Разработка урока «Экологические аспекты применения минеральных удобрений 9 класс

ГБУ РС(Я) «Чурапчинская республиканская спортивная средняя общеобразовательная школа  интернат им.Д.П.Коркина»

Разработка урока

Экологические аспекты применения
минеральных удобрений

9 класс

 Матвеева С.Н., учитель химии.

2012 г.

                             Экологические аспекты применения
                                      минеральных удобрений

9 класс

тип урока. повторение, систематизация и обобщение полученных знаний.

вид урока. собрание научно-экологического общества в виде ролевой игры.

цели урока. о б р а з о в а т е л ь н ы е. рассмотреть и проанализировать позитивные и негативные стороны применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве; показать необходимость внесения минеральных удобрений с целью восстановления плодородия почвы и повышения урожайности; формировать умения оформлять результаты исследования, делать выводы; учить школьников использовать знания в быту.

р а з в и в а ю щ и е. развивать умения собирать информацию по данной проблеме, ставить несложные задачи и проводить их опытную проверку, опираясь на знания химии и экологии, а также развивать речь, внимание, воображение, восприятие.

в о с п и т а т е л ь н ы е. формировать у учащихся научное мировоззрение, нравственные качества личности, взгляды и убеждения.

методы и методические приемы. самостоятельная работа учащихся с научно-популярной литературой, подготовка сообщений, выполнение лабораторных опытов и демонстрационного эксперимента, фронтальная беседа с элементами исследования, текущий контроль знаний с помощью теста.

оборудование и реактивы. кодоскоп, телевизор, видеомагнитофон (видеофильм о посещении санэпидстанции (сэс)); образцы минеральных удобрений (азотные, калийные, фосфорные, комплексные); образцы овощей и фруктов (морковь, свекла, картофель, капуста); набор химических реактивов (дифениламин, риванол, физиологический раствор, вода).

ход урока

учитель. здравствуйте, ребята! я рада встрече с вами на уроке, который посвящается теме «экологические аспекты применения минеральных удобрений».

с детства мы знаем много сказок, в которых упоминается скатерть-самобранка. фантазия это или реальность? в современном представлении скатерть-самобранка – это ухоженная, плодородная земля, благодаря которой наш стол полон яств. а как этого добиться?

много веков занимает людей этот вопрос. мы живем уже в xxi веке, нас на земле больше 6 млрд человек. с ростом населения растут и потребности. возможно ли воплотить в реальность сказочную мечту о скатерти-самобранке?

в настоящее время из средств массовой информации мы узнаем, что ситуация печальная. на больших территориях нашу «больную» почву разрушает эрозия, безудержно применяются удобрения и пестициды, часто нарушается технология орошения. чтобы повысить урожайность почвы, в нее вносят все больше и больше удобрений.

обыкновенный кочан капусты, попав на наш стол, может оказаться «миной замедленного действия»: вызвать расстройство желудка, отравить организм, подавить его жизненно важные функции, ухудшить способность крови обеспечивать клетки кислородом, дать толчок к возникновению онкологических заболеваний. виновники – нитраты.

с подобными фактами иногда приходится сталкиваться и в нашей калининградской области. так, в газете «комсомольская правда» от 6 октября 2005 г. сообщалось о том, что в калининградской области была выявлена партия отравленных дынь. по результатам анализа сотрудниками роспотребнадзора были обнаружены опасные для здоровья нитраты, содержание которых превышало норму в 1,5–2 раза. получить пищевое отравление, съев такую дыню, проще простого.

сегодня мы проведем собрание школьного научно-экологического общества, на котором постараемся ответить на вопрос: каким образом можно перевести сельское хозяйство из разряда загрязненных в разряд экологически чистых? для проведения нашего собрания мы организовали несколько рабочих групп, представители которых – эксперты – посетили лабораторию центрального городского рынка, сэс и, используя материалы наблюдений, результаты физико-химического анализа почвы, продуктов питания, составили отчет о проделанной работе.

учитель представляет рабочие группы:

группа 1 – эксперты-химики;

группа 2 – эксперты-аграрники;

группа 3 – эксперты-врачи;

группа 4 – эксперты-экологи.

