НАБОР КЕЙСОВ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ ГРАМОТНОСТИ

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА г. ЗЕРНОГРАДА

И.О. Остапенко

НАБОР КЕЙСОВ ДЛЯ РАЗВИТИЯ

ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ ГРАМОТНОСТИ

г. Зерноград

2025

ЗАДАНИЯ ПО ХИМИИ

1. Алюминий

Прочитайте текст и выполните задания 1 ‒ 5.

В настоящее время алюминий и его сплавы применяют во многих областях промышленности и техники. Широко применяется алюминий в авиационной и автомобильной промышленности, в машиностроении, электротехнической промышленности и приборостроении, промышленном и гражданском строительстве, химической промышленности, производстве предметов народного потребления.

В земной коре алюминия очень много: 8,6% по массе. Он занимает первое место среди всех металлов и третье среди других элементов (после кислорода и кремния). Известно более 250 минералов, в состав которых входит алюминий; большинство из них ‒ алюмосиликаты, из которых и образована в основном земная кора. При их выветривании образуется глина, основу которой составляет минерал каолинит Al2O3·2SiO2·2H2O. Изредка встречается исключительно твердый (уступает лишь алмазу) минерал корунд ‒ кристаллический оксид Al2O3, часто окрашенный примесями в разные цвета. Его синяя разновидность (примесь титана и железа) называется сапфиром, красная (примесь хрома) ‒ рубином. Еще недавно считалось, что алюминий как весьма активный металл не может встречаться в природе в свободном состоянии, однако в 1978 в породах Сибирской платформы был обнаружен самородный алюминий ‒ в виде нитевидных кристаллов длиной всего 0,5 мм (при толщине нитей несколько микрометров). 

Во многих популярных книгах по химии приводится легенда о том, что некий изобретатель, имя которого история не сохранила, принес императору Тиберию, правившему Римом в 14 ‒ 27 в. н.э., чашу из металла, напоминающего цветом серебро, но более легкого. Этот подарок стоил жизни мастеру: Тиберий приказал казнить его, а мастерскую уничтожить, поскольку боялся, что новый металл, который был получен из «глинистой земли», может обесценить серебро в императорской сокровищнице.

Современные авторы почти всегда делают оговорку, что вся эта история ‒ не более чем красивая сказка. И это не удивительно: алюминий в горных породах чрезвычайно прочно связан с кислородом, и для его выделения необходимо затратить очень много энергии. Однако в последнее время появились новые данные о принципиальной возможности получения металлического алюминия в древности.

Задание 1.

Как выдумаете, какими способами могли получить алюминий в древности?

А) Восстановление алюминия металлическим натрием или калием.

Б) Добыча самородного алюминия.

В) Восстановление алюминия из глины с помощью угольного порошка.

Г) Получение электролитическим способом (электролиз солей и оксидов алюминия).

Задание 2.

Выберите/отметьте ответ «да» или «нет» для каждого утверждения об алюминии.

Текст

В 1854 французский химик Анри Этьен Сент-Клер Девиль разработал первый промышленный способ получения алюминия ‒ восстановлением расплава тетрахлоралюмината натрием:

NaAlCl4 + 3Na = Al + 4NaCl

На Всемирной Парижской выставке в 1855 г. демонстрировалось «серебро Девиля» ‒ слиток алюминия ценой 2400 марок за 1 кг.

Наполеон III, узнав о новом металле, задумал повсеместно ввести в армии нагрудники и каски из алюминия. Девилю были выделены большие средства для получения нужного количества алюминия. Однако Наполеону III пришлось ограничить свое желание изготовлением алюминиевых касок только для лейб-гвардии.

Задание 3.

1. Объясните, почему Наполеону не удалось ввести в армии нагрудники и каски из алюминия? Запишите свой ответ в свободной форме.

2. Сколько чистого металлического натрия требовалось для получения 100 кг алюминия? Запишите свой ответ целым числом.

Несмотря на развитие химической технологии, производство алюминия до сих пор остается экологически опасным, так как атмосферный воздух загрязняется летучими соединениями фтора (на 1 т алюминия ‒ 40 кг F2), образующимися при электролизе глинозема в расплавленном криолите Na3AlF6. Только 35% выделяющегося фтора удается улавливать в воздухоочистных установках, а остальное его количество рассеивается в окружающей среде. Очищать окружающую среду способны лесонасаждения: 1 га лесопарка способен поглощать 40 кг фтора в год.

Задание 4.

Какой должна быть минимальная площадь лесонасаждений вокруг цеха с производительностью 100 т алюминия в год? Выберите один ответ.

