Круговорот веществ в природе


Интегрированный урок биологии и химии в 9 классе.
Тема: «Круговорот веществ в природе».
Цель урока: Показать основную функцию биосферы, изучить основные биохимические циклы.
Задачи урока:
-Выявить главную функцию биосферы, рассмотреть основные биохимические циклы.
-Углубить, обобщить и систематизировать знания учащихся о химических элементах, их соединениях и их воздействии на окружающую среду.
-Развивать умение работать в группах, с дополнительными источниками знаний.
Оборудование:
Коллекция горных пород, содержащих углерод; растворы соляной кислоты, гидроксида кальция, известковая вода, ортофосфат натрия, лабораторное оборудование: пробирки, газоотводные трубки, компьютер, проектор, презентации: «Круговорот азота в природе», «Углерод и его свойства», видеоролики, фломастеры, листы А4, периодическая таблица Д. Менделеева,
Тип урока: комбинированный
Ход урока.
Оргмомент:
Знакомство с темой урока, постановка цели и задач.
На доске эпиграф:
“Ах, эта среда обитания!
Все связаны между собой
Обменом, цепями питания,
Составом, структурой, судьбой”.
Е. Николаевская
Актуализация знаний:
учитель обращает внимание учащихся на эпиграф и проводит фронтальную беседу о биосфере как среде обитания живых организмов (беседа по вопросам с использованием слайдов).
Что такое биосфера? (оболочка Земли, населенная живыми организмами)
Докажите, что биосфера открытая система?
Назовите имя великого русского ученого, который является основоположником учения о биосфере? Что он назвал живым существом?
Изучение нового материала:
Значение круговорота в природе и жизнедеятельности человека .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).
учитель: Наиболее значимыми для функционирования биосферы являются круговороты основных элементов, входящих в состав живого вещества: углерода, азота, фосфора, серы и кислорода, поскольку они являются компонентам и для построения основных молекул живого вещества – углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот. Эти круговороты создаются живым веществом и одновременно поддерживают жизнедеятельность самих живых организмов.
За время существования биосферы свободный кислород атмосферы обновлялся не менее миллиона раз, а воды Мирового океана прошли через биогенный цикл не менее 300 раз.
учитель: Посмотрим на эти элементы с точки зрения химии.
Рассказ учащихся с использованием заранее выполненных презентаций.
Презентация «Углерод и его свойства» (учащийся №1)
учитель: Содержание углерода в карбонатных горных породах (демонстрация коллекции горных пород – лежат на столах).
В природе углерод встречается в свободном состоянии (алмаз, графит) и в форме соединений, главным образом карбонатов. Основным карбонатным минералом является кальцит CaCO3, который образует карбонатные осадочные горные породы: мел, известняк, мрамор. Углерод входит в состав известковых туфов и в виде углекислого газа.
После повторения учащиеся выполняют практическое задание в группах.
Практическое задание 1: 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, что происходит? (Она потухнет, так как углекислый газ не поддерживает горение).
3. Уравнение реакции записать в молекулярном и ионном виде:
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O
2Na+ + CO32- + 2H+ + 2Cl- = 2Na+ + 2Cl- + CO2 + H2O
2H+ + CO32- = CO2 + H2O
Происходит выделение пузырьков газа
поддержание концентрации СО2 атмосферы;
Углекислый газ образуется в результате дыхания
Опыт: подышать в чистую стеклянную трубочку через известковую воду, она помутнеет. Почему? (Так как происходит выпадение осадка СаСО3)
Са(OH)2 + CO2 = CaCO3
C помощью данного опыта мы с вами доказали, что углекислый газ выделяется в процессе дыхания.
учитель: 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.
углерод океана (сообщение уч-ся)
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.
Учитель: 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.
Задание:
Осуществить цепочку превращений:
СО2 → Н2СО3 → СаСО3 → Са (НСО3)2
учитель:
биологический круговорот углерода
Все живое на Земле имеет в своем составе углерод. Атомы углерода постоянно перемещаются из одной части биосферы в другую. В атмосфере содержится большое количество углекислого газа, содержащего углерод. В процессе фотосинтеза молекулы углекислого газа поглощаются растениями, при этом атомы углерода входят в состав разнообразных органических соединений растения, включаясь таким образом в его структуру. Количество углерода, ежегодно связываемого растениями, оценивается в 46 млрд. т. Если травоядное животное съест растение или его часть, углерод войдёт в состав организма этого животного. В процессе дыхания, как растений, так и животных углерод вернётся в атмосферу в виде углекислого газа. 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. Когда живые организмы погибнут, их тела будут разрушены редуцентами (гнилостными бактериями) до простых неорганических соединений, а остатки со временем могут превратиться в ископаемое топливо (нефть, уголь, газ), при сжигании которого углекислый газ снова поступит в атмосферу. В результате разрушения осадками горных пород растворённый углекислый газ вносится в океан. Затем он может вернуться в атмосферу или войти в состав тканей морских растений или животных в этом случае углерод будет накапливаться на дне в виде отложений и в итоге превратиться в известняк, в этом случае часть углерода выпадет на долгое время из круговорота. Также оксид углерода возвращается в атмосферу в процессе извержения вулкана.
