Экологические аспекты минеральных удобрений Урок-игра 9 класс (химия)
Экологические аспекты минеральных удобрений
Урок-игра
9 класс «Жить – это значит узнавать»
Д. И. Менделеев
Цели: исследовать экологические аспекты использования ми неральных удобрений, рассмотреть и проанализировать позитивные и негативные стороны применения в сельском хозяйстве; учить учащихся использовать знания в быту.
Материалы:
1) установочные листы с данными по экологии для выбранных для игры специальностей;
2) образцы минеральных удобрений;
3) образцы овощей и фруктов;
4) набор химических реактивов.
Ход урока-игры
I. Вступительное слово учителя.
С детства мы знаем много сказок, в которых упоминается ска терть-самобранка. Фантазия это или реальность? 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 уже больше 6 млрд человек. С ростом населения растут и их потребности. Возмож но ли воплотить в реальность сказочную мечту о скатерте-самобранке?
На сегодняшний день ситуация печальная и безрадостная. Большое количество нашей «больной» почвы разрушает эрозия, безудержно применяются удобрения и пестициды, сплошь и рядом нарушается технология орошения. И чтобы повысить урожайность почвы, в нее вводят все больше и больше удобрений.
На центральных рынках, где работает экологическая служба, иногда «арестовывают» тонны дынь, арбузов, свеклы и др. овощей. Несколько лет тому назад была запрещена к реализации партия консервов крупнейшего в стране Азовского комбината детского питания, который использует в производстве местную продукцию.
С подобными фактами приходится сталкиваться нередко. Обыкновенный кочан капусты, попав на наш стол, может оказаться «миной замедленного действия» - может вызвать расстройство желудка, отравить организм, угнести его жизненно важные функции, ухудшить способность крови обеспечивать клетки кислородом, даст толчок к возникновению онкологических заболеваний. Виновники -нитраты.
II. Игра: специалисты решают проблемы.
Установочный вопрос: Каким образом можно перевести сельское хозяйство из разряда «грязных» в разряд «экологически чистых»?
Деятельность: класс разбить на несколько групп, число кото рых соответствует числу выбранных для игры специальностей. Груп па составляет свою концепцию решения данной проблемы с позиций соответствующей специальности. Преподаватель объявляет устано вочный вопрос, и представители различных специальностей вступают в дискуссию, защищая при этом свою профессиональную позицию.
Специальности: химик-технолог, химик-аграрник, ученый-химик, врач, эколог.
Химик-технолог.
Вместе с урожаем мы изымаем вещества -азот, фосфор, калий, кальций, марганец и др. Если пользоваться простейшими минеральными удобрениями (селитра, мочевина, суперфосфаты) и, самое главное, умеренно, то действительно почва обогащается минеральными веществами.
Но: 1) на сегодняшний день технология производства удобрений такова, что в их составе имеется «букет» тяжелых металлов, включая ртуть;
2) дозы вносимых удобре ний до сих пор составлены без учета потребности в питательных веществах выращиваемых культур.
Химик-аграрник.
Нужно принять во внимание, что из всего количества вносимых удобрений сельскохозяйственные растения используют лишь 40-50 %. Остальное
вымывается из почвы в виде нитратов
в водоем улетучивается в атмосферу
Химикатов накопилось в земле так много, что потребуется несколько десятилетий, чтобы они разложились. И еще столько же, чтобы почва снова стала плодородной. (См. по тексту таблиц для определения минеральных удобрений, с. 40).
Согласно закону растущей урожайности совершенствование агротехнических приемов ведет к увеличению урожая, но не беспре дельно. Есть одно важное обстоятельство - плодородие почвы увеличить невозможно.
Врач.
Избыток в почве нитратов ухудшает качество выращи ваемых овощей, фруктов, зерновых культур и др. Последствия упот ребления некачественных продуктов могут быть такие:
1) развиваются раковые заболевания;
2) появляется заболевание, при котором кровь не способна удер живать кислород, - метгемоглобинемия (кислородное голодание);
3) нарушается деятельность щитовидной железы и др.
Ученый-химик.
Корневые системы всех без исключения рас тений хорошо усваивают нитраты. В растении происходит восстанов ление нитратов до аммиака:
NОз -> N02 -> N0 -> NН2ОН -> NН3
Нитрат нитрит гкпонитрит гидроксиламин аммиак
Образовавшийся аммиак реагирует с некоторыми органическими кислотами (пировиноградная, щавелево-уксусная и др.) и в результате образуются аминокислоты - строительный материал для белков.
