Методические материалы
учебно-методический материал по химии

Методические материалы как средство организации внеурочной работы (на примере элементов 2 группы главной подгруппы ПС Д.И. Менделеева)

Актуальность. Впервые ФГОС ООО и СОО предусматривает обязательную организацию внеурочной деятельности обучающихся. Внеклассная работа играет огромную роль в углублении и расширении знаний учащихся по предмету, в подготовке их к практической деятельности. Такая работа коренным образом отличается от уроков как по целям, направлению и характеру, так и по форме и методам проведения, основана на добровольном участии школьников, их естественной любознательности, творческих способностях. За последнее время среди форм внеклассной работы можно выделить тематические мероприятия, которые повышают интерес учащихся к теоретическим основам, развивают их творческие способности, расширяют кругозор учащихся, определяют направление дальнейшего образования и в значительной степени помогает в выборе будущей профессии.

В связи с этим нами разработаны методические материалы как средство организации внеурочной  работы  (на  примере элементов  2 группы главной подгруппы ПС Д.И. Менделеева)

Объект исследования: методические материалы как средство организации внеурочной  работы.

Предмет исследования: методические материалы как средство организации внеурочной  работы  (на  примере элементов 2 группы главной подгруппы ПС Д.И. Менделеева)

Целью нашей работы является создание базы данных по методическим материалам для организации внеурочного мероприятия по теме «Вторая группа главная подгруппа ПС Д.И. Менделеева»

Задачи:

1. Анализ учебно-методической литературы по проблеме исследования;
2. Разработка методических материалов для организации внеурочной  работы (на примере элементов 2 группы главной подгруппы ПС Д.И. Менделеева)

Глава 1. Методические материалы (на  примере элементов 2 группы главной подгруппы ПС Д.И. Менделеева)

1. Модульное изучение металлов II группы

Для учащихся изучение металлов и сплавов имеет огромное значение – эти знания необходимы им в будущей профессиональной деятельности. В целях совершенствования учебного процесса я использую технологию модульного обучения, которая позволяет каждому удовлетворить собственные образовательные потребности с учетом индивидуальных интересов и возможностей. На уроках использую элементы дифференциации и интеграции, опорные схемы, различные виды контроля (входной, текущий, промежуточный, выходной).

Самое же главное заключается в том, что учащиеся работают самостоятельно.

Предлагаем разработку модульной программы по теме «Металлы главной подгруппы II группы».

Металлы главной подгруппы II группы

Комплексная дидактическая цель: ознакомить со свойствами металлов главной подгруппы II группы, их  получением, нахождением в природе и применением.

В результате изучения модуля учащиеся должны уметь: давать характеристику строения атомов металлов на основе положения элементов в Периодической системе; записывать уравнения химических реакций, характерных для данных металлов; применять знания, полученные на уроках профессионального цикла; работать с дополнительной литературой, таблицами, опорными схемами; решать расчетные и экспериментальные задачи.

Данный модуль включает восемь учебных элементов (УЭ).

УЭ- 0

Цель: проработав материал учебников, опорных схем, конспектов, а также дополнительный материал к модулю, используя знания, полученные на практике и при изучении специальных предметов, вы должны узнать о строении атомов металлов главной подгруппы II группы, свойствах и применении образованных ими простых веществ и важнейших соединений, научиться применять эти знания при изучении металлов других групп, а также темы «Стали. Марки сталей».

Освоение данного модуля расширит ваши знания о металлах и их соединениях, будет способствовать повышению вашего интеллектуального уровня и профессионального мастерства.

Руководство по организации учебного процесса. Задумайтесь о значении данной темы в вашей практической и профессиональной деятельности.

УЭ-1 (10 мин)

Цель: определить исходный уровень знаний учащихся об общих свойствах металлов и их соединений.

Руководство по организации учебного процесса. Выполните тестовое задание по теме «Щелочные металлы». Выберите один или несколько правильных ответов. Работайте самостоятельно.

Входной контроль

1. ДЛЯ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ ХАРАКТЕРНЫ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

а) Высокая температура плавления

б) Мягкость

в) Твердость

г) Теплопроводность

2. ТОНУТ В ВОДЕ И ПЛАВЯТСЯ В НЕЙ ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ

а) Na и K      б) Rb и Cs          в) Li и Fr           г) K и Li

3. К СИНТЕЗИРОВАННЫМ ЭЛЕМЕНТАМ ОТНОСИТСЯ

а) Cs            б) Rb              в) Fr              г) K

4. НАИБОЛЕЕ СЛАБЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ ЯВЛЯЕТСЯ

а) LiOH     б) CsOH        в) FrOH             г) NaOH

Почему?