Содержание СО2 в атмосфере составляет 0,03%, что обеспечивает относительное постоянство климата на Земле.
Следующий круговорот, который мы с вами рассмотрим- круговорот азота.
Презентация «Азот».
учитель: Среди основных неорганических веществ, содержащих атомы азота можно назвать азотную кислоту и ее соли, а именно:
а) природные соединения азота – селитры ;
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 связывается с кислородом в процессе грозовых разрядов, а затем с дождями выпадает на поверхность почв.
Задание: запишите уравнения реакции, происходящие в атмосфере во время грозы
Осуществить цепочку превращений:
N2→ NO → NO2 → HNO3
Учитель:
Большая часть азота забирается из почвы с сельскохозяйственными культурами, поэтому в почву нужно вносить азотные удобрения.
Азот в основном применяют для синтеза аммиака, который в дальнейшем используется в производстве азотной кислоты и других азотсодержащих соединений, которые нашли широкое применение в качестве минеральных удобрений.
Объясните, почему нельзя вносить соли аммония в качестве азотных удобрений вместе с известью (видеоролик).
Т.к. при взаимодействии солей аммония с известью образуется гидроксид аммония, который разлагается на воду и аммиак. Аммиак газ – он улетучивается.
NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + NH3 + H2O
Учитель:
Круговорот азота (просмотр видеоролика).
Следующий круговорот который мы сегодня рассмотрим - круговорот фосфора.
Задание:
Осуществить цепочку превращений:
Р→ Р2O5 → Н3РO4 → Аg3РO4
Практическое задание:
Докажите опытным путем, что выданное вам вещество содержит фосфаты.
Запишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде. Назовите признаки реакции.
2Na3PO4 + 3Ca(OH)2 = 6NaOH + Ca3(PO4)2
6Na+ + 2PO42- + 3Ca2+ + 6OH- = 6Na+ + 6OH- + Ca3(PO4)2
3Ca2+ + 2PO42- = Ca3(PO4)2
происходит выпадения осадка.
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. Содержат Р в виде нерастворимого Са3(РО4)2, плохо усваивается растениями.
Учитель:
Сейчас мы с вами рассмотрели свойства фосфора, я хочу предложить вам самостоятельно попробовать составить круговорот ФОСФОРА в природе. Подумайте несколько минут ( отвечают по желанию).
(Фосфор содержится в горных породах, откуда выщелачивается в почву и усваивается растениями, а затем по пищевым цепям переходит к животным. После разложения мертвых тел растений и животных не весь фосфор вовлекается в круговорот, часть его вымывается из почвы в водоемы (реки, озера, моря). Там фосфор оседает на дно и почти не возвращается на сушу, лишь небольшое количество его возвращается с выловленной человеком рыбой или с экскрементами птиц, питающихся рыбой.)Закрепление.
Учащиеся в группах выполняют творческое задание.
Нарисуйте с помощью схемы круговорот: 1 группа- Углерода, 2 группа-Азота, 3 группа- Фосфора.
Выводы
Главная функция биосферы- обеспечение круговорота веществ между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.
Круговорот веществ — многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли.
Круговорот веществ осуществляется при непрерывном поступлении (потоке) внешней энергии Солнца и внутренней энергии Земли.
Круговорот веществ обеспечивает неисчерпаемость отдельных атомов химических элементов.
Подведение итогов урока:
Сегодня мы с вами узнали главную функцию биосферы - обеспечение круговорота химических элементов.
Рассмотрели основные биохимические циклы, происходящие в биосфере.
Расширили, обобщили и систематизировали знания о химических элементах, их соединениях и их воздействии на окружающую среду.
Сегодня у нас с вами был интегрированный урок.
Понравился ли он вам?
Хотелось бы вам, чтобы такие уроки проводились чаще?
Домашнее задание:
П. 47 (пересказ)
Составить кроссворд по теме урока.


Список литературы.
1. Биология. Общие закономерности. 9 кл: учеб. для общеобразов. учреждений/ Мамантов С. Г., Захаров В. Б, Агафонов И. Б., Сонин Н. И.- 3-е изд.,- М.: Дрофа, 2012.- 285с.
2. Биология. 9 класс. Живые системы и экосистемы. Академический школьный учебник. Л. Н. Сухорукова, В. С. Кучменко. – Просвещение, 2012.
3. Биология. 9 класс. учебник. В.В. Пасечник, А.А. Каменский и др.- Просвещение, 2013.
4. Биология. УМК для основной школы [Электронныйресурс] : 5–9 классы. Методическое пособие для учителя / Авторы-составители: А. А. Елизаров, И. В. Горелова. — 2-е изд., доп. (эл.). — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. — 187 с5. Л. А. Аликберова «Занимательная химия».- М. «АСТ- ПРЕСС», 1999.
6. С.В. Дендебер, О. В. Ключникова «Современные технологии в преподавании химии» - М., 2011.
7. Химия. 9 класс. Учебник. Габриелян О.С. / 2010, 215 с.

Приложенные файлы


Добавить комментарий