учитель. итак, начинаем наше заседание.

эксперт-химик. в естественных условиях осуществляется непрерывный круговорот химических элементов. после того как растение погибает, элементы, взятые им из почвы, вновь возвращаются в нее в результате деятельности микроорганизмов. но человек, собирая урожай, забирает все химические элементы, использованные растением: n, р, k, са, мn и др. это длится в течение многих лет и приводит к истощению почвы. если пользоваться простейшими минеральными удобрениями (селитра, мочевина, суперфосфаты) и умеренно их вносить, то почва обогащается полезными для растений веществами.

но на сегодняшний день технология производства удобрений такова, что в их составе имеется целый букет тяжелых металлов, включая ртуть. дозы вносимых удобрений до сих пор составлены без учета потребностей в питательных веществах выращиваемых культур.

эксперт-аграрник. в середине xix в. химик ю.либих писал: «продавая урожай со своего поля, крестьянин продает само поле». он доказывал, что химия может и должна помочь крестьянину вернуть поле. как показывают примерные расчеты, с урожаем ежегодно уносится с каждого гектара около 22,2 кг азота, 8,7 кг p₂o₅, 2,5 кг k₂о. урожайность зависит прежде всего от наличия в почве таких питательных элементов, как азот, фосфор и калий. следовательно, в почву надо вносить эти элементы, чтобы восполнить их убыль. на рисунке показано, какой прирост урожая дает 1 кг питательных веществ, входящих в состав минеральных удобрений. (представляет рисунок «влияние на плодородие почвы 1 кг питательных веществ».) нужно принять во внимание, что из всего количества внесенных минеральных удобрений сельскохозяйственные растения используют лишь 40–50%, остальное вымывается из почвы в водоемы и улетучивается в атмосферу. химикатов накопилось в земле так много, что потребуется несколько десятилетий, чтобы они разложились. согласно закону растущей урожайности, совершенствование агротехнических приемов ведет к увеличению урожая, но не беспредельно. есть одно важное обстоятельство – плодородие почвы бесконечно увеличивать невозможно.

проводится фронтальная беседа.

учитель. подведем итоги предыдущих выступлений. речь шла о продуктах питания растений – минеральных удобрениях. какие вещества называются минеральными удобрениями?

ученик. вещества, содержащие три питательных элемента – азот, фосфор, калий – и способные в почвенном растворе диссоциировать на ионы, называются минеральными удобрениями.

учитель. как классифицируют минеральные удобрения?

ученик. минеральные удобрения принято классифицировать по двум признакам:

1) по питательному элементу;

2) по числу питательных элементов.

по первому признаку выделяют азотные, фосфорные, калийные удобрения, по второму – простые, содержащие один питательный элемент, и комплексные, содержащие два или три питательных элемента (схема).

сложные удобрения – это комплексные удобрения, в которых атомы питательных элементов образуют химические связи. сложное удобрение – это одно вещество, его состав выражен одной химической формулой.

смешанные удобрения – это комплексные удобрения, которые представляют собой смеси нескольких (двух-трех) различных веществ.

ученики записывают в тетради схему «классификация минеральных удобрений».

учитель. у каждого на столе стоят образцы минеральных удобрений. какие из них относятся к простым, а какие к комплексным? чтобы ответить на вопрос, обратимся к таблице 1. определите в этой таблице простые удобрения, дайте им названия и найдите их среди представленных вам образцов.

ученики находят образцы удобрений.

учитель. определите в таблице 1 сложные комплексные удобрения, смешанные комплексные удобрения, дайте им названия и найдите их среди представленных вам образцов.

ученики находят образцы удобрений.

таблица 1

минеральные удобрения

учитель. а теперь узнаем, почему растениям необходимы питательные элементы n, р, k и как они их получают.

эксперт-химик. азот необходим растениям для строительства белка. поэтому почву с давних времен удобряют навозом или вносят минеральные удобрения, содержащие азот.

