Интегрированный урок химии и биологии: круговороты веществ и антропогенное влияние

Интегрированный урок биологии и химии в 9 классе.

Тема: «Круговороты веществ и превращение энергии в биосфере. Антропогенное влияние на круговороты веществ».

Цель урока: Обобщение и систематизация знаний по теме «Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Антропогенное влияние на круговороты веществ».

Задачи урока:

1. Сформировать у учащихся знания о биогеохимических циклах и роли живых организмов в поддержании круговорота биогенных элементов.

2. Углубить, обобщить и систематизировать знания учащихся о химических элементах, их соединениях и их воздействии на окружающую среду.

3. Развивать умение наблюдать и объяснять разнообразные химические явления в природе.

4. Продолжить формирование у школьников отрицательного отношения к деятельности человека, наносящей ущерб природной среде.

5. Научить школьников использовать полученные знания о процессах, происходящих в биосфере, для обоснования мероприятий по охране природы.

6. Развивать умение работать с дополнительными источниками знаний.

Тип урока: Интегрированный урок повторения и обобщения изученного материала.

Оборудование:

1. Коллекция горных пород, содержащих углерод, азот и фосфор.

2. Растворы соляной кислоты, гидроксида кальция, нитрата серебра.

3. Индикатор лакмус.

4. Лабораторное оборудование: пробирки, газоотводные трубки, спиртовки, держатели.

Ход урока.

1. Оргмомент:

Знакомство с темой урока, постановка цели и задач (Слайд 1, 2).

На доске эпиграф: (Слайд 3)

“Ах, эта среда обитания!
Все связаны между собой
Обменом, цепями питания,
Составом, структурой, судьбой”.

1. Актуализация знаний:

учитель биологии обращает внимание учащихся на эпиграф и организует фронтальную беседу о биосфере как среде обитания живых организмов, основных свойствах живого вещества, роли живых организмов в биосфере, функциях живого вещества в ней (Беседа по вопросам с использованием слайда 4).

• Что такое биосфера?

• Что называется биогеохимическими циклами?

• Какова роль живых организмов в них?

• Кто такие продуценты, консументы, редуценты?

• Какова их роль биогехимических циклах?

• Какие элементы называют биогенными?

• Что такое макротрофные и микротрофные элементы?

1. Значение круговорота в природе и жизнедеятельности человека (учитель химии) (слайд 5)

1

Известно, что из более 90 химических элементов, встречающихся в природе, 30 – 40 необходимы живым организмам. Некоторые элементы, такие как углерод, водород и азот, требуются в больших количествах, другие – в малых.

Химические элементы циркулируют в биосфере по определённым путям, обеспечивая свою неисчерпаемость. В связи с этим реализуется закон сохранения вещества: атомы в химических реакциях никогда не исчезают, не образуются и не превращаются друг в друга; они только перегруппировываются с образованием различных молекул и соединений (одновременно происходит поглощение или выделение энергии). В силу этого атомы могут использоваться в самых различных соединениях и запас их никогда не истощается. Именно это происходит в биосфере в виде круговоротов элементов. При этом выделяют два круговорота: большой (геологический) и малый (биологический).

2. Биосфера (учитель биологии)

Наиболее значимыми для функционирования биосферы являются круговороты основных элементов, входящих в состав живого вещества: углерода, кислорода, азота, фосфора и серы, поскольку они являются компонентами для построения основных молекул живого вещества – углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот. Эти круговороты создаются живым веществом и одновременно поддерживают жизнедеятельность самих живых организмов. В процессе фотосинтеза за год зелёными растениями потребляется 480 млрд. т вещества, выделяется в атмосферу 250 млрд. т свободного кислорода. При этом создаётся 240 млрд. т живого вещества, а в круговорот вовлекается 1 млрд. т азота, 260 млн. т фосфора, 200 млн. т серы и т.п.

За время существования биосферы свободный кислород атмосферы обновлялся не менее миллиона раз, а воды Мирового океана прошли через биогенный цикл не менее 300 раз (слайд 6,7).

