Submitted by Ирина Валерьевна Губкина on чт, 28/05/2009 - 06:29
Тема: Исследование водопроводной воды.
Цель:развитие и закрепление знаний учащихся о способах исследования водопроводной воды.
Задачи:
расширить знания учащихся о водопроводной воде;
выявить основные источники загрязнения природных вод;
развивать учебно-коммуникативные умения;
развивать познавательные интересы, интеллектуальные и творческие способности в процессе поиска решения жизненно важных проблем;
развивать у школьников интерес изучения химии с опорой на их жизненный опыт при объяснении практического значения изучаемого материала.
ОУУН:
Оценивать свою работу и деятельность одноклассников.
Организовывать деятельность в группах.
Уметь опровергать и доказывать.
Владеть приемами риторики.
Выслушивать и объективно оценивать другого.
Вырабатывать общее решение.
Подготовительная работа учащихся: презентацию: гигиенические требования к качеству питьевой воды и заболевания, возникающие при токсичном воздействии химических элементов и субстанций, находящихся в питьевой воде.
Средства обучения:компьютеры, экран, проектор, химическая посуда, реактивы.
Ожидаемый результат:
Учащиеся должны знать: основные источники загрязнения природной воды; болезни, связанные с загрязнением питьевой воды; методы химического анализа питьевой воды.
Учащиеся должны уметь: применять полученные знания на практике; практически исследовать качества питьевой воды, работать в группе.
Ход занятия:
Учитель:Сегодня наше занятие мы начнем с песни (заставка из песни «Удивительный вопрос, почему я водовоз»).
Учитель: А потому что без воды и не туды, и не сюды. Вода – самое распространенное вещество в природе, она жизненно необходима всем живым организмам. Скажите, а зачем человеку нужна вода?
Учащиеся: Живые организмы не могут существовать без воды. Вода входит в состав клеток и тканей любого животного и растения. Тело взрослого человека состоит из 70-80% воды. Потеря организмом человека более 10% воды может привести к смерти. Сложные реакции в растительных и животных организмах протекают в водной среде, например, процесс пищеварения требует в сутки не менее 9-10 л. воды.
Учитель:Вода, как и воздух, неразделимо связана с существованием на Земле. Вода необходима для жизни и деятельности человека. В течение тысячелетий люди без вреда для себя просто пили воду из ближайшей реки или ручья. Однако по мере разрастания городов это становилось все более и более опасным. Разнообразные отходы сбрасывались или смывались дождями в те же реки, из которых люди брали воду для питья. Стали происходить непонятные вспышки болезней. К каким заболеваниям может привести некачественная питьевая вода?
Ученик: (Домашнее задание сообщение или презентация).
Здоровье человека очень сильно зависит от качества питьевой воды. Некачественная вода может служить причиной накопления чуждых для организма химических соединений, которые могут спровоцировать различные болезни.
Заболевания, возникающие при токсичном воздействии химических элементов и субстанций, находящихся в питьевой воде.
И это только незначительный перечень болезней, связанных с загрязнением воды, применяемой для питья! Вода крайне чувствительна к загрязнению, а человек, не задумываясь, нарушает естественные условия, сложившиеся в водоемах, превращает прозрачные реки и озера в мутные, дурнопахнущие, наполненные ядами. Согласно Всеобщей декларации прав человека право на чистую воду, ее охрану и информацию о качестве воды – одно из основных прав человека, защищающее не только его здоровье, но и жизнь.
Учитель:В наше время качество воды стало проблемой, волнующей всех. Мы не можем более полагаться на природу в деле снабжения нас чистой водой, поскольку расходуем воду в очень больших количествах. Необходимо очищать ее самим. Что является основными источниками загрязнения природных вод?
Учащиеся:
- Промышленные и бытовые сточные воды.
- Атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха химических продуктов промышленного и бытового происхождения.
- Ядохимикаты и удобрения, проникающие в подземные воды и смываемые дождями с полей.