азотные удобрения – это соли азотной кислоты, соли аммония и мочевина. к ним относятся: натриевая селитра nano₃, аммиачная селитра nн₄no₃, кальциевая селитра са(no₃)₂, карбамид со(nh₂)₂. формула карбамида не похожа ни на одну другую. часть слова «карб» взята из латинского названия углерода «карбонеум», а группу nн₂ называют «амид», отсюда название удобрения – карбамид.

азотные удобрения представляют собой белые или желтоватые кристаллические порошки (кроме жидких удобрений), которые хорошо растворимы в воде, не поглощаются или слабо поглощаются почвой. большинство из них обладает высокой гигроскопичностью и требует особой упаковки и хранения.

учитель. если мы видим, что растения отстают в росте, их листья приобретают грязно-зеленый цвет с фиолетовым оттенком, то мы делаем вывод о нехватке в почве фосфора.

эксперт-химик. фосфор является жизненно важным элементом для всех живых организмов, включая человека. судите сами: твердость скелету придает ортофосфат кальция сa₃(ро₄)₂, содержится фосфор также в составе мышечной, нервной и мозговой тканей. источником фосфора для людей и животных является растительная пища. а растения могут расти в том случае, если в почве есть фосфаты. следовательно, в почву необходимо вносить фосфорные удобрения.

фосфорные удобрения – это соли фосфорной кислоты, которая образует три вида солей: фосфаты, гидрофосфаты и дигидрофосфаты.

самое дешевое удобрение – фосфоритная мука, состав которой выражается формулой са₃(ро₄)₂. тонко измельченный природный фосфорит нерастворим в воде, поэтому применяется он на кислых, подзолистых, торфяных, серых и лесных почвах, т. е. почвах, которые могут растворить этот фосфат. к растворимым фосфорным удобрениям относятся простой и двойной суперфосфаты, основу которых составляет са(н₂ро₄)₂. состав простого суперфосфата – са(н₂po₄)₂ + 2саso₄ (содержит балласт – саso₄). в двойном суперфосфате сульфата кальция нет. растворимые в воде, доступные растениям простой и двойной суперфосфаты подкисляют почву. поэтому для снижения кислотности почвы ее известкуют.

удобрение, содержащее гидрофосфат кальция санро₄•2н₂о, называют преципитатом. это кристаллогидрат, содержащий в 1 моль удобрения 2 моль воды. применяют его только на кислых почвах, т.к. он малорастворим в воде.

калийные удобрения также необходимы для питания растений. недостаток калия в почве заметно уменьшает урожай и устойчивость к неблагоприятным условиям. важнейшими калийными удобрениями являются:

сырые соли, представляющие собой размолотые природные соли, преимущественно минералы сильвинит nacl•kсl и каинит kcl•мgso₄•3h₂о;

древесная и торфяная зола, содержащие поташ k₂со₃;

концентрированные удобрения, получаемые в результате переработки природных калийных солей: kсl и k₂so₄.

хлорид калия – белый мелкокристаллический продукт. его недостаток – слеживаемость, но ее можно предотвратить глубокой сушкой (содержание влаги 0,1–0,2%), а также грануляцией. сульфат калия совершенно не гигроскопичен и не слеживается.

учитель. теперь, когда мы вспомнили основные минеральные удобрения, давайте перейдем к таблице 2, в которой дана характеристика важнейших групп минеральных удобрений с точки зрения их питательной ценности и возможного вредного влияния на живые организмы. перед каждым из вас лежит эта таблица. изучив ее, легко прийти к выводу, что самый большой вред экологии и живым организмам наносят именно азотные удобрения. об этом нам расскажут эксперты – врачи и ученые-химики.

таблица 2

биологическая роль важнейших удобрений

эксперт-врач. избыток в почве нитратов ухудшает качество выращиваемых овощей, фруктов, зерновых культур и др. при потреблении в повышенных количествах нитраты в пищеварительном тракте частично восстанавливаются до нитритов (более токсичных соединений), последние при поступлении в кровь могут вызвать метгемоглобинемию. кроме того, из нитритов в присутствии аминов могут образовываться n-нитрозамины, обладающие канцерогенной активностью (способствуют образованию раковых опухолей).

