Элективные курсы - важнейшее средство построения индивидуальных образовательных траекторий, так как в наибольшей степени связаны с выбором каждым школьником содержания образования в зависимости от его интересов, способностей, жизненных планов. Они дают возможность учителю усилить прикладную направленность предмета, дать хотя бы простейшие представления о том, как решаются важнейшие задачи современной природоохранной деятельности.

Использование на занятиях элективных курсов активных методов организации деятельности учащихся: практические работы, участие в дискуссиях, компьютерные презентации творческих проектов, деловые игры позволяет решать задачи всестороннего развития учащихся, создавать условия для приобретения общепредметных умений.

Представляю один из разработанных по данной тематике сценарий деловой игры с экологическим содержанием, в основу которого лёг метод обнаружения и нейтрализации хрома в сточных водах.

Реактивы и оборудование:

Ведущий:

В средства массовой информации поступил сигнал о том, что одно из предприятий, расположенных в районе реки Волга, несанкционированно сбросило в реку сточные воды с повышенным содержанием хрома.

Вдоль реки расположены следующие предприятия. (рисунок 1)

По инициативе экологов организована встреча, на которую приглашены представители обозначенных предприятий, сотрудники кафедры Казанского государственного медицинского университета, сотрудники и выездная аналитическая лаборатория кафедры неорганической химии химического факультета Казанского государственного университета.

Цель нашей встречи:

Попросим химиков познакомить нас с информацией о хроме.

Химики: презентация №1 по теме: «Хром»

Ведущий: Какую информацию подготовили медики о действии тяжёлых металлов на организм человека?

Медики: презентация № 2 по теме: «Тяжёлые металлы. Влияние на организм человека»

Ведущий: Поблагодарим медиков и попросим химиков познакомить нас с промышленными методами нейтрализации шестивалентного хрома.

Химики: Первый метод-разбавление загрязнённой воды до допустимой концентрации.

Второй метод-восстановление Cr (VI) в Сr (III), соединения которого менее токсичны (ПДК в питьевой воде - 0,5 мг\л), с последующим осаждением в виде нерастворимого гидроксида. На нём остановимся подробнее.

Можно использовать разные восстановители. Я продемонстрирую восстановление шестивалентного хрома сульфитом натрия и этанолом.

Опыт 1. К подкисленному раствору дихромата калия добавляем раствор сульфита натрия. Наблюдаем изменение окраски с оранжевой на зелёную, характерную для соединений Cr (III):

K₂Cr₂O₇ + 3Na₂SO₃+ 4H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 4H₂O

Опыт 2. К раствору дихромата калия (готовится растворением 2 г K₂Cr₂O₇ и 20 мл концентрированной H2SO4 в 80 мл дистиллированной воды) по каплям добавляю этиловый спирт (примерно 10 капель), наблюдая изменение окраски:

3CH₃CH₂OH + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ = 3CH₃COH + Cr₂(SO₄)₃ + 7H₂O + K₂SO₄

Эта реакция особенно интересна тем, что на её основе действовали приборы первых поколений для определения трезвости автомобилистов. Если подышать в трубочку, содержащую подкисленный раствор дихромата калия, то при наличии паров этанола в достаточной концентрации происходит восстановление хрома. Окраска меняется с оранжевой на зелёную.

Опыт 3. На втором этапе соединения Cr (III) осаждают в виде нерастворимого гидроксида, добавляя по каплям раствор щёлочи:

Cr₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Cr(OH)₃ + 3Na₂SO₄

Нерастворимый гидроксид хрома (III) затем отфильтровывается и превращается в промышленно важные соединения. Поскольку хром – ценный металл, метод экономически оправдан.

Ведущий: Поблагодарим химиков за чёткий и наглядный ответ и обратимся к экологам. Насколько актуальна проблема состояния гидросферы в нашей стране?

Экологи: В отчёте ВВФ «Живая планета отмечается, что система пресной воды, в том числе и питьевой, претерпевает острый кризис. Актуальна эта проблема и в нашей стране. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой воды.

Решение проблемы удовлетворения потребностей человека в воде для различных целей связано с обеспечением её необходимого качества. Развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привели к значительному загрязнению гидросферы. Большая часть вод, участвующих в производстве, полной очистке не подвергается. Более того, именно в развивающихся странах, в которых нехватка пресной воды ощущается наиболее остро, 90-95% сточных вод и 70% производственных отходов сбрасываются в воду в вообще необработанном виде, что загрязняет её имеющиеся запасы ещё больше.