А) 65 га; Б) 100 га; В) 33 га; Г) 500 га.

По данным Международного института алюминия (International Aluminium Institute, IAI), производство алюминия неуклонно растет по всему миру. На графике ниже показана выплавка первичного алюминия (в миллионах тонн) по годам:

Задание 5.

Пользуясь данными графика, выберите верные высказывания из нижеперечисленных:

А) Рост производства алюминия был быстрым во время Второй мировой войны.

Б) В 1943 году производство алюминия возросло до 5 млн т.

В) В 1965 году во всем мире производилось в 5 раз меньше первичного алюминия, чем в 1980 году.

Г) Кризис 2008 ‒ 2009 годов привел к снижению производства алюминия.

Д) В 2007 году мировой выпуск алюминия составил 40 млн т.

Е) В 2012 году мировой выпуск алюминия превышает 40 млн т.

Ж) Производство алюминия в конце XX в. и начале XXI в. развивалось большими темпами.

2. Этот удивительный углекислый газ

Прочитайте текст и выполните задания 1 ‒ 4

Диоксид углерода известен в основном в своем газообразном состоянии, то есть в качестве углекислого газа с химической формулой CO2. В таком виде он существует в нормальных условиях ‒ при атмосферном давлении и «обычных» температурах. Газообразный диоксид углерода распространен повсюду: он выделяется в процессе дыхания животных и растений и является важной составляющей частью химического состава атмосферы и океана. Процесс дыхания растений мало чем отличается от дыхания животных и человека. Растения используют углекислый газ из воздуха в процессах фотосинтеза.

Углекислый газ CO2 не имеет цвета и запаха, в обычных условиях он не имеет и вкуса. Газ тяжелее воздуха в 1,5 раза, не поддерживает горение, поэтому его используют в огнетушителях и системах пожаротушения.

В выдыхаемом человеком воздухе содержится около 4,5% углекислого газа, что примерно в 70 ‒ 110 раз больше, чем во вдыхаемом. Организм человека выделяет приблизительно 1 кг углекислого газа в сутки.

При концентрациях в воздухе более 5% двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека.

Задание 1.

Обведите «Да» или «Нет» для каждого из приведённых ниже возможных утверждений об углекислом газе.

Текст

В восточной части крупного вулканического района, расположенного западнее от Неаполя, находится небольшая Собачья пещера (Grotta del Cane). Тут и сейчас наблюдается слабая вулканическая активность, сопровождающаяся выделением углекислого газа. Концентрация скопившегося в озере углекислого газа составляла почти 10%. По данным недавно проведенных исследований, эта пещера, возможно, была построена людьми в качестве древней парильни. Однако позже она превратилась в популярный аттракцион, который устраивали местные гиды для богатых туристов. Для этого они брали с собой собаку, которая теряла сознание после нескольких минут нахождения в пещере.

Задание 2.

Как вы думаете, в чем причина того, что взрослый человек, попадая в такую пещеру, чувствует себя прекрасно, а вот собаки подвергаются отравлению? Выберите наиболее вероятный ответ.

А) У собак, входящих в пещеру, возникает чувство страха, и они теряют сознание.

Б) Собаки более чувствительны, чем человек, к недостатку кислорода.

В) Отравление собак связано с углекислым газом, который скапливается внизу пещеры.

Г) На собак избыток углекислого газа влияет, а на человека ‒ нет.

На рисунках А и Б изображены результаты некоторых опытов по изучению процессов в растениях.

Задание 3.

Пользуясь изображениями, соотнесите начало фразы с ее верным окончанием.

Запишите свой ответ в виде последовательности букв:

Текст

Для изучения процессов выделения и поглощения растениями углекислого газа семиклассники провели опыт с использованием комнатного растения аглаонема, которое помещали в специальные пластиковые пакеты. Также ребята использовали домашнюю метеостанцию, которая в текущем режиме передавала показания по содержанию углекислого газа на монитор компьютера.

Опыт включал четыре этапа:

По данным измерений был построен график, показывающий изменения в содержании углекислого газа в пакете с растением на каждом из 4 этапов (количество углекислого газа указано в условных единицах ppm):

Задание 4.

Используя информацию таблицы и графиков, укажите, какие из следующих высказываний являются верными по отношению к описанному эксперименту.

A) Цель данного опыта ‒ доказать, что зеленые растения в процессе фотосинтеза выделяют на свету кислород.

Б) Цель данного опыта ‒ проверить зависимость поглощения/выделения углекислого газа растениями от освещения.

В) Использование пластиковых пакетов разной степени прозрачности снизило надежность результатов опыта.