из всего сказанного можно сделать вывод о последствиях употребления некачественных продуктов:

• развитие онкологических заболеваний;

• появление заболевания, при котором кровь не способна удерживать кислород, – метгемоглобинемии (кислородного голодания);

• нарушение деятельности щитовидной железы и др.

эксперт-химик. корневые системы всех без исключения растений хорошо усваивают нитраты. в результате участия ферментов и углеводов происходит восстановление нитратов до аммиака через нитриты:

образующийся аммиак взаимодействует с органическими кислотами, в результате получаются аминокислоты – строительный материал для белков:

nh₃ + органическая кислота аминокислота.

cодержание белков в продукции определяет ее пищевую ценность. значит, земледелец должен добиваться наиболее полного перехода минерального азота, поступившего в растение, в состав органических веществ.

заметим, что при недостатке азота растение медленно растет, имеет мелкие, бледные, преждевременно желтеющие листья. при избытке азота бурно развивается вегетативная часть растений, а генеративная (наряду с клубнями и корнеплодами) оказывается в угнетенном состоянии. если в почве избыток нитратов, то они не успевают полностью превратиться в аминокислоты. нитраты по корню поднимаются и могут осесть в любой части растения. они превращаются в нитриты и отравляют организм. кроме того, избыток соединений азота вымывается из верхнего слоя водой и просачивается в грунтовые воды. далее они попадают в наш дом с обыкновенной питьевой водой.

эксперт-эколог. представляю таблицу 3 «допустимые уровни содержания нитратов в продуктах растительного происхождения» (см. с. 16). предельно допустимая концентрация (пдк) понимается как количество вредного вещества в окружающей среде, которое не оказывает отрицательного воздействия на здоровье человека или его потомство при постоянном или временном контакте с ним.

таблица 3

допустимые уровни содержания нитратов
в продуктах растительного происхождения

каковы же основные источники пищевых нитратов? практически это исключительно растительные продукты. в животных продуктах (мясо, молоко) содержание нитратов весьма незначительно. максимальное накопление нитратов происходит в период наибольшей активности растений при созревании плодов.

чаще всего наибольшее содержание нитратов в растениях бывает перед началом уборки урожая. незрелые овощи (кабачки, баклажаны, огурцы, картофель), а также овощи раннего созревания могут содержать нитратов больше, чем достигшие нормальной уборочной зрелости, когда произошло полное превращение соединений азота в белки. удобрять растения азотными удобрениями желательно не позднее, чем за 2–3 недели до уборки урожая. кроме того, полному превращению нитратов в белки препятствуют плохая освещенность, избыточная влажность и несбалансированность питательных элементов (недостаток фосфора и калия).

учитель. мы говорили об общей закономерности накопления нитратов. однако у различных растений есть и свои индивидуальные особенности.

эксперт-эколог. по способности накапливать нитраты растения можно разделить на пять групп – по содержанию в 1 кг продукции:

• больше 5 г (все виды салатов, петрушка, редис);

• до 5 г (шпинат, редька, кольраби, свекла, зеленый лук);

• до 4 г (белокочанная капуста, морковь, репчатый лук);

• до 3 г (лук-порей, ревень, укроп, тыква);

• менее 1 г (огурцы, арбузы, дыни, помидоры, баклажаны, картофель).

учитель. как распределяются нитраты в различных овощах?

эксперт-эколог. 1) у свеклы нитраты сконцентрированы в верхней части корнеплода – до 65%;

2) у моркови: в сердцевине – 90% и в наружной части – 10%;

3) у капусты – в кочерыжке и в толстых черешках листьев;

4) у картофеля в мелких клубнях нитратов больше, чем в крупных, сосредоточены они под кожурой (поэтому необходимо чистить не экономя);

5) маленькие огурцы содержат нитратов меньше, чем большие, в огурце, сорванном утром, нитратов меньше.

учитель. проблема нитратов активно обсуждается общественностью нашей страны. попробуем разобраться в этом вопросе и мы.

