентальних плит.

Завдання № 2

Вимоги до реклами:

Зазначте країну, де розташована кожна локація.
Опис місця: розкажіть про його унікальні природні особливості.
Цікаві факти: додайте цікаві деталі, які можуть зацікавити туристів.

Мертве море

Країна: __________________________________________

Опис місця:

Цікаві факти:

Річка Ріо-Тінто

Країна: ______________________________________________________

Опис місця:

Цікаві факти:

Льодовик Петермана

Країна: ______________________________________________________

Опис місця:

Цікаві факти:

Завдання № 3

Кристалічні речовини, які містять хімічно зв’язані молекули води, називаються кристалогідратами. Вода, що входить до їхнього складу, називається кристалізаційною.
Більшість кристалогідратів є солями. До них належать, зокрема, всім відомий мідний купорос (CuSO₄·5H₂O). Склад кристалогідрату виражають формулою, у якій вказується число молекул кристалізаційної води на одну формульну одиницю речовини (через точку записується число молекул води).

*Формула*	*Назва (тривіальна або за номенклатурою)*	*Конкретні приклади використання*
CuSO₄·5H₂O
CaSO₄·2H₂O
Na₂SO₄·10H₂O
FeSO₄·7H₂O

Попрактикуймо самостійно

ХІМІЧНО ЗВ’ЯЗАНА ВОДА

Дослідіть властивості кристалогідратів — мідного купоросу та гіпсу.
Перед початком роботи пригадайте правила техніки безпеки.

1. Нагрівання мідного купоросу

Спостереження:

Відповідь:

Замалюйте процес, який ви провели, щоб за вашою схемою його могли відтворити інші дослідники:

Напишіть висновок щодо проведеного досліду. У висновку напишіть, яку особливість мають кристалогідрати.

ВИСНОВОК:

2. Виготовлення гіпсової фігурки

У будівельній галузі гіпс (CaSO₄·2H₂O) використовують для виготовлення пам’яток архітектури (скульптур, пам’ятників), гіпсокартону, шпаклювання під час ремонту у квартирі. Гіпсові блоки використовуються в будівництві, як і бетонні блоки. У медицині гіпс застосовують для накладання хірургічних шин, а також для виготовлення моделі щелепи.

Виконання:

Накрийте робочу поверхню газетою або поліетиленовою плівкою. Підготуйте всі необхідні матеріали: пластикова миска, шпатель або ложка для перемішування, вода (холодна або кімнатної температури), скульптурний гіпс, силіконова форма;
Налийте воду в миску. Шпателем або ложкою додавайте невеликими порціями гіпс у воду, рівномірно розсипаючи його по поверхні. Співвідношення гіпсу та води — 2-2,5 : 1. Залиште суміш на 1 хвилину, щоб гіпс увібрав воду.
Акуратно перемішуйте суміш шпателем або ложкою, поки не отримаєте консистенцію густої сметани. Уникайте утворення “грудочок” та бульбашок повітря — перемішуйте повільно, але ретельно.
Обережно залийте суміш у силіконову форму. Легенько постукайте формою об стіл, щоб видалити залишки повітряних бульбашок. Якщо потрібно, розрівняйте поверхню гіпсу лопаткою.
Залиште форму з гіпсом у спокої при кімнатній температурі. Час затвердіння залежить від виду гіпсу, зазвичай це 20–40 хвилин.
Наступного заняття витягніть фігурку з форми, обережно натискаючи на краї силікону. За бажанням можна дати фігурці висохнути ще 24 години для повного затвердіння. Фігурку можна розфарбувати фарбами (акрил, гуаш) або покрити лаком для захисту.
Ваш виріб готовий.