5. МОЛЯРНАЯ МАССА (г/моль) ФОСФАТА НАТРИЯ РАВНА

а) 158        б) 146        в)164           г)170

6. В ФОТОЭЛЕМЕНТАХ ИСПОЛЬЗУЮТ  

а) Li     б) Na      в) Rb            г) Cs

7. СИЛИЦИДАМИ НАЗЫВАЮТ СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ С

а) углеродом    б) азотом      в) серой            г) кремнием

8. МАССА (г) 0,3 моль СУЛЬФАТА КАЛИЯ РАНВА

а) 40,5     б) 152,2      в) 52,2            г) 450

9. ОДНОВРЕМЕННО МОГУТ НАХОДИТЬСЯ В РАСТВОРЕ ИОНЫ

а) K+ ,Ba2+,SO42-, NO3-      б) Li+, Ca2+, CL-, NO3-      в) Zn2+, Ba2+, OH-, S2-       г) Na+, Ca2+, CO32-, OH-

10. ЦЕПОЧКЕ ПРЕВРАЩЕНИЙ

Хлорид натрия ← натрий → пероксид натрия

                                      ↓

                        Гидроксид натрия → нерастворимое основание

СООТВЕТСТВУЮТ СХЕМЫ РЕАКЦИЙ

а) Na + Cl2→; Na + H2O→

б) Na + Br2→; Na + H2→

в) Na + O2→; NaOH + FeCl3→

г) Na + S→; NaOH + BaCl2→

Составьте соответствующие уравнения реакций.

Руководство организации учебного процесса. Выполните работу, обменяйтесь тетрадями и определите уровень знаний вашего товарища.

Ключ к тесту (выдает преподаватель).

1.б, г. 2. б. 3. в. 4. а. У лития самый малый радиус атома. 5. в. 6. г. У него большая способность к отдаче электронов. 7. г. 8. в. 9. б. 10.а, в.

УЭ-2 (5–7 мин)

Цель: закрепить знания о строении и свойствах атомов металлов главной подгруппы II группы.

Руководство по организации учебного процесса. Запишите в тетрадях дату и тему урока.

1. Прочитайте внимательно материал… (здесь и далее указаны страницы в учебниках и дополнительной литературе) и составьте схемы строения атомов бериллия, магния, кальция.
2. Устно ответьте на вопросы.

 ?  Как изменяется радиус атомов с возрастанием порядкового номера элемента?

? Как изменяется химическая активность металлов главной подгруппы II группы в зависимости от радиуса атома?

? Какой из этих трех металлов наиболее активен?

3. Составьте график изменения радиусов атомов металлов главной подгруппы II группы. Работайте индивидуально. Самостоятельно оцените свои знания.  

УЭ-3 (10–15 мин)

Цель: изучить физические и химические свойства берриллия, магния и щелочно- земельных металлов.

Руководство по организации учебного процесса. Прочитайте внимательно материал… Работайте в парах. Все выводы и уравнения реакций записывайте в тетрадях. Проконтролируйте друг друга. Один из пары будет отчитываться о проделанной работе.

1. Устно ответьте на вопросы.

? В чем черты сходства и различия простых веществ магния и кальция?

? Почему кальций – легкий и прочный металл – не применяют в самолетостроении?

? Сравните свойства кальция со свойствами щелочных металлов. Сделайте вывод.

2. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить превращения:

Mg→MgO→MgCl2→MgSO4.

3. Соблюдая правила безопасности, проделайте экспериментально реакции, соответствующие следующим схемам:

Mg + HCl→;

Ca + HCl→.

Составьте уравнения реакций, объясните разную химическую активность металлов.

УЭ-4 (10 мин)

Цель: познакомиться с соединениями магния, кальция, бериллия, их свойствами и областями применения.

Руководство по организации учебного процесса. Просмотрите презентация «Щелочноземельные металлы», рассмотрите коллекцию «Важнейшие природные соединения кальция и магния» (в парах). Прочитайте внимательно… Выпишите в тетрадь формулы основных соединений кальция, магния, бериллия и укажите области их применения (работайте индивидуально).

УЭ-5 (15–20мин)

Учащиеся разделяются на три группы.

Для группы 1

Цель: изучить применение бериллия и его сплавов в промышленности.

Руководство по организации учебного процесса. Используйте дополнительный материал к модулю и…

1. Выпишите важнейшие области применения бериллия и сплавов на его основе.
2. Приготовьте сообщения и творческие отчеты об использовании бериллия как легирующей добавки. Покажите связь этого учебного материала с учебным материалом по технолошии металлов, электротехнике, электроматериаловедению, физике. Творческие отчеты сдайте преподавателю.

Для группы 2

Цель: изучить значение магния для жизнедеятельности человека, применение магния и его сплавов, их использование в сварочном и формовочном производствах.

Руководство по организации учебного процесса. Используйте дополнительный материал к модулю и…

1. Ответьте на вопрос: «Какое значение имеет магний для человеческого организма?»
2. Проведите мини-исследование о применении магния в сварочном и формовочном деле. Обратите внимание на состав магниевого термита и его применение.
3. Допишите уравнение реакции сгорания магниевого термита, расставьте коэффициенты, укажите тип химической реакции: Mg + Fe3O4→.

По окончании работы проведите взаимопроверку.

Для группы 3

Цель: изучить применение кальция и его соединений, их значение для живых организмов, использование в будущей профессиональной деятельнотси.