эксперт-химик. для решения этой проблемы мы побывали в лаборатории центрального городского рынка и сэс, где проводят опыты по определению нитратов и нитритов в продуктах растениеводства, постоянно исследуют почву, питьевую воду, воду открытых водоемов на наличие в них вредных для организма примесей (нитраты, нитриты, фосфаты и др.). эти исследования проводятся в течение нескольких лет, для чего разработаны специальные компьютерные программы.

пробы почвы и воды берутся в специальных точках нашего города и района, а также в озерском и гвардейском районах. исследования на нитраты проводятся также с каждой новой партией овощей и фруктов на пограничном переходе. наша лаборатория осуществляет как плановый контроль, так и по ситуациям. в проведенных сэс анализах проб показатели не превышают допустимые нормы, а некоторые из них даже ниже.

учитель. теперь, когда нам все известно о пищевых нитратах, в доказательство сказанного проведем опыты по определению содержания нитратов в картофельном, морковном соках и воде. результаты опытов заносим в таблицу 4.

таблица 4

обнаружение нитратов в растениях и воде

условимся сразу, что в качественном анализе большое значение имеет определенная последовательность добавления реактивов – так называемый систематический ход анализа. поэтому выполнение работы проводим по методике, которая лежит перед вами. согласно этой методике по интенсивности окрашивания раствора визуально определяем концентрацию ионов, содержащихся в данном растворе. для полноты осаждения ионов используем определенные количества растворов.

требования по технике безопасности при выполнении работы: соблюдать правила пользования химической посудой и лабораторным оборудованием; соблюдать правила работы с веществами. приступаем к работе.

лабораторные опыты
«определение нитратов в растениях и воде»

р е а г е н т: дифениламин (с₆н₅)₂nн.

опыт 1 «обнаружение ионов в питьевой воде»

выполнение анализа

к 1 мл пробы воды по каплям добавляют реагент. бледно-голубое окрашивание – при концентрации нитрат-ионов более 0,001 мг/л, голубое – более 1 мг/л, синее – более 100 мг/л.

опыт 2 «обнаружение ионов в воде открытых водоемов»

выполнение анализа

к 1 мл пробы воды по каплям добавляют реагент. бледно-голубое окрашивание – при концентрации нитрат-ионов более 0,001 мг/л, голубое – более 1 мг/л, синее – более 100 мг/л.

опыт 3 «обнаружение ионов в морковном соке»

выполнение анализа

к 1 мл пробы сока по каплям добавляют реагент. бледно-голубое окрашивание – низкое содержание ионов, синее – среднее содержание, темно-синее или темно-фиолетовое – высокое содержание.

опыт 4 «обнаружение ионов в картофельном соке

выполнение анализа

к 1 мл пробы сока по каплям добавляют реагент. бледно-голубое окрашивание – низкое содержание ионов, синее – среднее содержание, темно-синее или темно-фиолетовое – высокое содержание.

учащиеся выполняют опыты и результаты записывают в табл. 4.

учитель. теперь сделаем выводы по химическому эксперименту: проведя ряд лабораторных опытов по обнаружению нитрат-ионов в овощах (соках овощей), купленных в магазине, и воде, мы убедились, что в питьевой воде и морковном соке не содержатся нитраты, а в воде из открытого водоема и картофельном соке обнаружено большое количество нитратов.

что же делать, если в продуктах присутствует избыток нитратов?

эксперт-врач. взрослый человек нормально переносит 150–200 мг нитратов в день, а 500 мг – предельно допустимая для него доза. для грудного ребенка токсичны уже 10 мг.

практические советы

1. тщательное промывание овощей и фруктов уменьшает содержание нитратов на 10%, а механическая очистка – на 15–20%.

2. зелень (петрушку, укроп, салат и др.) необходимо поставить, как букет, в воду на прямой солнечный свет. в таких условиях нитраты в листьях в течение 2–3 ч полностью перерабатываются и потом практически не обнаруживаются. после этого зелень можно без опасения употреблять в пищу.

3. свеклу, кабачки, капусту, тыкву и другие овощи перед приготовлением необходимо нарезать мелкими кубиками и 2–3 раза залить теплой водой, выдерживая по 5–10 мин. (нитраты хорошо растворимы в воде (особенно теплой) и вымываются из овощей.)

4. варка овощей снижает содержание нитратов на 50–80%.

