Интегрированный урок физики и химии для 8 класса «В царстве снежной королевы»

Учитель физики: Иванова Лидия Михайловна

Учитель химии: Малькова Наталья Викторовна

Занятие рассчитано на 1 час, разработан для обучающихся 8 класса.

Цель: более глубокое усвоение знаний, высокий уровень обобщения, систематизации тепловых явлений, химических, физико-химических методах анализа.

На занятии решались следующие задачи:

Образовательные: выявить качество и уровень овладения знаниями и  умениями, полученными на предыдущих уроках по темам: «Тепловые явления»; «Чистые вещества и смеси», «Физические явления в химии»; обобщить  материал как систему знаний; расширить знания и химических и физико-химических методах анализа.

Развивающие: развивать пространственное мышление, умение классифицировать, выявлять связи, формулировать выводы; развивать            коммуникативные навыки при работе в группах, развивать познавательный интерес; развивать умение объяснять особенности,  закономерности, анализировать, сопоставлять, сравнивать и классифицировать; развить идеи, заложенные в базовом курсе химии, дополнить их новыми знаниями; расширить кругозор обучающихся; развить творческое мышление; умения устанавливать взаимосвязь между знаниями разнообразных учебных дисциплин (экологии, химии, физики).

Воспитательные: воспитывать общую культуру, эстетическое восприятие окружающего; создать условия для реальной самооценки учащихся, реализации его как личности; формировать следующие компетентности: информационную, коммуникативную, ценностно-смысловую, компетентность личностного совершенствования; формировать естественнонаучное мировоззрение обучающихся, приблизить содержание обучения химии к экологическим проблемам; воспитывать экологическую культуру обучающихся, необходимую для адекватной оценки ситуации и решения практических вопросов по охране окружающей среды; развивать умения анализировать явления и процессы окружающей действительности с точки зрения естественных наук.

Психологические: вызвать интерес к предмету, выработать умения логически рассуждать, грамотно выражать свои мысли.

Методы познавательной деятельности. Репродуктивный, исследовательский, проблемный.

Тип. Урок повторения, систематизации и обобщения знаний, закрепления умений.

Форма. Повторительно-обобщающий урок

На занятии использовались различные формы работы: фронтальная, индивидуальная, групповая. Обучение через постановку познавательных проблем; использование элементов урока-исследования, технологии самостоятельного созидания (роль учителя – организатор учебно-познавательной деятельности обучающихся).

Работа проходила в сотрудничестве с учителем. Структурные элементы занятия взаимосвязаны, осуществлялся логичный переход от одного этапа к другому.

Осуществлялись межпредметные связи: связь с экологией, физикой, с жизнью.

Чередование и смена видов деятельности обеспечивали поддержание работоспособности и активности обучающихся на уроке. Задачи урока реализованы.

На наш взгляд оптимальной формой организации занятия по данной теме является работа в малых группах.

Материал занятия подобран так, чтобы он был доступен и интересен каждому участнику процесса обучения, а также учитывался психологический аспект обучающихся: для визуалов – демонстрационный эксперимент, для аудиалов – беседа, рассказ учителя, кинестетиков – самостоятельное проведение опытов.

При рассмотрении материала занятия большая часть уделяется химическому эксперименту обучающихся так как он:

обеспечивает наглядность восприятия химических явлений и конкретных веществ;

формирует основные теоретические понятия химии;

развивает логическое мышление;

раскрывает практическое применение химии;

ставит перед обучающимися познавательные проблемы.

В дальнейшем мы изучим определение хроматографической подвижности вещества (величина подвижности - Rf), освоим факторы, влияющие на величину подвижности, а следовательно на качество и правильность хроматографирования. Откроем ионы в минеральной воде «Боржоми» методом ТСХ; обнаружим ионы Fe3+ в кураге, изюме, говяжьей печени, яблоках, молоке методами ТСХ и бумажной хроматографии для сравнения эффективности данных методов.

Ценность такого опыта применения занятий – возможность организовать работу по формированию ключевых компетенции обучающихся; позволяет выстроить бесконфликтную педагогику, превратить образовательный процесс в результативную созидательную систему.