Учитель химии: Посмотрим на эти элементы с точки зрения химии.

1. Обобщение знаний по темам курса химии «Углерод», «Азот», «Фосфор»

Рассказ учащихся с использованием заранее выполненных презентаций. После повторения учащиеся выполняют практическое задание в группах.

Презентация «Углерод». Приложение №1.

учитель химии:

• содержание углерода в карбонатных горных породах (демонстрация коллекции горных пород).

В природе углерод встречается в свободном состоянии (алмаз, графит) и в форме соединений, главным образом карбонатов основным карбонатным минералом является кальцит CaCO_3,который образует карбонатные осадочные горные породы: мел, известняк, мрамор. Углерод входит в состав известковых туфов и в виде углекислого газа (слайд 8).

Практическое задание: Доказать опытным путем, что в состав соединения №1 входит связанный углерод.

1. К выданному образцу прилить соляную кислоту, выделяется газ.

2. В пробирку опустить горящую лучинку, она потухнет. Углекислый газ не поддерживает горение.

3. Уравнение реакции записать в молекулярном и ионном виде (слайд 9).

• поддержание концентрации СО₂ атмосферы; 2

Углекислый газ образуется в результате дыхания

Опыт подышать в чистую стеклянную трубочку через известковую воду, она помутнеет.

Углекислый газ образуется при сгорании топлива. Поэтому в городской местности, вблизи заводов, фабрик и транспорта углекислого газа больше, чем в сельской местности. Он образуется при тлении и гниении органических веществ.

учитель химии:

• углерод океана

Гораздо больше, чем в воздухе, углекислого газа содержится в водах морей и океанов. В воде он легко растворяется, образуя слабую угольную кислоту H₂CO₃. Эта кислота вступает в реакции с кальцием и другими элементами, образуя минералы, называемые карбонатами и гидрокарбонатами. Карбонатные породы, например известняк, находится в равновесии с диоксидом углерода, который содержится в контактирующей с ними воде. Аналогичным образом количество СО₂ , растворенного в океанах и пресных водах, определяется его концентрацией в атмосфере. Общее количество растворенных и осадочных углеродсодержащих веществ оценивается в 1,8 трл.т.

Задание: (слайд 10).

Осуществить цепочку превращений: СО₂ Н₂СО₃ СаСО₃ Са (НСО₃)₂

учитель химии:

• химический круговорот углерода;

миграция углерода осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где углекислый газ переходит в угольную кислоту, в гидрокарбонат - ионы и карбонат – ионы. Затем с помощью растворенного в воде кальция (реже магния) происходит осаждение карбонатов (CаСО₃) биогенным и абиогенным путем, в результате чего возникают мощные толщи известняков.

учитель биологии:

• биологический круговорот углерода (слайд 11, 12);

Углерод поступает в биосферу в результате фиксации его в процессе фотосинтеза. Количество углерода, ежегодно связываемого растениями, оценивается в 46 млрд. т. Часть его поступает в тело животных и освобождается в результате дыхания в виде СО₂, который вновь поступает в атмосферу.

Сотни миллиардов тонн углекислого газа вместе с водой включается ежегодно в процесс фотосинтеза, в результате которого образуется свободный молекулярный кислород и важные органические вещества - углеводы.

Кроме того, запасы углерода в атмосфере пополняются за счёт вулканической деятельности и сжигания человеком горючих ископаемых. Хотя основная часть поступающего в атмосферу диоксида углерода поглощается океаном и откладывается в виде карбонатов, содержание СО2 в воздухе медленно, но неуклонно повышается.

Углекислый газ образуется в результате горения углеродсодержащих веществ (природный газ, уголь, нефть, древесина), а также в ходе процессов гниения, дыхания и др. Содержание СО₂ в атмосфере составляет 0,03%, что обеспечивает относительное постоянство климата на Земле.