Руководство по организации учебного процесса. Используйте дополнительный материал к модулю и…

1. Выпишите основные цифры, характеризующие содержание кальция в организме человека (выполняйте индивидуально).
2. Выполните упражнение… (работайте индивидуально).
3. Соблюдая правила безопасности, осуществите экспериментально превращения:  Ca → Ca(OH)2 → CaCO3.

Напишите уравнения реакций. Работайте в парах.

4. Используя дополнительную техническую литературу и знания, полученные на уроках по спецпредметам и производственной практике, заполните таблицу. Работайте в парах.

При заполнении таблицы найдите ответы на следующие вопросы.

? Благодаря каким свойствам кальций используется в сварочном деле?

? Зачем кальций добавляют в расплавы металлов?

? Почему кальций используют для получения редких металлов?

Дополнительный материал

В промышленности магний используется в виде сплавов с алюминием, марганцем, цинком и другими элементами. Все магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием, имеют сравнительно высокую прочность. Сплав магния с алюминием высокопластичен, в горячем состоянии хорошо сваривается и имеет более высокую коррозийную стойкость по сравнению с другими магниевыми сплавами. Для улучшения механических свойств магниевых сплавов их нагревают до 400 ˚С и охлаждают на воздухе. От коррозии их защищают оксдированием, пропиткой маслами, лаками.

Сплавы бериллия находят применение в самолетостроении, электротехнике. Их бериллия изготавливают окошечки рентгеновских трубок, используя его проницаемость для рентгеновских лучей. В смеси с препаратами радия и бериллия служит источником нейтронов.

Магниевый термит для сварки составляют из порошка магния и железной окалины. Продукты сгорания магниевого термита образуются в виде пористой спекшейся массы оксида магния, которая впитывает в себя расплавленное железо. Магниевый термит применяют в основном для сварки стальных телеграфных и телефонных проводов воздушных линий связи, но он может использоваться и для сварки стыков стальных труб небольших диаметров.

Мрамор – диэлектрик. Он гигроскопичен и поэтому используется в качестве электроизоляционного материала. Его шлифуют и пропитывают органическими веществами – парафином и лаками. Мрамор – негорючий материал. Из него изготавливают распределительные доски и основания для рубильников и щитков с предохранителями в установках, рассчитанных на напряжение 500 В.

По окончании работы каждая группа отчитывается о выполнении заданий.

УЭ-6 (10 мин)  

Цель: обобщить и закрепить знания, полученные на уроке.

Руководство по организации учебного процесса. Выполните тестовое задание. Выберите один или несколько правильных ответов. Работайте самостоятельно.

Выходной контроль

Уровень 1

1. К СЕМЕЙТСВУ ЩЕЛОЧНО-ЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ОТНОСЯТСЯ ВСЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЫ II ГРУППЫ, КРОМЕ

а) Ве    б) К в) Са г) Мg

2. ДЛЯ КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ ХАРАКТЕРНЫ

а) типичная степень окисления в соединениях +2

б) ярко выраженные восстановительные свойства

в) устойчивость к окислению на воздухе

г) более высокая степень диссоциации гидроксидов по сравнению с гидроксидами щелочных металлов

3. МАГНИЙ ПОЛУЧАЮТ ИЗ ПРИРОДНОГО МАТЕРИАЛА

      а) боксита в) пирита

      б) куприта г) доломита

4. ВАЖНУЮ РОЛЬ В СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА ИГРАЮТ СОДЕРЖАЩИЕ В КРОВИ ИОНЫ

      а) магния в) бериллия

      б) кальция г) стронция

5. МАГНИЕВЫЙ ТЕРМИТ ДЛЯ СВАРКИ СОСТАВЛЯЮТ ИЗ ПОРОШКА МАГНИЯ И

      а) известняка в) фторида лития

      б) железной окалины г) карборунда

Уровень 2

1. ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ АТОМОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЫ II ГРУППЫ С ВОЗРАСТАНИЕМ ПОРЯДКОВОГО НОМЕРА ЭЛЕМЕНТА

а) уменьшается

б) усиливается

в) не изменяется

2. АМФОТЕРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ОБРАЗУЕТ

      а) магний в) бериллий

      б) кальций г) стронций

3. ГИДРОКАРБОНАТ КАЛЬЦИЯ ОБРАЗУЕТСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ

а) Ca(OH)2 + CO2 →

б) CaO + H2O →

в) CaCO3 + H2O + CO2 →

г) Ca + H2O →

4. В СОСТАВ БЕРИЛЛИЕВЫХ БРОНЗ ВХОДЯТ

      а) Fe, Cu     в) Ni, Co

      б) Sc, Mg   г) Al, Cr

5. Карбид кальция получают нагреванием оксида кальция с коксом в электропечи:

CaO + С  →

Допишите уравнение реакции.

ИЗ 40 г ОКСИДА КАЛЬЦИЯ ПОЛУЧАЮТ КАРБИД КАЛЬЦИЯ МАССОЙ ПРИМЕРНО

а) 38 г    б) 42,3 г    в) 50 г    г) 45,7 г

6. В ПРОЦЕССЕ ФОТОСИНТЕЗА УЧАСТВУЕТ

      а) кальций  в) стронций

      б) магний  г) барий

Учащиеся сами выбирают уровень задания. За правильно выполненное задание первого уровня – отметка «4», второго уровня – «5».