Реактивы: «сухой лед», жидкое мыло, теплая вода, бензойная кислота, MgSO4 , столярный клей, н-бутанол, уксусная кислота, KI, K4 [Fe(CN)6], Pb(NO3)2, FeCl3

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация учителя (Приложение 1), презентации обучающихся (Приложение 2), ёмкости с тёплой водой, ёмкости со льдом, мензурки, электронные весы, электронный термометр, таблицы с теплоёмкостью веществ; конические колбы на 500 мл, фарфоровая чашечка, ветка ели, химический стакан объемом 250 мл, электроплитка, лабораторный штатив с лапкой, круглодонная колба с холодной водой, мерные цилиндры на мл с пробками, капилляры для нанесения образцов, пипетки, пульверизатор, силуфоловые пластинки, картон (10 ×15 см) с изображением «Царства Снежной Королевы» с помощью мелков растительных на масляной основе, кисть, акварельные краски.

Программное обеспечение: Microsoft PowerPoint

Класс заранее разделён на 2 группы: «Физическая лаборатория» и «Химическая лаборатория».

Ход работы

Звучит детская песня «Серебристые снежинки» шоу – группы «Улыбка».

Учитель химии: «Белый снег пушистый в воздухе кружится и на землю тихо падает, ложится».

Казалось бы, что интересного можно найти в обыкновенном снеге? Замерзшая вода, образующаяся в атмосфере нашей планеты в холодное время и падающая на землю, на дома, людей, машины… Ну что тут может привлечь внимание? Однако есть в снеге какая-то притягательная сила, недаром все так радуются первому снегопаду.

Учитель физики: Не приходилось ли вам видеть, как в комнате идёт снег? Такой случай описан даже в 1773 году в Санкт-Петербургских ведомостях:

«В зимний вечер в одном из богатых домов Санкт-Петербурга происходила ассамблея (вечер-бал). В помещении скопилось очень много народа и стало так жарко и душно, что присутствующие начали падать в обморок. Форточек в окнах тогда ещё не делали. Поэтому одному из присутствующих пришлось шпагой выбить стекло в окне. От ворвавшегося морозного воздуха во всём помещении пошёл хлопьями густой снег. В чём причина этого явления?»

Ученик: От дыхания собравшихся людей скопилось множество водяных паров; когда через выбитое окно внезапно ворвался холодный воздух, эти пары очень быстро охладились и затвердели, образовав кристаллики льда.

Учитель физики: Поэтому же на сильном морозе «пар идёт изо рта». Это кристаллизуются белым инеем пары, выдыхаемые человеком. Ресницы, усы, бороды людей на морозе покрываются инеем: это – тоже налёт снежных кристаллов.

Учитель химии: Поистине снег – один из удивительнейших феноменов природы. Его изменчивость почти таинственна. Она интересна для химиков и, не менее привлекательна для физиков. Сегодня мы с вами отправимся в царство Снежной Королевы, царство снега и льда! Итак, в путь!

Учитель физики:

Звенеть сосульки перестали,

У крыш застыли бахромой,

Холодным светом заблистали,

Заледенели, как зимой…

Е.Благинина.

Интересно, а как растут сосульки?

Ученик: Сообщение «Как растут ледяные сосульки?» (презентация).

Учитель физики: С одной стороны сосульки такие красивые, а с другой - очень опасны, если на голову упадут. Ребята, а как обезопасить пешеходов от падающих с крыш сосулек? Предложите методы борьбы с сосульками.

Игра: «Мозговой штурм».

Ученики: Генерируют идеи.

Ученики: Эксперты анализируют идеи.

Учитель физики: Посмотрим все предложения с точки зрения соответствия двум критериям: оригинальности и возможности реализации.

Учитель физики: Предлагаю оформить самые лучшие идеи на стенде или представить их в виде рекомендаций ЖКХ, которые помогут им в борьбе с сосульками.

Учитель химии: Всё это - внешняя, наружная сторона, доступная и ясная всем…

В химии есть свой внутренний мир, внутренняя логика, внутренняя торжественная красота…

В химии существуют чудесные вещества, в названиях которых встречаются слова «лед» или «ледяной».

Так, например, чтобы получить этот оксид в твердом виде, достаточно взять его, когда он находится в жидком состоянии, и вылить прямо в бумажный пакет. Получится белый порошок, с которым хорошо знакомы уличные продавцы мороженого, а голландский ученый Ян Баптист ванн Гельмонт назвал этот оксид «лесным духом». Какое это вещество?

