"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 [Электронный

ресурс] : 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 с

5. 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.