УЭ-7 (2–3 мин)

Цель: оценить качество выполненной работы и сделать выводы.

Руководство по организации учебного процесса. Прочитайте цели данного модуля. Сделайте вывод: все ли вы выполнили.

Рефлексивный тест

Выполняется на неподписанных листах. В случае положительного ответа учащиеся ставят значок «+».

1. Я узнал много нового и интересного.
2. На уроке мне постоянно приходилось работать.
3. На все возникшие в ходе урока вопросы я получит ответы.
4. Мне это пригодится в будущей профессиональной деятельности и в повседневной жизни.
5. Считаю, что работал добросовестно и достиг цели урока.

По окончании работы предлагаю поднять руки тех, кто поставил пять плюсов, затем – четыре, три плюса. В конце урока даю домашнее задание.

На практике убедилась, что данная технология развивает интерес к предмету, повышает успеваемость, учит быть исследователем и не останавливаться на достигнутом[5].

2. Усовершенствование методики определения кальция и магния в молоке

Кальций и магний – биологически активные компоненты молока, содержание которых обусловливает его пригодность для  производства сыра.

Методика определения кальция и магния в молоке основана на комплексонометрическом титровании в щелочной среде в присутствии индикаторов мурексида или эриохромового черного Т (хромогена черного) обратным титрованием [3].

При проведении анализа по методике Коренмана [3] мы пришли к выводу, что она нерациональна и требует много времени для определения кальция и магния в молоке. Целью нашей работы стало усовершенствование этой методики в русле сокращения времени проведения анализа и экономии реактивов, необходимых для его выполнения [6,9,12].

Титрант – комплексон III (трилон Б).

Определение кальция

В коническую колбу вместимостью 250 мл помещают пипеткой 5 мл молока, 90 мл воды и 5 мл раствора гидроксида кальция концентрацией 2 моль/л. Через 2 мин добавляют 2–3 микрошпателя индикаторной смеси мурексида с хлоридом натрия и титруют комплексоном III концентрацией 0,05 моль/л, пока сиреневая окраска раствора не перейдет в розовую.

Расчет содержания кальция в молоке проводят по формуле:

W=

где Vт – объем титранта, израсходованного на связывание ионов кальция, соответствующая 1 мл 0,05 моль/л раствора комплексона III, мг; 0,97 – коэффициент перерасчета объема молока на его массу; Vп – объем анализируемой пробы, мл.

Определение магния

В коническую колбу вместимостью 250 мл помещают 5,0 мл анализируемого молока, 90 мл дистиллированной воды, 5 мл аммиачного буфера, 2–3 микрошпателя сухой смеси эриохромового черного Т (хромогена черного) с хлоридом натрия. Раствор окрашивается в бледно- сиреневый цвет. Содержимое колбы титруют комплексоном III до появления признаков синего окрашивания. После этого титрант следует добавлять в раствор по каплям, тщательно перемешивая, вплоть до появления зелено- синего окрашивания.

Расчет содержания магния в молоке проводят по формуле:

где V2 – объем титранта комплексона III, израсходованного на связывание ионов кальция и магния в присутствии индикатора эриохромового черного Т (хромогена черного), мл; V1 – объем титранта, затраченного на титрование молока в присутствии мурексида; 0,0012 – масса ионов магния, соответствующая 1 мл 0,05 моль/л раствора комплексона III, мг; 0,97 – коэффициент пересчета объема молока на его массу; Vn – объем анализируемой пробы молока, мл.

При определении содержание кальция в молоке жирностью 3,2% должно составлять 113 мг%, а магния – 14 мг% на 100 г продукта.

Таким образом, усовершенствованная методика определения кальция и магния в молоке позволит сократить время приготовления титрантов (хлоридов кальция и магния) и сэкономит расходный материал для проведения анализа[10].

Глава 2. Разработка методических материалов на примере элемента 2 группы главной подгруппы ПС Д.И. Менделеева – кальция 

1. Биогенный кальций

Кальций – элемент, присутствующий в человеческом организме в наибольшем количестве. Его содержание составляет от 1 до 1,5 кг у взрослого человека, т.е. около 20 г на 1 кг массы тела. Из общего запаса кальция около 99% включено в костную и хрящевую ткань, дентин, эмаль зубов, а 1% – это внутриклеточный кальций, кальций крови и тканевой жидкости.

Роль кальция в жизни организма значительна. Все клетки – от примитивных одноклеточных организмов до нейронов коры больших полушарий мозга человека – зависят от обмена кальция. По мнению ученных, это связано с тем обстоятельством, что жизнь зародилась в среде первичного океана, богатого кальцием. Еще в XIX в. было установлено, что для поддержания сокращений сердца лягушки необходимы ионы кальция, которые участвуют в передаче нервного импульса с нерва на сердечную мышцу. Позже была показана роль кальция при движении амеб. Эти исследования впервые подтвердили необходимость ионов кальция для живых существ.