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.
Эколог.
В нашей области четыре очага загрязнения почвы.
В 17 районах области отмечено загрязнение подземных вод нитратами (намного выше ПДК).
Представляю таблицу «Допустимое содержание нитратов в овощах». Сегодня на уроке мы научимся определять содержание нитратов в картофеле, моркови и питьевой воде. Предлагаю изучить схему содержания нитратов в различных плодах.
Обратите внимание на распределение нитратов в разных частях плодов. Сравните цифры на рисунке с приведенными в таблице и сделайте практические выводы:
при приготовлении пищи нужно производить обрезку тех час тей плода, где сконцентрировано больше всего нитратов,
Ш. Практическая часть (проведение опытов и решение задач).
ПРОВЕДЕНИЕ ОПЫТОВ
Учитель.
А сейчас поделим класс на три рабочие группы и бу дем выполнять опыты. Каждая группа будет проводить определенный опыт. Напоминаю о технике безопасности, осторожном обращении с химической посудой. На лотках есть все необходимое для опыта.
Опыты № 1, Определение нитратов в питьевой воде.
№ 2, Определение нитратов в картофельном соке
№ 3. Определение нитратов в морковном соке.
После выполнения работы один из группы расскажет о полу ченных результатах по плану на доске.
После практической части сделать запись в тетрадях о том, как можно уменьшить содержание нитратов в овощах в домашних усло виях.
Опасными загрязнителями продуктов питания нитраты стано вятся тогда, когда на каждый кг веса человек потребляет 5 мг нитра тов/сутки.
. 1. Нитраты более активно накапливаются растениями при не достатке света, поэтому выращивать культуры с высокой накопитель ной способностью нитратов нельзя в тенистых местах.
2. По способности накапливать нитраты можно разделить рас тения на 5 групп:
1) больше 5 г на 1 кг продукции (все виды салатов, петрушка, редис);
2) до 5 г на 1 кг (шпинат, редька, кольраби, свекла, зеленый лук);
3) до 4 г на 1 кг (белокочанная капуста, морковь, репчатый лук);
4) до 3 г на 1 кг (лук-порей, ревень, укроп, тыква);
5) менее 1 г на 1 кг (огурцы, арбузы, дыни, помидоры, бакла жаны, картофель).
3. Как распределяются нитраты в овощах?
1) У 'свеклы сконцентрированы в верхней части корнеплода -до 65 %;
2) в моркови в центральной части - 90 %, наружной части - 10 %;
3) капуста - самая опасная часть кочерыжка, и в толстых черешках листьев;
4) у картофеля в мелких клубнях нитратов больше, чем в крупных, сосредоточены под кожурой (чистить - не экономя):
5) маленькие огурцы содержат нитратов меньше, чем большие. Если огурец сорван утром - нитратов меньше.
4. Практический совет (как уменьшить количество нитра тов):
1) тщательно промывать овощи и фрукты - уменьшает на 10 %;
2) механическая очистка - на 15-20 %;
3) варка овощей, особенно очищенных и нарезанных, - на 50 %;
4) зелень рекомендуют вымачивать перед употреблением в хо лодной воде 1-1,5 часа- 20-30 %;
5) уменьшается содержание нитратов при квашении, солении, мариновании.
Определение нитратов в домашних условиях.
Для этого вам следует приобрести в аптеке риванол, физиоло гический раствор (0,9-%-й раствор поваренной соли) и разбавленную соляную кислоту.
Опыт № 1 (нитриты в воде).
В питьевой воде должно содержаться не более 3,29 мг/л нит рит-ионов и 45 мг/л нитрат-ионов. К 1 мл исследуемой воды прибав ляют 2 мл физиологического раствора, Затем 2 мл полученного рас твора смешивают с 1 мл риванольного реактива (таблетку растворяют при нагревании в 200 мл соляной кислоты). Если появляется бледно-розовая окраска, значит, уровень нитритов в питьевой воде недопус тимо высок.
Опыт № 2 (нитраты в воде).
Действия те же, но при добавлении риванольного реактива вно сят еще немного порошка цинка (на кончике ножа). Бледно-розовый цвет раствора указывает на недопустимо высокое содержание нитратов.
Опыт № 3 (нитраты в продуктах).
2 мл разведенного продуктового сока, взятого из средней части плода, смешивают с 1 мл соляно-кислого раствора риванола и добав ляют цинковый порошок. Если в растворе содержится больше 20 мг/л нитратов, то появляется бледно-розовая окраска.