Г) Использование пластиковых пакетов разной степени прозрачности повысило надежность результатов опыта.

3. Производство сульфата натрия

Прочитайте текст и выполните задания 1 ‒ 4.

В начале XIX века на химических заводах для производства сульфата натрия использовали концентрированную серную кислоту и поваренную соль. Вокруг таких заводов гибла растительность, а металлические конструкции портились.

Задание 1.

Почему гибла растительность и портились металлические конструкции? Выберите один ответ.

А) При взаимодействии концентрированной серной кислоты с поваренной солью выделялся газообразный хлор.

Б) Концентрированная серная кислота реагировала с поваренной солью с образованием оксида серы (IV).

В) При взаимодействии концентрированной серной кислоты с поваренной солью выделялся хлороводород.

Г) Концентрированная серная кислота при реакции с поваренной солью не выделяла вредных веществ, все совпадения случайны.

Задание 2.

Объясните, почему производство сульфата натрия оказывало отрицательное воздействие на окружающую среду. Запишите свой ответ в свободной форме.

Задание 3.

В настоящее время способ получения сульфата натрия из поваренной соли и концентрированной серной кислоты практически не используется. Как вы думаете, почему?

Отметьте «да» или «нет» для каждого суждения.

Текст

Безводный сульфат натрия Na2SO4 устойчив выше температуры 32,384 °C, ниже этой температуры в присутствии воды образуется кристаллогидрат с формулой Na2SO4·10H2O.

На графике показана зависимость растворимости кристаллогидрата от температуры.

Задание 4.

Пользуясь данными графика, выберите верные высказывания из нижеперечисленных:

А) Кристаллогидрат Na2SO4·10H2O хорошо растворяется в воде.

Б) Растворимость кристаллогидрата 

Na2SO4·10H2O постоянно увеличивается с повышением температуры.

В) Максимальная растворимость кристаллогидрата Na2SO4·10H2O составляет 50 г/100 г H2O.

Г) Самое малое значение растворимости кристаллогидрата Na2SO4·10H2O при 0°С.

Д) Самое большое значение растворимости кристаллогидрата Na2SO4·10H2O при 80°С.

4. Йод

Прочитайте текст и выполните задания 1 ‒ 4

Йод ‒ это кристаллическое вещество с металлическим блеском, обладающее замечательным свойством: при нагревании он, не плавясь, переходит в газообразное состояние. Йод очень редкий элемент. Его среднее содержание в земной коре составляет около одной стотысячной доли процента. Вместе с тем невозможно назвать вещество, в котором современные методы анализа не открыли бы присутствия хотя бы незначительных следов йода. «Йод вездесущий», ‒ писал о нем академик А.Е. Ферсман. Йод содержится в воде, почве, растениях. В буровых водах 0,005%. Морские водоросли накапливают йод.

Особую роль йод играет в жизни животных и человека. Общее количество йода в организме 25 мг. Добавление небольших доз йода в корм скоту увеличивает удой молока у коров, рост шерсти у овец, повышает яйценоскость кур. В организме человека 15 мг йода входит в состав гормонов щитовидной железы. Недостаток йода способствует нарушению синтеза гормонов щитовидной железы, что сопровождается вялостью, сонливостью, апатией, нарушением обмена веществ.

Как все галогены йод реакционноспособен, образует соединения с огромным числом веществ. Но иодиды менее устойчивы, чем другие галогениды. Эти два качества позволяют использовать йод в так называемых транспортных химических реакциях (когда исходное вещество, имеющее примеси, реагирует с йодом, образуя с ним подвижное соединение, которое перемещается в другую зону, где разлагается вновь на исходное и йод).

Задание 1. 

Йод очень редкий элемент. Почему академик Ферсман назвал его «вездесущим»?

А) Быстро передвигается.

Б) Содержится во многих веществах.

В) Присутствует в воздухе.

Г) Присутствует в почве.

Йод играет важную роль в жизни животных и человека. Для нормального функционирования организмов йод должен поступать в небольших дозах и на протяжении всей жизни. Но во многих районах в пище человека и корме для животных содержится недостаточное количество йода.

Задание 2. 

1. Как решается проблема с недостатком йода в продуктах питания в нашем государстве?

2. Объясните, почему в масштабах страны такое решение проблемы считается достаточно эффективным?

Запишите свои ответы в свободном виде.

В осьмиклассник Миша с пеленок был заядлым экспериментатором и хорошо решал задачи. Однажды он решил получить кристаллы йода из 5%-го спиртового раствора йода путем выпаривания спирта, предварительно подсчитав, какую массу йода он получит. В чашку для выпаривания он вылил из флакончика 25 г аптечного раствора йода и начал процесс выпаривания.