учитель химии:

• нарушение концентрации СО₂ в результате промышленной революции (добыча угля,

нефти, разрушение гумуса, вырубка лесов); 3

• последствия нарушения концентрации СО₂ в атмосфере, «Парниковый эффект» (слайд 13);

учитель биологии:

• источники попадания в атмосферу СО;

Угарный газ образуется при горении углеродсодержащих веществ в условиях высоких температур и недостатка кислорода, например в печах, автомобильных двигателях. В цехах и лабораториях при работе с оксидом углерода два устанавливается строгий контроль над герметичностью аппаратов и содержанием газа не должно превышать 20 мг/м³. В быту мы встречаем этот газ чаще, чем было бы желательно, в табачном дыме - до 0.5 %, в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания около 3%, большое количество этого газа в дымовых газах фабричных труб.

• воздействие СО на организм человека;

Угарный газ чрезвычайно ядовит! Отравление наступает незаметно и сопровождается головокружением и головной болью (лучшее средство помощи - свежий воздух). Это вещество активно связывается с гемоглобином крови. В цехах и лабораториях при работе с оксидом углерода два устанавливается строгий контроль над герметичностью аппаратов и содержанием газа не должно превышать 20 мг/м³. Газ обладает кумулятивным действием, т. е. может накапливаться в организме, поэтому отравление им может наступить и спустя 2-3 месяца в результате его вдыхания в небольших дозах. Первая помощь при отравлении оксидом углерода два чистый воздух, вдыхание паров нашатырного спирта. Т.О. В процессе фотосинтеза углекислота превращается в органическое вещество, служащее пищей животным. Дыхание, брожение и сгорание топлива возвращают углекислоту в атмосферу.

Презентация «Азот».

учитель химии:

• Среди основных неорганических веществ, содержащих атомы азота можно назвать азотную кислоту и ее соли.

а) природные соединения азота – селитры (учитель химии);

Все нитраты щелочных металлов, щелочно - земельных металлов аммония называют селитрами (натриевая, калийная и т. д. )

Особое название имеют соли: NaNO₃ - чилийская селитра (натриевая)

KNO₃ - индийская селитра (калиевая)

Ca(NO₃)₂ - норвежская селитра (кальциевая)

б) атмосферный азот

Свободного молекулярного азота 80% в атмосфере более чем достаточно. Однако фиксация азота в живом веществе нашей планеты осуществляется ограниченным количеством живых существ. Только некоторые микроорганизмы почв и поверхности мирового океана способны расщеплять молекулярный азот и использовать его для построения белков и других органических соединений живого вещества. Атмосферный азот поглощается при жизнедеятельности азотофиксирующими бактериями и некоторыми водорослями, которые синтезируют нитраты, доступные для использования растениями биосферы.

Растения и животные после своей гибели возвращают азот в почву, откуда оно поступает в состав новых организмов. При этом определенная часть азота в виде молекул возвращается в атмосферу.

В почвах происходит процесс нитрификации, который состоит из цепи реакций, когда при участии микроорганизмов происходит окисление иона аммония до нитрита или нитрита до нитрата. Восстановление нитритов и нитратов до газообразных соединений молекулярного азота или его оксидов составляет сущность процессов денитрификации. В малых количествах атмосферный азот

4

связывается с кислородом в процессе грозовых разрядов, а затем с дождями выпадает на поверхность почв.

Учитель биологии:

• Круговорот азота. Азот - один из основных биогенных элементов - в громадных количествах содержится в атмосфере, где составляет 80% от общей массы её газообразных компонентов. Однако в молекулярной форме он не может использоваться ни высшими растениями, ни животными. В форму, пригодную для использования, атмосферный азот переводят электрические разряды (при которых образуются оксиды азота, в соединении с водой дающие азотистую и азотную кислоты), азотфиксирующие бактерии и сине-зелёные водоросли. Одновременно образуется аммиак, который другие хемосинтезирующие бактерии последовательно переводят в нитриты и нитраты. Последние наиболее усвояемы для растений. Биологическая фиксация азота на суше составляет примерно 1 г/м2, а в плодородных областях достигает 20 г/м2. После отмирания организмов гнилостные бактерии разлагают азотсодержащие соединения до аммиака. Часть его уходит в атмосферу, часть восстанавливается денитрифицирующими бактериями до молекулярного азота, но основная масса окисляется до нитритов и нитратов и вновь используется. Некоторое количество соединений азота оседает в глубоководных отложениях и надолго (миллионы лет) выключается из круговорота. Эти потери компенсируются поступлением азота в атмосферу с вулканическими газами (слайд 14, 15, 16).