Ученики: Твердый углекислый газ называется «сухим льдом».

Учитель химии: ДО: растворение «сухого льда» в теплой воде.

Если кусок сухого льда кинуть в воду, то можно будет наблюдать эффект кипения воды, вызванный переходом из твердого состояния льда в газообразное.

Учитель химии: ДО: смешав сухой лед с жидким мылом и добавив туда немного воды, вы получите мыльные пузыри – в колоссальных количествах.

А следуя этой инструкции, можно заморозить мыльные пузыри и подержать их в руках.

И еще: при температуре 16,8 0С и выше это бесцветная жидкость, хорошо растворимая в воде, с резким характерным запахом. Ниже этой температуры она представляет собой кристаллическую массу, похожую на лед, поэтому ее называют ледяной уксусной кислотой. Это безводная уксусная кислота.

Учитель химии: ДО: «Метель в стакане».

Если поместить в стакан несколько ложек бензойной кислоты и веточку ели и стакан нагревать на электроплитке, то внутри начинает бушевать «настоящая метель», укутывая еловые веточки «снежным» покровом. «Метель» разыграется в результате возгонки бензойной кислоты, которая происходит при нагревании этого вещества.

Пока «метель» собирается, мы с вами можем отметить, что столь распространенные в природе материалы как снег и лед достаточно хорошо изучены и свойства их общеизвестны. У многих термин снеговедение вызывает скептическую улыбку: ну что нового можно найти в снеге? Какие тайны он еще хранит в век пластмасс, в век полимеров?

Учитель физики:

Он весь как музыка. Он – весть.

Его безудержность бескрайна.

Ах, этот снег….. Не зря в нём есть

Всегда какая – нибудь тайна.

Ученики: Сообщение «Всё о снеге»

Учитель физики: Снег, белый снег… Действительно ли он является чистым веществом, ведь белый цвет – цвет чистоты, свежести?

Учитель химии: Все замечали, что во время обильных снегопадов обычно наступает потепление. С чем это связано?

Учитель физики: Пусть на эти вопросы ответят наши лаборатории: физическая и химическая. Ведь как сказал Эммануил Кант: «Без сомнения, все наши знания начинаются с опыта».

Учитель химии: «Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением», - Михайло Ломоносов.

Учитель физики: Инструкции с заданиями находятся в конвертах.

Перед тем как приступить к практической работе исследовательского характера, необходимо вспомнить правила ТБ при работе с представленным оборудованием и веществами.

Учитель химии:

1. Не допускайте попадания веществ внутрь организма.

Нюхать вещества можно не наклоняясь к сосуду и не вдыхая полной грудью.

Прежде, чем приступить к выполнению эксперимента, вы должны по инструктивной карте изучить и уяснить порядок выполнения предстоящей работы.

Во время работы вы должны быть максимально внимательны.

Учитель физики:

При работе со стеклом будьте очень осторожны и внимательны, чтобы НЕ РАЗБИТЬ его и не порезаться.

При обнаружении трещин, осколков на стекле ПРЕКРАТИТЕ работу и сообщите учителю.

Размещайте приборы, материалы, оборудование на своём рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывания.

На чашки весов нельзя класть МОКРЫЕ тела.

Учитель химии: В добрый путь!

Исследовательское задание для физической лаборатории:

Определите опытным путём удельную теплоту плавления льда.

Сравните найденную вами удельную теплоту плавления с табличными значениями.

Сравните удельную теплоту плавления льда с другими веществами.

Как в природе отражается значение удельной теплоты плавления льда?

Исследовательское задание для химической лаборатории:

1. В чем заключается суть метода тонкослойной хроматографии (ТСХ)?

2. Определите содержание ионов Fe3+ в снеге с помощью метода ТСХ.

3. Определите содержание ионов Pb2+ в снеге с помощью метода ТСХ.

4. Почему для обнаружения ионов Pb2+ опрыскиваем хроматограмму раствором KI, а для обнаружения ионов Fe3+ раствором желтой кровяной соли?