- Крупные свалки химических и бытовых отходов, содержащие токсичные металлы, хлорорганические соединения, которые благодаря атмосферным осадкам попадают в поверхностные и грунтовые воды.
- Перевозимые водным транспортом нефть, нефтепродукты, соединения, образующиеся при работе водного транспорта.
Учитель:Из всего сказанного следует, что питьевая вода нуждается в тщательной очистке, и для того чтобы человек мог использовать воду для питья и бытовых нужд, ее сначала очищают. Очистка питьевой воды – процесс дорогостоящий. Для этого строят специальные водоочистительные сооружения. Основными этапами очистки воды являются: отстаивание, фильтрование, обеззараживание, т.е. устранение любых патогенных для человека микроорганизмов. Для обеззараживания воды от болезнетворных микроорганизмов применяют газы – хлор или озон. Далее санитарно – эпидемиологическая служба проводит анализ качества питьевой воды.
Учитель:Какие гигиенические требования разработаны к качеству питьевой воды?
Ученик:(Домашнее задание сообщение или презентация).
Гигиенические требования к качеству питьевой воды разработаны на основании Федерального закона №52-73 от 30.03.1994 года. Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам. Согласно санитарным правилам на территории Российской Федерации допустимы следующие ПДК - предельно–допустимые концентрации:
Таблица. Нормативы ПДК
Показатели
Единицы измерения
ПДК
Общая жесткость
мг-экв л
7 (10)
Хлорид – ионы
мг л
350
Нитрат - анионы
мг/л
45
Повышенная концентрация солей в воде ухудшает вкус питьевой воды. Если содержание солей превышает предельно-допустимые концентрации, вода становится непригодной для питья.
При жесткости до 4 мг-эквл вода считается мягкой, от 4 – 8 мг-эквл – средней жесткости, от 8 – 12 мг-эквл – жесткой, больше 12 мг-эквл – очень жесткой. Встречаются и другие классификации воды по степеням жесткости. Допустимая величина общей жесткости для питьевой воды 7 мг-эквл, в отдельных случаях до 10 мг-эквл.
Таблица. Классификация воды по степеням жесткости
ПДК общей жесткости
(в мг-эквл)
Тип воды
4
мягкая
4 – 8
средней жесткости
8 – 12
жесткая
больше 12
очень жесткая
Для хозяйственно-бытовых нужд требуется мягкая вода или вода с очень незначительной жесткостью, т.к. при кипячении жесткой воды образуется накипь. При стирке тканей в жесткой воде образуются нерастворимые соединения (стеараты кальция), которые осаждаются на поверхности тканей и постепенно разрушают волокна. В жесткой воде плохо развариваются продукты. Употребление жесткой воды увеличивает опасность мочекаменной болезни, неблагоприятно влияет на состояние сосудов, приводит к отложению солей.
Учитель:А теперь мы узнаем, какая вода течет в наших водопроводных трубах.
Разбить учащихся на три группы (3-4 человека) и предоставить возможность ученикам самим определить роль каждого при выполнении задания. При работе над новым материалом каждому участнику группы дается вопрос. Когда отвечает первый ученик, двое учащихся должны найти подтверждения или опровержения его ответам, а четвертый ученик фиксирует эти ответы или придумывает примеры, подтверждающие высказанную мысль. Далее по кругу ученики меняются ролями.
1 этап
1 этап работы исследование органолептических показателей воды. Каждая группа проводит исследование водопроводной воды на окраску, прозрачность, запах:
Цвет (окраска).Для определения цветности воды возьмите стеклянный сосуд и лист белой бумаги. В сосуд наберите воду и на белом фоне бумаги определите цвет воды (голубой, зеленый, желтый, серый, коричневый) – показатель определенного вида загрязнения.