Кальций участвует в процессах передачи нервных импульсов, обеспечивает равновесие между процессами возбуждения и торможения в коре головного мозга, участвует в регуляции сократимости скелетных мышц и мышцы сердца, влияет на кислотно- щелочное равновесие организма, а также на активность ряда ферментов.

Кальций необходим для функционирования клеточных мембран, работы ядерного аппарата клетки, способствует стабилизации тучных клеток и тормозит высвобождение гистамина, уменьшая тем самым проявления аллергических реакций, болевого синдрома и воспалительных процессов. Он – фактор свертываемости крови, снижает уровень холестерина в крови, участвует  в формировании иммунного ответа. У женщин значительно возрастает потребность в кальции во время беременности, поскольку соли кальция необходимы для формирования костной, нервной, сердечно-сосудистой систем плода, обеспечения нормальной свертываемости крови ребенка, закладки зубов.

Недостаточное поступление кальция в организм усиливает выведение кальция из костей в кровь, вызывая их деминерализацию и остеопороз. В то же время ион кальция ядовит для клеток, и значительное повышение его внутриклеточной концентрации запускает механизмы клеточной гибели. Внутри клетки концентрация ионов кальция в 10 000– 100 000 раз меньше, чем снаружи. Кроме того, чрезмерный дневной прием кальция может привести к кальцинозу – отложению солей кальция в тканях, повышению кровяного давления.

С рождения до 25 лет человеческий организм накапливает кальций, депонируя его в костях. После 35 лет организм под воздействием гормона паращитовидной железы перекачивает кальций из костей в кровь и к 70 годам теряет до 30% его запасов. У женщин потери кальция связаны к тому же с периодами беременности и грудного вскармливания, а также с наступлением менопаузы.

Основная роль кальция – организация целостной скелетной системы, в которой, как было отмечено выше, находится в состоянии динамического равновесия с кальцием кровеносной системы и служит буфером для поддержания стабильного уровня его циркуляции.

В состав плотной костной ткани наряду с белком коллагеном входит гидроксофосфат кальция Ca10(PO4)3OH – кристаллическое минеральное соединение, близкое по составу к гидроксоапатиту Ca10(PO4)3(OH)2. Часть ионов кальция замещена ионами фтора, которые повышают твердость и снижают  растворимость костной ткани.

Кость представляет собой живую ткань, которая постоянно обновляется. Несмотря на то, что кости достаточно прочные гибкие, они часто подвергаются микротравмам, которые приводят к структурным повреждениям. В костной ткани находятся две группы специализированных клеток, которые участвуют в процессе самообновления, – остеокласты и остеобласты. Остеокласты способствуют удалению и разрушению поврежденной костной ткани – деминерализации. В остеобластах, интенсивно омываемых кровью, происходит образование костной ткани – минерализация. Этот двухступенчатый процесс называется костным ремоделированием и осуществляется каждые три-четыре месяца у здорового взрослого человека.

Процесс минерализации и деминерализации костной соли можно выразить общим уравнением:

5Ca2+ + 3HPO42- + 4OH- = Ca5(PO4)3OH↓ + 3H2O.

Формирование костной ткани в остеобластах происходит  в результате контролируемого коллагеном процесса кристаллизации гидрофосфата кальция из ионов кальция и фосфатов и при участии гетерополисахаридов.

Наряду с кристаллическим гидрофосфатом в поверхностных слоях кости образуется некоторое количество аморфного фосфата кальция Ca3(PO4)2, более растворимой соли, которая постепенно превращается в гидроксофосфат кальция. Поэтому с возрастом содержание аморфного фосфата кальция в костной ткани уменьшается.

Клетки костной ткани вследствие локальных изменений pH  среды организма, концентрации ионов кальция и фосфата, активности ферментов, а также комплексообразующих свойтсв среды, содержащей лактаты, цитраты и белки, могут ускорять либо процессы минерализации, либо процессы деминерализации.

Растворению костной ткани способствует локальное повышение кислотности среды и концентрации лактатов, цитратов и белков, которые связывают ионы кальция в результате комплексообразования.

При небольшом повышении содержания протонов кость начинает растворяться, отдавая сначала катионы кальция:

Ca5(PO4)3OH +H+ → Ca4H(PO4)3 + Ca2+ + H2O.

а при большей кислотности среды происходит ее полный распад:

Ca5(PO4)3OH + 7H+ → 3H2PO4- + 5Ca2+ + H2O.

Эти процессы могут легко протекать в зубах. В полости рта в результате жизнедеятельности микроорганизмов образуются достаточно сильные кислоты: пировиноградная, молочная, янтарная, которые разрушают зубы в результате не только повышения кислотности среды, но и связывания катионов кальция в устойчивые комплексные соединения.

Структура костной ткани обеспечивает легкий обмен между поверхностью скелета и окружающими тканевыми жидкостями. Ежедневно из костей скелета уходит и возвращается в него около 700–800 мг кальция. Полная перестройка костной ткани человека происходит примерно каждые 10 лет.