Практическая работа исследовательского характера по теме

«Определение содержания ионов тяжёлых металлов в снеге с помощью метода тонкослойной хроматографии (ТСХ)»

Методика эксперимента

Суть метода ТСХ заключается в разделении сложных смесей веществ на индивидуальные соединения за счёт различий в сорбируемости в тонком слое сорбента. Для этого используем силуфоловые пластинки, представляющие собой закреплённый слой силикагеля с крахмалом, нанесённый на алюминиевую фольгу.
На вырезанной пластинке размером 3 × 7 см отмечаем линию старта (1 см), на которую с помощью капилляров наносим анализируемую смесь (снег) и свидетель (водные растворы Pb(NO3)2 , FeCl3). Затем эту пластинку помещаем в цилиндр со смесью растворителей (н – бутанол, дистиллированная вода с добавлением уксусной кислоты до установления в системе рН= 3).

Под действием капиллярных сил растворитель поднимается в слое сорбента, увлекая за собой анализируемые вещества, при этом они перемещаются с различными скоростями и в слое сорбента происходит их разделение. Через 10 минут, когда растворитель достигнет линии финиша, вынимаем хроматограмму.

Для обнаружения ионов Pb2+ и Fe3+ мы будем использовать растворы реагентов, дающие цветные реакции с анализируемыми веществами – растворы иодида калия и желтой кровяной соли.

По высоте пятна на хроматограмме проводим количественное сравнение анализируемых ионов тяжёлых металлов.

Техника эксперимента

Ознакомившись с подготовленным рабочим местом, приступайте к выполнению эксперимента.

Обнаружение Fe3+

Капилляром нанести в качестве свидетеля на стартовую линию силуфоловой пластинки каплю 5% раствора хлорида железа (III) FeCl3 так, чтобы диаметр пятна был не более 5 мм. На эту же стартовую линию на расстоянии 1 см другим капилляром анализируемую смесь - снег, чтобы диаметр пятна был также не более 5 мм. Для большего концентрирования ионов Fe3+ пробу снега наносят несколько раз, касаясь капилляром одного и того же места на стартовой линии.

Опустить пластинку с нанесенными пробами в мерный цилиндр, закрытый пробкой, в смесь растворителей так, чтобы смесь растворителей касалась нижнего края пластинки, но была не выше стартовой линии.

Наблюдать за подъемом смеси растворителей по силуфоловой пластинке.

Через 10 минут извлечь пластинку из камеры, дать возможность испариться растворителю.

Обнаружить ионы Fe3+ опрыскиванием из пульверизатора 10% раствором желтой кровяной соли K4 [Fe(CN)6].

Заполнить таблицу. Сделать вывод о наличии ионов Fe3+ в анализируемой смеси – снеге.

Обнаружение Pb2+

Капилляром нанести в качестве свидетеля на стартовую линию силуфоловой пластинки каплю раствора Pb(NO3)2 так, чтобы диаметр пятна был не более 5 мм. На эту же стартовую линию на расстоянии 1 см другим капилляром анализируемую смесь - снег, чтобы диаметр пятна был также не более 5 мм. Для большего концентрирования ионов Pb2+ пробу снега наносят несколько раз, касаясь капилляром одного и того же места на стартовой линии.

Опустить пластинку с нанесенными пробами в мерный цилиндр, закрытый пробкой, в смесь растворителей так, чтобы смесь растворителей касалась нижнего края пластинки, но была не выше стартовой линии.

Наблюдать за подъемом смеси растворителей по силуфоловой пластинке.

Через 10 минут извлечь пластинку из камеры, дать возможность испариться растворителю.

Обнаружить ионы Pb2+ опрыскиванием из пульверизатора раствором иодида калия KI.

Заполнить таблицу. Сделать вывод о наличии ионов Pb2+ в анализируемой смеси – снеге.

Таблица для обнаружения ионов тяжёлых металлов

 

Учитель физики: Как хочется продлить состояние зимнего волшебства! Так почему же нам не создать атмосферу праздника уже сейчас.

Мастер-класс: «Удивительное рядом, или «открытка с сюрпризом» (с гостями, присутствующими на занятии) .

Учитель физики: Уважаемые коллеги! Сначала возьмите тело, состоящее из…

Учитель химии: белого вещества, имеющего волокнистую структуру. Нерастворимо в воде, органических растворителях, но хорошо растворяется в реактиве Швейцера. Сладкого вкуса не имеет. Это полисахарид, элементарным звеном этого природного полимера служат остатки Д- глюкозы. Формула целлюлозы (С6Н10О5)n.

Учитель физики: Возьмите губку, смочите ее водой, нанесите водный слой по поверхности картона.