Прозрачность.Для определения прозрачности воды используем прозрачный мерный цилиндр с плоским дном, в который наливаем воду, подкладываем под цилиндр на расстоянии 4 см от его дна шрифт, высота букв которого 2 мм, а толщина линий букв – 0.5мм, и сливаем воду до тех пор, пока сверху через слой воды не будет виден этот шрифт. Измерим высоту столба оставшейся воды линейкой и выразим степень прозрачности в см. При прозрачности воды менее 3 см водопотребление ограничивается. Уменьшение прозрачности природных вод свидетельствует об их загрязненности.
Запах.Запах воды после ее хлорирования не должен превышать двух баллов. Определение основано на интенсивности запахов воды при 20 и 60 С.
Характер и род запаха воды естественного происхождения
Характер запаха
Примерочный род запаха
Ароматический
Огуречный, цветочный
Болотный
Илистый, тинистый
Гнилостный
Фекальный, сточной воды
Древесный
Мокрой щепы, древесной коры
Землистый
Прелый, свежевспаханой земли
Плесневый
Затхлый, застойный
Рыбный
Рыбы
Сероводородный
Тухлых яйц
Травянистый
Скошенной травы
Неопределенный
Не подходящий под предыдущие определения
Интенсивность запаха воды
Балл
Интенсивность
запаха
Качественная характеристика
0
-
Отсутствие ощутимого запаха
1
Запах очень слабый
Запах, не поддающийся обнаружению потребителями, но обнаруживаемый в лаборатории опытным исследователем
2
Запах слабый
Запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый, если на него обратить внимание
3
Запах заметный
Запах, легко обнаруживаемый и дающий повод относится к воде с одобрением
4
Запах отчетливый
Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду не пригодной для питья
5
Запах очень сильный
Запах настолько сильный, что вода становится непригодной для питья
После проведения работы каждая группа выдает свои результаты. Проводится сравнение результатов.
2 этап
1 группа получает материал по хлорированию воды (смотрите приложение). Вопросы для 1 группы: С какой целью проводится обеззараживание воды? Объясните суть метода хлорирования воды? Дезинфекция питьевой воды. Какой вред может принести хлорированная вода?
2 группа получает материал на определение нитрат-анионов в воде (смотрите приложение). Вопросы для 2 группы: Что такое нитраты? Как нитраты попадают в природные воды? Концентрация нитратов в воде? К каким заболеваниям может привести избыточное количество нитратов в организме человека?
3 группа получает материал на определение общей жесткости воды (смотрите приложение). Вопросы для 3 группы: Что такое временная жесткость воды? Устранение жесткости воды? С какой жесткостью рекомендуется вода для хозяйственно – бытовых нужд? Постоянная жесткость воды.
3 этап
Каждая группа проводит свое исследование водопроводной воды: 1 группа - на определение нитрат-анионов, 2 группа - на определение ионов хлора, 3 группа - определение жесткости воды.
1 группа:
Определение хлоридов в воде.
1.Мерную склянку ополосните несколько раз анализируемой водой. Поместите в склянку объем анализируемой воды в соответствии с таблицей 1.
4.Постепенно, по каплям титруйте содержимое склянки раствором нитрата серебра при перемешивании до появления неисчезающей оранжево-желтой окраски раствора. Определите объем раствора нитрата серебра, израсходованный на титрование (VAgNO3, мл).
5.Рассчитайте концентрацию хлорид-аниона (Схл, мг/л) в анализируемой воде по формуле:
С хл =VAgNO3*Н* 35,5*1000/VA
Где:VAgNO3– объем раствора нитрата серебра, израсходованный на титрование, мл;
Н – концентрация раствора нитрата серебра, 0,05 моль/л;
VA - объем воды взятой на анализ, мл;
35,5 – эквивалентная масса хлора;
1000 – коэффициент пересчета единиц измерений из г/л в мг/л.
Таблица1.
Предполагаемая конц. Хлорид-анионов, мг/л
Объем пробы, мл
4,0 - 10
150,0
10 – 200
10,0
200 – 700
5,0
700 - 1200
1
2 группа:
Определение нитрат – анионов в воде.
Ход работы.
1.Отберите 6 мл пробы в градуированную, предварительно ополоснув ее анализируемой водой. Доведите объем дистиллированной водой до 11 мл, перемешайте.