Задание 3.

1. Как вы думаете, почему в конце опыта у Миши от удивления округлились глаза и было недоумевающее лицо?

2. Как называется явление, которое наблюдал Миша при проведении своего опыта?

3. Какую массу йода (в граммах) предполагал получить Миша?

Обычная электролампа работает при температуре вольфрамовой нити около 2000°С.

Т емпература плавления вольфрама 3400°С. Почему не повысить температуру хотя бы до 3000°С? Оказывается, при температуре нити от 1700°С до 2500°С испарение вольфрама увеличивается, и нить быстро перегорает. Создали более долговечную лампу. Колбу лампы сделали из кварцевого стекла и уменьшили в размерах, а внутрь внесли небольшое количество йода, благодаря чему такая лампа может работать сотни часов при температуре нити накаливания 2700°С. В этой ситуации йод является участником транспортной химической реакции.

Задание 4. 

Опишите принцип работы йодной лампы.

Напишите уравнения химических реакций, происходящих в лампе.

ЗАДАНИЯ ПО БИОЛОГИИ

1. Грипп

Прочитайте текст и выполните задания 1 ‒ 4

Возбудители гриппа ‒ вирусы. Вирусы являются неклеточной формой жизни. Один из биологов назвал их дурной шуткой эволюции. По сути, вирус представляет собой цепочку с генетической информацией (РНК или ДНК), упакованную в плотную капсулу. С помощью специальных белков на поверхности капсулы (капсида) вирус гриппа может «прилипнуть» к клеткам слизистой оболочки органов дыхания, а затем, внедрившись внутрь клетки, микроорганизм «оживает» ‒ встраивается в ДНК и начинает активно размножаться. В сущности, вирусы ‒ это внутриклеточные паразиты на генетическом уровне. Их природа препятствует созданию препарата, который излечивал бы болезнь, убивая вирусы.

Миллионы вирусов во время кашля, разговора, чихания попадают в дыхательную систему здоровых лиц. И уберечься от этого крайне тяжело. В одном из экспериментов было доказано, что в обычном вагоне метро вирус, попавший в окружающую среду во время чихания, способен продвигаться со скоростью до 128 км/час.

Самая действенная мера борьбы с вирусными заболеваниями, в том числе и с гриппом, – вакцинация. Сложность заключается в том, что вирус гриппа чрезвычайно изменчив. Каждый год в лабораториях Всемирной организации здравоохранения определяется циркулирующий в данное время штамм вируса и на основе его изготавливается вакцина.

Задание 1.

Почему вакцину для борьбы с гриппом необходимо создавать ежегодно? Выберите один наиболее вероятный ответ.

А) Грипп просто устроен, паразитирует внутри клетки.

Б) Грипп способен передвигаться со скоростью 128 км/час.

В) Грипп чрезвычайно изменчив.

Г) Грипп вызывает тяжелые заболевания легочной системы.

Задание 2.

В таблице представлены статистические данные о гибели людей от гриппа COVID-19 (в % от общей численности населения) в одной из стран.

Таблица

Уровень смертности от коронавируса

Какие выводы можно сделать на основе этих данных? Запишите не менее двух выводов в свободной форм.

COVID-19 (коронавирус) ‒ грипп, который вызвал эпидемию в 2020 году. На графике представлено сравнение заболеваемости COVID-19 в разных странах.

Задание 3.

Используя график, выберите (отметьте) «да» или «нет» для каждого утверждения:

Принято считать, что грипп опаснее всего для маленьких детей и стариков. В некоторых случаях это правда. В эту же группу попадают люди, страдающие хроническими заболеваниями, такими как диабет и астма. Однако на самом деле все зависит от конкретного штамма. В некоторых случаях грипп может оказаться наиболее опасным для молодых и здоровых. Так было с испанкой ‒ вирусом, от которого погибло больше людей, чем в ходе Первой мировой войны. Свиной грипп, вызвавший пандемию в 2009 году, тоже представлял наибольшую опасность отнюдь не для детей и пожилых. Более того, у людей старшего возраста могут быть свои преимущества при борьбе с гриппом. Хотя их иммунная система уже не так активна, как у молодых, она многое повидала на своем веку. И хотя вирусы гриппа каждый год мутируют, зачастую у них может быть что-то общее с вирусами, циркулировавшими много лет назад. Иммунологическая память позволяет организму пожилых людей успешнее бороться с вирусами, с которыми молодежь еще не встречалась.

Задание 4.

Назовите не менее двух общих признаков людей, для которых грипп наиболее опасен. Запишите свой вариант ответа в свободной форме.