Учитель химии: Затем ненасыщенным раствором краски, в состав которых входят пигменты, связующее, пластификатор, поверхностно активное вещество, антисептик нанесите следующий слой.

Возьмите шпателем несколько кристаллов поваренной соли (хлорида натрия) и аккуратно посыпайте на проявленное изображение.

Спасибо за внимание! Спасибо за работу!

Учитель физики: Время заслушать отчёты наших лабораторий.

Ученики: Отчёт физической лаборатории.

Учитель химии: Среди многих последствий бурной хозяйственной деятельности человека, ученые особенно выделяют прогрессирующее накопление в окружающей среде металлов, в первую очередь тяжелых (т.е имеющих плотность больше 5 г/см3). Основная часть тяжелых металлов поступает в снег и почву из атмосферы, насыщенной промышленными выбросами, а также свой вклад в загрязнение металлами вносят транспорт коммунально-бытовые объекты.

Сегодня мы определяли содержание тяжелых металлов в снеге с помощью метода тонкослойной хроматографии (ТСХ). Это один из эффективных методов исследования, не требующий сложного оборудования и дефицитных реактивов, позволяющий обнаружить вещества в ничтожно малых количествах (0,1 – 0,005 мкг).

Объект нашего исследования – снег, отобранный со всей глубины снежного покрова с Козьмодемьянского тракта и ул. Полевой (п.Медведево).

Снег предварительно растопили, подкислили азотной кислотой и упарили с 1 л до 3 мл.

Ученики: Отчёт химической лаборатории.

Учитель физики: Ребята, наше путешествие в царство Снежной Королевы не закончено. Оно продолжится на следующем уроке. Мы изучим электрические свойства льда. Определим процентное содержание воды в снеге.

Учитель химии: Мы получим «ледяные» узоры на предметном стекле, «вырастим» кристальные снежинки из буры.

Учителя физики и химии читают отрывок из стихотворения Иллы Муше «Царство Снежной Королевы»:

…Ах, ажурные снежинки
Закружили хоровод,
Зазвенели тонко льдинки,
Вьюга пляшет и поёт!

…Грудь смелее, легче дышит...
Кружит вальсом белый снег...

Звучит детская песня «Серебристые снежинки» шоу – группы «Улыбка»

Учитель химии: Пусть эти снежинки упадут к Вам на ладони, а память о нас останется в ваших сердцах!

Обучающиеся дарят гостями, присутствующими на занятии, объемные снежинки из бумаги, бисера, искусственного жемчуга, а также снежинки, выполненные в техниках оригами и квиллинг.

Литература по химии

Вдовина Т.О. Четыре стихии: цикл интегрированных уроков для 8 класса. //Химия в школе. – 2003. - №5. – с.34 – 40.

Игнатьева С.Ю. Следствие ведут… химики. //Химия в школе. – 2010. - №10. – с.70– 73.

Капецкая Г.А. Новогодний химический вечер «Ларец Деда Мороза». //Химия в школе. – 2003. - №8. – с.73 – 75.

О химии серьезно и с улыбкой/Левицкий М.М. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. – 288 с.

Малютина Г.И. Урок-игра «Многоликая уксусная кислота». //Химия в школе. – 2003. - №1. – с.36 – 39.

Мычко Д.И. Вода – самое удивительное вещество на земле.//Химия для школьников. – 2010. - №1. – с. 48 – 59.

Никитина М.А., Петровичев А.А., Петровичева Т.В., Фомичев С.В. Интегрированный урок: пресс-конференция о воде и ее свойствах. //Химия в школе. – 2005. - №1. – с.36 – 42.

Павловская С.М., Косогорова С.Ю. Интегрированный урок «Вода – основа жизни на земле». //Химия в школе. – 2002. - №8. – с.42 – 45.

Сидоренко С.В. Роль воды в химических реакциях. //Химия. ИД «Первое сентября» – 2011. - №4. – с.15 – 25.

Усова Н.Т. Определение содержания тяжелых металлов в снеге и почве. //Химия в школе. – 2002. - №3. – с.73 – 75.

Занимательные задания и эффектные опыты по химии/ Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. – М.: Дрофа, 2002. – 432 с.

http://festival.1september.ru/articles/213083/Урок физики по теме: "Тайна снега"

А. Л. Бучаченко http://www.chem.msu.su/rus/publ/ChemMusic/