2.Добавьте к содержимому пробирки 2,0 мл салицилата натрия, закройте пробирку пробкой и встряхните для перемешивания раствора.
3.Прибавьте в пробирку 0,2 г порошка восстановителя, используя шпатель (0,2 г порошка заполняют 1/3 объема шпателя без горки). Закройте пробирку пробкой и тщательно перемешайте.
4.Оставьте пробирку на 3 минуты для полного протекания реакции, периодически встряхивая содержимое пробирки.
5.Перелейте раствор из пробирки в склянку для колометрирования до метки «10», стараясь не допустить попадания осадка в склянку.
6.Проведите визуальное колориметрирование пробы. Для этого склянку поместите на белое поле контрольной шкалы и, определите ближайшее по окраске поле контрольной шкалы и соответствующее ему значение концентрации нитрат – анионов в воде в мг/л.
3 группа:
Определение общей жесткости воды.
Ход работы.
1.Мерную склянку ополосните несколько раз анализируемой водой. В склянку налейте до метки анализируемую воду (10,0 мл).
2.Добавляйте в склянку разными пипетками 2-3 капли раствора буферного аммиачного и 1-2 капли раствора индикатора хром темно-синего.
3.Герметично закройте склянку пробкой и встряхните для перемешивания.
4.Постепенно титруйте содержимое склянки раствором трилона Б с помощью пипетки и шприца до перехода окраски в точке эквивалентности из винно-красной в ярко – голубую, наблюдая окраску на белом фоне при достаточной освещенности. Периодически встряхивайте склянку для перемешивания пробы. Определите объем раствора, израсходованный на титрование общей жесткости.
Примечание.После изменения окраски пробу необходимо выдержать еще 0,5 минут для полного протекания реакции. Окраска раствора может восстанавливаться. В этом случае необходимо добавить еще некоторое количество трилона Б.
5.Рассчитайте величину общей жесткости (Сож) в ммоль/л по формуле:
Vож - количество раствора трилона Б, израсходованного на титрование, мл;
Vпр - объем пробы, взятой для анализа, мл;
1000 – коэффициент пересчета единиц измерений.
На доске изображена таблица с нормативами ПДК
Показатели
Единицы измерения
ПДК
Общая жесткость
мг-экв л
7 (10)
Хлорид – ионы
мг л
350
Нитрат - анионы
мг/л
45
и таблица с пустыми клетками значений ПДК и единиц измерения.
Показатели
Единицы измерения
ПДК
Общая жесткость
Хлорид – ионы
Нитрат - анионы
Из каждой группы, выходят по одному человеку и выписывают данные, которые они получили в группе, кратко рассказывают, что рассматривали и как проводили работу.
Учитель: Сравните наши данные с нормативами ПДК и сделайте вывод о качестве нашей питьевой воды.
Учащиеся:сравнивают, делают выводы, соответствует ли водопроводная вода нормативам ПДК.
Учитель: 22 февраля 1993 года Генеральная Ассамблея Организации объединенных наций объявила 22 марта Всемирным днем воды. Цель этого праздника – привлечь внимание к проблемам нехватки питьевой воды, необходимости сохранения и рационального использования водных ресурсов. К проведению Всемирного дня воды привлекаются правительства разных стран, международные агентства, общественные организации. А что вы можете предложить для сохранения и улучшения качества пресной воды, увеличения ее количества для будущих поколений.
Задание выполняется индивидуально и письменно. Наиболее интересные предложения рассматриваются на следующем занятие.
Рефлексия:Что я знаю. Что я узнал на уроке. Что я хотел бы еще узнать.