По данным ВОЗ, около 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. В мире 2 млрд. человек имеют хронические заболевания в связи с использованием загрязнённой воды. По оценке экспертов ООН, до 80% химических соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадают в водоисточники. Ежегодно в мире сбрасывается более 420 кубометров сточных вод, которые делают непригодными около 7 тыс. кубометров воды. Серьёзную опасность для здоровья населения представляет химический состав воды.

В связи с этим 22 февраля 1993 года Генеральная Ассамблея ООН объявила 22 марта Всемирным днём воды. Цель этого праздника - привлечь внимание к проблемам нехватки питьевой воды, необходимости сохранения и рационального использования водных ресурсов. Каждый человек должен сделать всё возможное для сохранения и улучшения качества пресной воды, увеличения её количества для будущих поколений.

Что касается шестивалентного хрома, то это один из токсичных загрязнителей окружающей среды. В аэрозольной форме он способен вызывать тяжёлые поражения кожного покрова, верхних дыхательных путей, рак лёгких. Токсическое действие Cr (VI) в питьевой воде менее изучено, но предположительно является таким же (значение ПДК в питьевой воде - 0,05 мг/л). Источником шестивалентного хрома могут быть предприятия, на которых применяются гальванические процессы, стояки водяного охлаждения, а также некоторые бытовые химикаты (красители, чернила, пищевые консерванты, фунгициды).

Ведущий: Итак, проблема состояния гидросферы актуальна. Очистка бытовых и промышленных стоков от загрязняющих веществ – одно из важнейших направлений современной природоохранной деятельности.

Сотрудники аналитической лаборатории провели анализ проб воды, отобранных в обозначенных точках реки на содержание шестивалентного хрома. Мы попросим заведующую лабораторией познакомить нас с методикой определения Cr (VI) и с результатами анализа.

Зав. лабораторией: Сначала мы готовим эталонные растворы, для этого в шесть пробирок под № 0, 1, 2, 3, 4, 5 вводим соответственно 0; 0,4; 1,0; 2,0; 4,0; 10,0 мл стандартного раствора хрома (VI) с концентрацией 1 мг/л и 10,0; 9,6; 9,0; 8,0; 6,0; 0 мл 0,18 М раствора серной кислоты. Пробирки закрываем пробками и тщательно перемешиваем встряхиванием. Затем в каждую пробирку добавляем пипеткой по 0,5 мл раствора дифенилкарбазида. Вновь встряхиваем и даём постоять 5 мин для развития окраски.

При наличии спектрофотометра можно измерить оптическую плотность эталонных растворов на длине волны 540 нм и построить градуировочную кривую. Однако определить содержание хрома можно и визуальным сравнением окраски исследуемого раствора с эталонными.

Для выполнения анализа проб воды, отобранных в обозначенных точках реки, в пробирку помещают 10 мл исследуемого образца, добавляют 12 капель 3М раствора серной кислоты, 0,5 мл раствора дифенилкарбазида и дают постоять 5 мин для развития окраски. Затем интенсивность окраски сравнивают на глаз с эталонными растворами (№ 0, 1, 2, 3, 4, 5) и определяют примерное содержание хрома.

В образцах воды № 1, 2 Cr (VI) не обнаружено. Максимальным его содержание оказалось в образце №3, окраска раствора которого соответствует окраске эталонного раствора также № 3.

Интенсивность окраски в образцах воды № 4, 5, 6 постепенно ослабевает. Отсюда однозначно следует, что виновником несанкционированного сброса в реку сточных вод с повышенным содержанием хрома является красильный цех, за что их следует привлечь к ответственности в судебном порядке.

Далее к образцу воды с повышенным содержанием Cr (VI) (№ 3) добавили несколько капель сульфита натрия и провели аналогичный анализ. Характерной для этого образца воды окраски дифенилкарбазида не наблюдали, из чего можно сделать предположение об эффективности нейтрализации Cr (VI) методом восстановления.

Ведущий: Предприятие – нарушитель определён. Получены достаточно полная информация о хроме и его соединениях, простейшие представления о том, как решается одна из важнейших задач современной природоохранной деятельности – очистка бытовых и промышленных стоков от загрязняющих веществ.