учитель химии:

Задание: (слайд 17) записать уравнения реакции, происходящие в атмосфере во время грозы

Осуществить цепочку превращений:

N₂NONO₂ HNO₃

в) локальные круговороты азота;

Большая часть азота забирается из почвы с сельскохозяйственными культурами, поэтому в почву нужно вносить азотные удобрения.

г) применение азота и его соединений

Задание опыт:

Докажите экспериментальным путем, что нельзя вносить соли аммония в качестве азотных удобрений вместе с известью? (слайд 18).

Учитель биологии:

д) отрицательное влияние азотных соединений на окружающую среду;

Накопление нитратов и нитритов в продуктах питания и вредно сказываются на здоровье человека, химическая эрозия почвы (слайд 19).

Презентация «Фосфор».

учитель химии:

а) химический круговорот фосфора в природе;

разлагаются (эрозия)

Горные породы фосфаты  фосфаты

 потребляются растениями

для синтеза органических веществ

б) природные фосфаты;

основные запасы фосфора содержат различные горные породы: фосфориты и апатиты, которые в результате разрушения и эрозии отдают свои фосфаты растениям, а они синтезируют органические вещества. 5

Содержат Р в виде нерастворимого Са₃(РО₄)_2,плохо усваивается растениями.

Практическое задание:

Докажите опытным путем, что выданное вам вещество №3 содержит фосфаты.

Запишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде. Назовите признаки реакции.

Учитель биологии:

в) усвоение фосфора растениями и животными;

г) разложение фосфатов бактериями и грибами;

Фосфаты употребляются растениями и используют их для синтеза органических веществ, При разложении трупов животных и микроорганизмов фосфаты возвращаются в почву и затем снова используются растениями. Часть фосфатов выносится водотоками в море.

учитель химии:

д) превращение нерастворимых фосфатов в растворимые (демонстрация опыта);

е) отрицательное влияние фосфорных соединений на окружающую среду;

Подведение итогов урока:

1. Биосфера – энергетически открытая система

2. Накопление веществ в биосфере идёт за счёт растений, способных преобразовывать энергию солнечного света.

3. Круговорот веществ - необходимое условие существования жизни на Земле.

4. В процессе эволюции в биосфере установилось равновесие между организмами.

3. Закрепление.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ.

Биологическая задача №1.

В основе круговорота веществ лежат связи между орга­низмами - производителями, потребителями и разрушителями органического вещества.

Что это за связи? Почему цепь питания не может состоять только из организмов-производителей и потребителей органиче­ского вещества?

Биологическая задача №2.

Круговорот веществ, их движение требуют постоянного притока энергии. Что служит источником этой энергии? Почему считают, что поставщиками энергии являются растения? Какую энергию они поставляют для круговорота веществ?

Экологическая задача № 3.

Сокращение озонового слоя на 1% способствует росту ра­ковых заболеваний на 6% в год. Численность жителей земного шара составляет 6 млрд. чел. Какова численность людей, забо­левших раком, ежегодно, если дефицит озонового слоя достиг­нет указанной величины?

Экологическая задача № 4.

Автомобиль ГАЗ-24 с водителем и четырьмя пассажирами выбрасывает в воздух 40 г ядовитой окиси углерода (СО) за 1 км пробега. Сколько углерода (СО) он выбросит за 255 км пробега?

Домашнее задание:  (по выбору)

1. Творческое: на листе формата А4 составить схему круговорота кислорода, стрелками показать последовательность происходящих процессов и оформить получившиеся схемы рисунками.

2. Составить кроссворд по теме урока.

6

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/608686-konspekt-uroka