5. квашение, соление, консервирование и маринование способствуют снижению нитратов на 60–70%.

6. нейтрализовать поступившие в организм нитраты могут ягоды черной и красной смородины, зеленый чай, а также аскорбиновая кислота (по 0,3–0,4 г в сутки).

рекомендации по предотвращению отравления нитратами (запись в тетрадь):

1) варка овощей;

2) очистка от кожуры;

3) удаление участков наибольшего скопления нитратов;

4) вымачивание.

учитель. для того чтобы вы могли самостоятельно определить наличие в продуктах нитратов, предлагаю вам провести дома опыт «нитраты в продуктах». для этого нужен риванол, физиологический раствор (0,9%-й раствор поваренной соли) и разбавленная соляная кислота.

опыт «нитраты в продуктах». 2 мл разведенного продуктового сока, взятого из средней части плода, смешать с 1 мл солянокислого раствора риванола и добавить цинковый порошок. если в растворе содержится больше 20 мг/л нитратов, то появится бледно-розовая окраска.

учитель. в ходе урока мы с вами познакомились с экологическими аспектами применения минеральных удобрений, отражающими позитивные и негативные стороны их применения, решили ряд экспериментальных задач по определению нитратов в воде и продуктах питания.

теперь решим расчетную задачу на определение содержания питательного вещества в минеральных удобрениях по формуле соединения. вспомним, что удобрения – это продукты питания для растений. питательная ценность минерального удобрения определяется массовой долей питательного элемента в нем. условно принято питательную ценность азотных удобрений выражать через долю в них элемента азота, фосфорных – через долю оксида фосфора(v), калийных – через долю оксида калия.

задача. определить массовую долю (в %) элемента азота в натриевой и аммиачной селитрах.

решение

формула натриевой селитры – nano₃. массовая доля азота в натриевой селитре:

(n) = a_r(n)/m_r(nano₃)•100%,

(n) =14/85•100% = 16,5%.

формула аммиачной селитры – nh₄no₃. массовая доля азота в аммиачной селитре:

(n) = 2a_r(n)/m_r(nh₄no₃)•100%,

(n) = 2•14/80•100% = 35%.

учитель. как перевести сельское хозяйство из разряда загрязненных в разряд экологически чистых? как вырастить экологически чистую продукцию и избежать отравления нитратами? чтобы достичь этих целей, необходимо иметь в виду следующее.

1. растениевод должен грамотно вносить азотные удобрения:

а) в строго рассчитанных дозах и в оптимальные сроки;

б) под овощи доза вносимого азота не должна превышать 20 г/м².

известкование кислых почв способствует снижению в них нитратов в течение четырех последующих лет.

2. выращивать овощи, особенно зеленые культуры, надо при хорошей освещенности, оптимальных показателях влажности почвы и температуры.

3. минеральные удобрения лучше вносить вместе с органическими в оптимальных соотношениях, не забывая и о микроэлементах.

4. отрицательные воздействия на природу обусловлены не самими удобрениями, а неумелым их применением.

контроль знаний с помощью теста
«минеральные удобрения»

в а р и а н т  1

1. закончите фразу: «химические элементы, необходимые растениям в больших количествах, называют…»

2. закончите фразу: «вещества, содержащие три важнейших питательных элемента – n, р, k – и способные в почвенном растворе диссоциировать на ионы, – это …»

3. закончите фразу: «минеральные удобрения, содержащие один питательный элемент, называют ...»

4. напишите химический состав удобрений: мочевины, простого суперфосфата, кальциевой селитры.

в а р и а н т  2

1. закончите фразу: «химические элементы, необходимые растениям в малых количествах, называют…»

2. из минеральных веществ, находящихся в почве, растению необходимы:

а) азот;

б) калий;

в) фосфор;

г) любые.

3. закончите фразу: «минеральные удобрения, содержащие два и более питательных элементов, называют …»

4. напишите химический состав удобрений: аммиачной селитры, двойного суперфосфата, сульфата аммония.

в заключение урока учитель высказывает свое отношение к проделанной учащимися работе, оценивает их выступления и ответы.