Решение задач по теме «Минеральные удобрения»
Решение задач по теме «Минеральные удобрения» вызывает повышенный интерес у учащихся, живущих в сельских местностях, потому что такие задачи тесно связаны с сельскохозяйственным производством. Вычисление содержания питательных веществ в минеральных удобрениях по формуле вещества, нормы внесения удобрений, их количество на определенную площадь под ту или иную культуру выполняются учащимися осмысленно, с большим интере сом. На дом они получают задания - провести расчет для конкретных условий своего участка.
Задача № 1.
Установлена следующая доза удобрений: N - 60 кг, Р2О5 - 90 кг и К3О - 90 кг. На колхозном складе имеется кальциевая селитра, которая содержит 17,5 % азота, двойной суперфосфат (48 % оксида фосфора (V) и сульфат калия (48 % оксида калия). Определить, сколько нужно каждого из минеральных удобрений внести на 1 га.
Решение: 1) Определяем, сколько килограммов питательных веществ содержится в 1 ц минеральных удобрений.
а) в 1 ц кальциевой селитры Са(NO3) содержится 17,5 кг азота (N);
б) 1 ц двойного суперфосфата Са(Н2РО4)2 Н2О содержит 48 кг оксида фосфора (Р2О5);
в) в 1 ц сульфата калия(K2SO4) содержится 48 кг оксида калия (К20).
2) Определяем количества минеральных удобрений, которые соответствовали бы 60 кг N. 90 кг Р2О5 и 90 кг К2О:
а) кальциевая селитра (60 кг N): 60 : 17,5 = 3,43 (ц на 1 га);
б) двойной суперфосфат (90 кг Р2О5): 90 : 48 = 1,875 (ц на 1 га);
в) сульфат калия (90 кг К2О): 90 : 48 = 1,875 (ц на 1 га).
Ответ: Нужно внести на 1 га: кальциевой селитры - 3,43 ц, двойного суперфосфата- 1,875 ц и сульфата калия - 1,875 ц.
Задача № 2.
Для получения 250 ц клубней картофеля необхо димо внести 80 кг азота, 50 кг фосфора и 120 кг калия на 1 га. Почва
* Из журн. «Химия в школе».
Серая лесная и выщелоченный чернозем содержат на 100 г почвы: 9 мг азота, 4 мг фосфора и 5 мг калия. Степень использования растениями из почвы составляет: азота и калия - 15 %, а фосфора - 8 %. Опреде лить: 1) Количество питательных элементов на 1 га. 2) Степень ис пользования растениями азота, фосфора и калия. 3) Количество питательных веществ, которое должно быть внесено с удобрениями на 1 га. 4) Количество питательных элементов, которое нужно внести с минеральными удобрениями для того, чтобы растения смогли за период вегетации получить соответствующее количество азота, фосфора и калия с 1 га.
Решение: 1) Определяем количество питательных веществ на I га, исходя из того, что 1 мг фосфора или калия на 100 г почвы соответствует 30 кг содержания их в пахотном слое почвы на площа ди 1 га. Тогда в пахотном слое 1 га содержится: 270 кг (9 30) азота, 120 кг (4- 30) фосфора и 150 кг (5 30) калия.
2) Определяем степень использования растениями азота, фос фора и калия с 1 га:
а) фосфор: 120 8 : 100 - 9,6 кг;
б) азот: 270- 15: 100 = 40,5 кг;
в) калий: 150- 15 : 100 = 22,5 кг.
3) Из общего количества, необходимого для получения 250 ц клубней с 1 га, вычитаем количество питательных веществ, которое используют растения из почвы, узнаем количество питательных веществ, которое должно быть внесено с удобрениями на 1 га:
а) азот -39,5 кг (80 - 40,5);
б) фосфор - 40,4 кг (50 - 9,6) и в) калий - 97,5 кг (120-22,5).
4) Определяем, какое количество питательных элементов нуж но внести с минеральными удобрениями, чтобы растения смогли за период вегетации получить соответствующие количества азота, фосфора и калия с 1 га (исходим из того, что азот из азотных удобре ний в первый год внесения используется растениями на 55 °/о, фос фор - на 16 % и калий - на 65 %):
а) азот: 39,5 - 100 : 55 = 71, 8 (кг с 1 га);
б) фосфор: 40,4 100 : 16 = 252,5 (кг с 1 га);
в) калий: 97,5 100:65 = 150 (кг с 1 га).
IV. Итоги урока-игры.
15