Приложение
Жесткость воды.Жесткость воды – совокупность свойств, обусловленная содержанием в воде ионов кальция и магния. Количественно жесткость воды характеризуется количеством миллиэквивалентов ионов кальция или магния, содержащихся в 1 л воды (мэкв/л). По жесткости все природные воды делятся на очень мягкие (жесткость менее 1,5 мэкв/л), мягкие (жесткость 1,5-4 мэкв/л, средней жесткости (4-8 мэкв/л), жесткие (8-12 мэкв/л), и очень жесткие (более 12 мэкв/л). Различают временную и постоянную жесткость, из которых складывается общая жесткость воды. Временная жесткость – карбонатная жесткость, вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. При кипячении гидрокарбонаты разрушаются, и образовавшиеся малорастворимые карбонаты выпадают в осадок. Постоянная жесткость – некарбонатная жесткость, обусловлена присутствием в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот, главным образом сульфатов и хлоридов.
Для хозяйственно-бытовых нужд требуется мягкая вода или вода с очень незначительной жесткостью, т.к. при кипячении жесткой воды образуется накипь, которая пагубно сказывается на трубопроводах, при использовании воды в тепловых сетях. Накипь затрудняет нагревание воды, вызывает увеличение расхода топлива, ускоряет изнашивание стенок котла. Образование накипи в больших количествах очень опасно, потому, что она оседает на стенках неравномерно и вызывает неравномерный нагрев стенок котла. При этом может произойти взрыв.
При стирке тканей в жесткой воде образуются нерастворимые соединения (стеараты кальция), которые осаждаются на поверхности тканей и постепенно разрушают волокна. В жесткой воде плохо развариваются продукты. Употребление жесткой воды увеличивает опасность мочекаменной болезни, неблагоприятно влияет на состояние сосудов, приводит к отложению солей, а это сопровождается шейными, грудными, поясничными радикулитами, хрустом в суставах.
Устранение жесткости воды заключается в удалении из нее ионов кальция и магния. Устранение временной жесткости проводится кипячением воды. При кипячении гидрокарбонаты разрушаются, образующиеся малорастворимые карбонаты выпадают в осадок. При введение в воду карбоната натрия, гидроксида кальция удаляется общая жесткость воды. Карбонатная жесткость при этом устраняется известью, а некарбонатная содой.
НИТРАТЫ.Нитраты являются солями азотной кислоты. Повышенное содержание нитратов в воде может служить индикатором загрязнения водоема в результате распространения фекальных либо химических загрязнений (сельскохозяйственных, промышленных). Присутствие нитратных ионов в природных водах связано с: - атмосферными осадками, которые поглощают образующиеся при атмосферных электрических разрядах оксиды азота (концентрация нитратов в атмосферных осадках достигает 0,9 - 1 мг/дм3);
-промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами, особенно после биологической очистки, когда концентрация достигает 50 мг/дм3; -стоком с сельскохозяйственных угодий и со сбросными водами с орошаемых полей, на которых применяются азотные удобрения.
В поверхностных водах нитраты находятся в растворенной форме. Концентрация нитратов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям: минимальная в вегетационный период, она увеличивается осенью и достигает максимума зимой, когда при минимальном потреблении азота происходит разложение органических веществ и переход азота из органических форм в минеральные. В незагрязненных поверхностных водах концентрация нитрат-ионов не превышает величины порядка десятков микрограммов в 1 дм3 (в пересчете на азот). В незагрязненных подземных водах содержание нитратных ионов обычно выражается сотыми, десятыми долями миллиграмма и реже единицами миллиграммов в 1 дм3. Подземные водоносные горизонты в большей степени подвержены нитратному загрязнению, чем поверхностные водоемы (т.к. отсутствует потребитель нитратов).
Источники нитратов в окружающей среде: образуются естественным путем, при окислении органических соединений; азотные удобрения и перегной; крупные сельскохозяйственные комплексы; городские отбросы, транспорт и промышленность.
Особенно чувствительны к действию нитритов и нитратов дети раннего возраста, что связано со слабым функционированием у них ферментативной системы.
К группе повышенной опасности поражения организма нитратными соединениями кроме детей относятся также лица, страдающие заболеваниями сердечнососудистой и дыхательной систем, беременные женщины, пожилые люди, у которых и без воздействия солей азотной или азотистой кислоты наблюдается недостаточная обеспеченность кислородом органов и тканей.