Гомеостаз  ионов кальция (поддержание их уровня у здорового человека в пределах очень узкого диапазона) в организме регулируется гормонами паратирином и кальцитонином. При уменьшении концентрации ионов кальция возрастает секреция паратирина. Под влиянием этого гормона остеокласты усиливают растворение содержащихся в костях минеральных соединений и уровень кальция в крови повышается. В свою очередь, при увеличении содержания ионов  кальция секретируется гормон кальцитонин, который способствует снижению концентрации ионов кальция за счет ускорения минерализации в результате деятельности остеобластов.

В процессе регуляции концентрации ионов кальция принимает участие также витамин   D, который требуется для синтеза кальцийсвязывающих белков в кишечнике, реабсорбции его в почках и растворения костной ткани. Своевременное поступление нужных количеств витамина D – необходимое условие для нормального течения процессов кальцификации.

По мере распада старых костных клеток образуются новые, поэтому организму необходимо постоянное пополнение запасов этого элемента (у взрослого человека за год повторно усваивается около 20% костного кальция).

Естественный источник кальция для организма – пищевые продукты, в которых он содержится главным образом в виде нерастворимых солей фосфорных кислот. Наилучшие источники легкоусвояемого кальция – молочные продукты, рыба, мясо, орехи, зеленые овощи, фрукты. Чем легче кальций всасывается, тем лучше он усваивается организмом.

Некоторые продукты содержат кальций, который плохо всасывается. Причина заключается в том, что в них кальций содержится в виде оксалатов (шпинат, свекла, ревень и др.) и фитатов (зерновые продукты), растворимость которых чрезвычайно мала.

Кроме того, некоторые продукты при потреблении в избыточном количестве (соль, кофе и белок) усиливает выведение кальция с мочой.

Необходимо учитывать, что организм взрослого человека усваивает менее половины потребляемого с пищей кальция. Поступление кальция из пищи осложняется плохим его всасыванием из-за образования в желудочно-кишечном тракте практически нерастворимых фосфата кальция Ca3(PO4)2 и кальциевых солей жирных кислот Ca(CnH2n+1COO)2.

Поэтому жирная пища (сливочное масло, жирное мясо, сметана и т.д.) образует с кальцием нерастворимые комплексы, что делает невозможным его поступление в кровь, и он остается в кишечнике. Подобным действием обладает и пища, содержащая растительный белок злаковых культур (пшеница, рожь, хлебобулочные изделия).

Облегчают усвоение кальция молочные продукты (содержат лактозу) и цитрусовые (содержат лимонную кислоту)[8].

2. Об изучении важнейших соединений кальция

Соединения кальция широко распространены в природе и имеют большое значение в практической деятельности человека. Мы изучаем важнейшие природные соединения кальция на примерах продукции предприятий Белгородской обл. на этом уроке учащиеся знакомятся с их составом, свойствами и применением, изучают виды жесткости воды и способы ее устранения. Урок позволяет развивать умение учащихся решать расчетные и экспериментальные задачи, обучать их самостоятельной поисковой деятельности и продуктивной работе с различными источниками учебной информации.

Реактивы и оборудование:  карбонат натрия, сульфат калия, оксид кальция, сульфат кальция, соляная кислота, растворы гидроксида кальция и карбоната натрия; коллекция минералов, опорный конспект «Виды жесткости воды», графопроектор, карта Белгородской обл., образцы мела из месторождений Белгородской обл. и образцы продукции местных производств.

Ход урока

Проверка усвоения усвоенного материала

У доски по карточкам работают три ученика.

Карточка 1. Исходя из положения магния и кальция в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, определите, какой металл: а) имеет более высокую температуру плавления; б) более твердый; в) более сильный восстановитель.

Карточка 2. При прокаливании 30 кг мела, произведенного на Петропавловском мелоперерабатывающем заводе Белгородского р-на, получено 11,2 кг негашеной извести. Определите массовую долю карбоната кальция в меле.

Карточка 3. В промышленности кальций получают электролизом расплава хлорида кальция. Это вещество можно получить из мела:

CaCO3 → A → Ca(OH)2 → Ca(NO3)2 → Б  → CaCl2.

Определите вещества А и Б. напишите уравнения реакций, назовите продукты и типы реакций (устно).

В это время вес остальные выполняют тесты, выбрав один из трех предложенных вариантов, различающихся по степени трудности. Работу выполняют в тетрадях и под копирку на листочках. Учащимся выданы в конвертах правильные ответы. Через 5 мин они оценивают себя и сдают листочки учителю.