Чувствительность повышается в горной местности; при содержании в воздухе окислов азота, угарного газа, углекислоты. Усиливает их токсичность также прием спиртных напитков.
Опасность поступления нитратов и нитритов в организм в повышенных количествах связывается с их выраженным канцерогенным действием. Косвенным подтверждением канцерогенность нитратов и нитритов остается тот факт, что у лиц с пониженной кислотностью желудочного сока более высокая частота рака желудка. Нитраты способствуют развитию патогенной (вредной) кишечной микрофлоры, которая выделяет в организм человека ядовитые вещества токсины, в результате чего идёт токсикация, т.е. отравление организма.
Хлорирование воды.Обеззараживание питьевой воды производится с профилактической целью для предупреждения возможной передачи кишечных инфекций через воду и для уничтожения в воде, используемой для хозяйственно-питьевых целей, возбудителей заболеваний, передающихся водным путем. Общее обеззараживание воды с целью снизить до минимума наличие в ней болезнетворных микроорганизмов, может осуществляться несколькими способами. Один из наиболее распространенных приемов – использование в целях водоочистки химических веществ, таких, как хлор, озон, йод, ионы серебра. Хлорирование - доступный метод профилактической дезинфекции колодцев. Хлорирование воды - наиболее распространённый способ обеззараживания питьевой воды с применением газообразного хлора или хлорсодержащих соединений, вступающих в реакцию с водой или растворенными в ней солями. В результате взаимодействия хлора с протеинами и аминосоединениями, содержащимися в оболочке бактерий и их внутриклеточном веществе, происходят окислительные процессы, химические изменения внутриклеточного вещества, распад структуры клеток и гибель бактерий и микроорганизмов.
Дезинфекция (обеззараживание) питьевой воды осуществляется за счёт дозирования хлора, двуокиси хлора, хлорамина и хлорной извести. Необходимая доза дозируемого вещества устанавливается пробным хлорированием воды: она определяется хлорпоглощаемостью воды (количество хлора, необходимое для связывания содержащихся в воде органических соединений). С целью уничтожения микробов хлор вводят с избытком из того расчёта, чтобы через 30 мин после хлорирования воды содержание остаточного хлора было не менее 0,3 мг/л. В некоторых случаях проводится двойное хлорирование воды – до фильтрации и после чистки воды. Когда речь заходит относительно хлорирования воды, то многие знают, что в водопроводной воде при обработке хлором возникает некоторое количество хлороформа, который обеззараживает ее от микробов. Однако, хлорирование воды может приводить ко многим заболеваниям и даже к таким страшным, как рак.
Эти данные были основаны на сравнении распределения опухолевых заболеваний мочевого пузыря и кишечника в районах, где люди употребляли хлорированную воду. Как оказалось, там опухоли встречаются чаще. За прошедшие после этого двадцать пять лет этот вывод неоднократно подтверждался, но и подвергался критике.
Ученые не соглашались с опасностью хлорирования воды. Ведь в экспериментах на подопытных животных, где доказывалось отрицательная роль хлорирования, использовались дозы хлороформа в тысячи раз большие, чем те, что человек получает с водопроводной водой.
Все-таки, хлорирование воды — это самое крупное изобретение в медицине XX века, принесшее наибольшую пользу человеку. Именно хлорирование воды, а не открытие антибиотиков, инсулина или пересадка сердца, спасло больше всего жизней. Оно остановило распространение кишечных инфекций в городах. В последнее время появляются новые методы обеззараживания воды. Но они пока еще дороже хлорирования и не гарантируют от заражения уже обработанной воды после того, как она пошла по трубам. А потому отказываться от хлора еще рано. Во всяком случае, когда это для сокращения числа раковых заболеваний сделали в Перу, там, в 1991 году возникла вспышка холеры. А те, кто все еще сомневаются в безвредности хлорирования воды - могут ее кипятит - это позволит полностью избавиться от хлороформа.