Тестовый контроль

Вариант I

1. ЭЛЕКТРОННАЯ ФОРМУЛА АТОМА КАЛЬЦИЯ

а) 1s22s22p63s23p64s2

б) 1s22s22p2

в) 1s22s22p63s2

2. ЧИСЛО ЭЛЕКТРОНОВ НА ВНЕШНЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ УРОВНЕ АТОМОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЫ II ГРУППЫ РАВНО

а) 1

б) 2

в) 3

3. ОБЩАЯ ФОРМУЛА ВЫСШИХ ОКСИДОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЫ II ГРУППЫ

а) R2O

б) RO

в) RO2

4. ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ КАЛЬЦИЯ С ВОДОЙ ОБРАЗУЮТСЯ

а) CaO и H2O

б) Ca(OH)2 и H2

в) Ca(OH)2 и H2O

Вариант II

1. СВЕЖИЙ СРЕЗ КАЛЬЦИЯ НА ВОЗДУХЕ ПОКРЫВАЕТСЯ СЛОЕМ БЕЛОГО ВЕЩЕСТВА, СОСТАВ КОТОРОГО ОТРАЖАЕТ ФОРМУЛА

а) Ca(OH)2 

б) CaO

в) CaH2 

г) Ca3N2

2. ПРИ ЭЛЕТРОЛИЗЕ РАСПЛАВА ХЛОРИДА КАЛЬЦИЯ ОБРАЗУЮТСЯ

а) Ca и Cl2

б) H2 и O2

в) Ca и O2

г)  H2 и Cl2

3. ПРИ НАГРЕВАНИИ МАГНИЯ С ВОДОЙ ОБРАЗУЮТСЯ

а) Mg(OH)2 и H2O

б) MgO и H2

в) Mg(OH)2 и H2

г) MgO и H2O

4. ФОРМУЛА ВОДОРОДНОГО СОЕДИНЕНИЯ КАЛЬЦИЯ

а) Ca+2 H2-1

б) Ca +1H-1

в) H2+1 Ca-2

б) Ca +2(O -2H+1)2 

Вариант III

1. ИЗВЕСТКОВУЮ ВОДУ РАЗДЕЛИЛИ НА ДВЕ ОДИНАКОВЫЕ ПОРЦИИ, ЧЕРЕЗ ОДНУ ПРОПУСКАЛИ УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ, ПОКА ВЫПАВШИЙ ОСАКДОК НЕ РАСТОВРИЛСЯ, ЗАТЕМ ОБЕ ПОРЦИИ ВНОВЬ СЛИЛИ. ПРИ ЭТОМ ОБРАЗОВАЛИСЬ

а) CaCO3 и H2O

б) Ca(HCO)3 и H2O

в) Ca(OH)2 и H2O

г) Ca(OH)2 и Ca(HCO)3

2. ПРИ ВЗАИМОДЙСТВИИ КАЛЬЦИЯ С ВОДОЙ ОКИСЛИТЕЛЕМ ЯВЛЯЮТСЯ АТОМЫ

а) кальция

б) водорода

в) кислорода

г) водорода и кислорода

3. ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ ВОДНОГО РАСТВОРА ХЛОРИДА КАЛЬЦИЯ ОБРАЗУЮТСЯ

а) водород, хлор, гидроксид кальция

б) кальций и хлор

в) водород и кислород

г) кальций и кислород

4. ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ ВОДНОГО РАСТВОРА НИТРАТА КАЛЬЦИЯ ОБРАЗУЮТСЯ

а) водород и кислород

б) кальций и кислород

в) водород и азот

г) кальций и оксид азота (IV)

Изучение и закрепление нового материала

Учитель. Представьте, что мы находимся в стенах Белгородской академии строительных материалов на факультете химической технологии строительных материалов, в лаборатории, где разрабатываются новые технологии переработки соединений кальция. Именно здесь можно узнать много интересного о важнейших соединениях кальция, их применении и значении. В обсуждении проблемы будут участвовать учащиеся играющие роли экспертов, лаборантов, экологов.

Переходя к изучению важнейших соединений кальция, уместно вспомнить отрывок из «Поэмы о минералах» Н. Федоровского:

По формуле, как ни смотри,

Они не разнятся никак.

Все те же кальций це о три

Как мрамор, так и известняк.

Сначала группа экспертов рассказывает о важнейших соединениях кальция. Это CaCO3 – мел, мрамор, известняк, минералы кальцит и арагонит, CaO – негашеная известь, Ca(OH)2 –  гашеная известь, CaSO4 ∙ 2H2O – природный гипс. Учащиеся используют в своих сообщениях краеведческий материал о распространении, добыче и переработке мела в Белгородской обл., при необходимости сопровождаются рассказ уравнениями химических реакций.

Класс выполняет лабораторный опыт «Ознакомление с соединениями кальция». Учащиеся рассматривают образцы мела, мрамора, известняка, гипса, обращают внимание на их внешний вид. Затем при помощи соответствующих реагентов определяют карбонат натрия среди выданных кристаллических веществ и записывают уравнение реакции в молекулярном и ионном видах.

Учитель обращается к инженерам-экологам: можно ли перерабатывать отходы, содержащие кальций? Если да, то где их используют? Учащиеся рассказывают об использовании кальцийсодержащих отходов, полученных при производстве сахара и лимонной кислоты, демонстрируют фотографии, иллюстрирующие применение в строительстве цитрогипса и опилкобетона.

Затем радиооператор включает заранее сделанную магнитофонную запись «Сказки о братьях Карбонатах», слушая которую учащиеся записывают формулы веществ и уравнение упомянутой реакции.

На земле живут три брата

Из семейства Карбонатов.

Старший брат – красавец Мрамор,

Славен именем Каррары.

Превосходный зодчий, он

Строил Рим и Парфенон.

Всем известен Известняк,

Потому и назван так,

Знаменит своим трудом,

Строит он за домом дом.

И способен, и умел

Младший мягкий братец Мел.

Как рисует, посмотри,

Этот CaCO3!

Любят братья порезвиться,

В жаркой печке прокалиться.

CaO да CO2

Образуются тогда.

Звучит отрывок из повести Г. Р. Хаггарда «Жемчужина Нила»: «Она вынула из уха одну из тех огромных жемчужин… и …опустила жемчужину в уксус. Наступило молчание, потрясенные гости, замерев, наблюдали, как несравненная жемчужина медленно растворяется в крепком уксусе. Вот от нее не осталось и следа, и тогда Клеопатра подняла кубок, покрутила его, взбалтывая уксус, и выпила весь до последней капли». Учитель просит учащихся объяснить, что произошло с жемчужиной и  почему Клеопатра смогла выпить «крепкий уксус», а также предлагает напсиать уравнение реакции.

О жесткости воды учитель рассказывает сам. В Белгородской обл. вода считается жесткой. В ней плохо мылится мыло, от жесткой воды на стенках чайника образуется накипь. У людей, употребляющих жесткую воду, велика вероятность заболеть почечно-каменной и желчекаменной болезнями, раком. Такая вода непригодна для двигателей внутреннего сгорания и паровых котлов, так как на их стенках также образуется накипь, которая ускоряет их изнашивание.

Используя опорный конспект, учитель рассказывает о видах жесткости воды. Жесткость воды обусловлена присутствием растворимых гидрокарбонатов кальция и магния (карбонатная, или временная, жесткость), сульфатов и хлоридов кальция и магния (некарбонатная, или постоянная, жесткость).

Затем через графопроектор на доску проецируются уравнения реакций, позволяющих устранить жесткость воды.

Устранение карбонатной жесткости

1. Кипячение:

Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + H2O + CO2↑;

Mg(HCO3)2 = MgCO3↓ + H2O + CO2↑.

2. Действие известкового молока или соды:

Ca(HCO3)2  + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O;

                  известковое

                     молоко

Mg(HCO3)2  + Na2CO3 = MgCO3 + 2NaHCO3.

                        Сода

Устранение некарбонатной жесткости

Действие раствора соды:

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4;

                сода

MgCl2 + Na2CO3 = MgCO3↓ + 2NaCl.

                сода

Записывая этот материал в тетради, учащиеся составляют  также ионные уравнения реакций, которые впоследствии проверяют при проецировании следующей кодограммы.

Два ученика-лаборанта демонстрируют опыт по устранению временной и постоянной жесткости воды действием растворов гидроксида кальция и карбоната натрия. Один учащийся выполняет опыты, другой записывает уравнения реакций в молекулярном и ионном видах. Еще один лаборант сообщает об исследованиях жесткости воды из водоемов Белгородской обл.

Учитель подводит итоги урока, дает домашнее задание. В оставшееся время класс заслушивает творческие работы учащихся о биологической рол и действии на организм магния и кальция[1].  

Выводы

1.        Проанализирована учебно-методическая литература по проблеме исследования;

2.        Разработаны методические материалы для организации внеурочной  работы (на примере элементов 2 группы главной подгруппы ПС Д.И. Менделеева):

а) Модульное изучение металлов II группы. 

б) Усовершенствование методики определения кальция и магния в молоке.

в) Биогенный кальций.

г) Об изучении важнейших соединений кальция.

Литература

1. Бабукова В. В. Об изучении важнейших соединений кальция// Химия в школе. 2002. №4. С. 29–32.
2. Венецкий С.И. Рассказы о металлах. – М.: Металлургия, 1982.
3. Коренман Я. И. Практикум по пищевой химии. Анализ пищевых продуктов. Титриметрические методы анализа. – М.: КолосС, 2005.
4. Кузнецов М.И. Основы электротехники. – М.: Высшая школа, 1990.
5. Маркова Л.А. Модульное изучение металлов II группы //Химия в школе 2009. № 9, с.24–29.
6. Нечаев А.П., Траубенберг С. Е., Кочеткова А. А. Пищевая химия. – СПб.: ГИОРГ, 2003.
7. Никулин Н.В. Электроматериаловедение. – М.: Высщая школа, 1989.
8. Панченко Т. А., Плотникова А. А. Биогенный кальций// Химия в школе. 2010. №3. С. 6–8.
9. Рогов и. А., Антипов Л.В., Дунченко Н. И. Химия пищи. – М.: КолосС, 2007. – С. 666–673.
10. Трапезникова Н.Н. Усовершенствование методики определения кальция и магния в молоке// Химия в школе. 2012. №2. С. 61–62.
11. Фадеев Г. Н., Сычев А. П. Мир металлов и сплавов: Книга для внеклассного чтения. – М.: Просвещение, 1977.
12. Пищевая химия: Учебное пособие / Сост. Т.Ф. Борисова. – Пермь: ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2008.
13. Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1992.