Розробка завдань під час вивчення екології

Розробка та подальше застосування навчальних завдань (запитань, вправ, задач) є важливим чинником і резервом інтенсифікації навчального процесу з екології. Основні напрямки застосування навчальних завдань:

• розв’язування звичайної «готової» задачі;

• складання оберненої та аналогічної задачі до вихідної з конкретними чисельними даними;

• складання оберненої та аналогічної задачі до вихідної в загальному виді;

• складання задачі за деякими елементами, спільними з вихідною задачею;

• розв’язування чи складання задачі, узагальненої за деякими параметрами до вихідної задачі (часткове узагальнення);

• формулювання запитань до задачі чи задачної ситуації, тексту підручника, таблиць тощо;

• пропуски в умові задачі учень/студент заповнює своїми чисельними даними;

• складання задач за даною формулою чи рівнянням, схемою, таблицею, рисунком тощо;

• складання задач з використанням різних інформаційних джерел (підручник, довідкова література, матеріал дослідів і спостережень, Інтернет і т.п.);

• складання задач з недостатніми чи надлишковими даними тощо.

Розглянемо приклади деяких якісних та розрахункових завдань:

1. Що таке «алюмінієва хвороба»? Відповідь: Це порушення структури різних металоорганічних сполук у тканинах тварин і рослин, - під дією йонів Al³⁺ проходить витіснення з ферментів та інших сполук біогенних елементів, зокрема, Магнію, Кальцію, Натрію, Феруму. Цей термін ввели шведські вчені, які досліджували причини загибелі водних організмів у деяких водоймищах в південній частині Швеції.

2. Чому при підвищеній кислотності (наприклад, наслідок кислотних дощів) у водоймищах швидко зростає вміст алюміній-іонів? Відповідь: При досягненні рН 5 і нижче розчинність сполук Алюмінію зростає, і йони Al³⁺ можуть вимиватись з ґрунтів у водоймища; рН кислотних дощів може досягати 2-4, а це може призвести до виникнення «алюмінієвої хвороби» у водних організмів.

3. У 1786 р. російський вчений німецького походження Т.Е.Ловіц (1757­1804) уперше використав деревне вугілля для очищення різноманітних фармацевтичних препаратів, а також «хлібного вина» від домішок. У 1790 р. він застосував вугілля для очищення питної води, що було особливо цінним на кораблях дального плавання. Яке явище відкрив вчений і що таке хлібне вино? Відповідь: Явище - адсорбція; «хлібне вино» - горілка. До речі, при комбінуванні вугілля і водовіднімаючих засобів Т.Е.Ловіц уперше одержав в історії науки безводний/абсолютний спирт.

4. Визначте невідомий елемент Х. Це протисклекротичний елемент, а препарати на його основі застосовують для профілактики порушень серцево- судинної системи. Х потрібен для нормального функціонування всіх м’язів, а особливо - серцевого м’яза; сприяє видаленню з організму надлишку йонів Натрію, а разом з ним і надлишку води. Йон X⁺ - основний внутріклітинний катіон, в той час як йон Na⁺ - знаходиться в позаклітинній рідині. X також важливий для перебігу в організмі людини нормального вуглеводневого обміну, синтезу білків. Багато X міститься в картоплі, червоному перці, абрикосах. Відповідь: Х - Калій.

5. Радіоактивний ⁹⁰X утворюється тільки штучно в ядерних реакторах або під час ядерного вибуху. ⁹⁰X особливо шкідливий для людини, оскільки може заміщувати Кальцій у кістках та інших органах. Водночас на основі ⁹⁰X (здатний випромінювати електрони, енергія яких перетворюється в електричну) створені перші атомні батарейки, які здатні безперебійно працювати упродовж 20-25 років. Це біогенний мікроелемент, вміст в людському організмі до 10⁴ %. Входить до складу всіх тканин і органів, впливає на процеси кісткоутворення та активність ферментів. При надлишку X в організмі виявляє токсичну дію - призводить до уровської хвороби (підвищена ламкість та деформація кісток). Вважають, що така дія X пов’язана з блокуванням біосинтезу вітаміну D і надлишком Фосфору в кістках. Визначте X.

6. Одним з перших в історії науково-обґрунтованим експериментом, що показав вплив хімічного складу середовища на життя, був знаменитий дослід Джозефа Прістлі (англ. учений, 1733-1804). У 1771 р. Прістлі встановив, що миша гине в закритій посудині, але якщо разом з нею в цю посудину помістити рослину, то миша залишається живою. Він виявив також, що повітря після спалювання в ньому горючих тіл, непридатне для дихання, але знову отримує властивості звичайного повітря, якщо помістити в ньому на деякий час рослину. Прістлі зазначав: «... у рослинах присутнє щось таке, яке здатне виправляти повітря, зіпсоване горінням свічки». Прістлі не зміг розібратись у хімічній природі своїх дослідів, але він правильно вважав, що змінюючи склад середовища, можна впливати на життєдіяльність істот. Який компонент повітря спричинює такі результати? Відповідь: наявність кисню в повітрі, який витрачається в процесі згорання речовини, дихання тварин, а утворюється в процесі фотосинтезу рослинами.

7. Світовий океан упродовж року поглинає з атмосфери біля 29,3 млрд т СО₂, а виділяє на 4,7 млрд т CO₂ менше. Куди спрямовує Світовий океан поглинутий вуглекислий газ? Відповідь: Основна кількість CO₂ поглинається планктоном та коралами. Перші перетворюють CO₂ на біомасу, а останні - в СаСОз.

8. Поясніть такі факти:

• Чому в одному регіоні у гірських районах проходить пізніше дозрівання с/г культур, чим у низинних?

• Чому в горах і влітку може бути сніг, а в той же час під горою буйно квітне рослинність?

• Чому в пустелях значний перепад денних та нічних температур (вдень - спекотно до 45-50 ⁰С, вночі - холодно чи навіть морозно), а на територіях з нормальною вологістю - такий перепад значно менший?

Відповідь: Усі описані явища пояснюються накопиченням у атмосфері парникових газів, які призводять до підвищення температури. Із зменшенням концентрації СО₂ (основний чинник) та H₂O у горах і пустелях вплив парникового ефекту на клімат стає меншим, а тому зростає перепад денних і нічних температур.

9. Вкажіть можливі джерела, включно з природними, появи в атмосфері CO, O2, CH4, NO.

10. У вихлопних автомобільних газах є NO. Поясніть його утворення, якщо в циліндрі автомобільного двигуна досягається високий тиск і температура біля 2400 К. В які реакції вступає NO в повітрі?

11. Для зменшення вмісту NO у вихлопних газах використовують каталізатори, які сприяють взаємодії NO з H₂ чи з СО. Складіть відповідні рівняння реакцій.

12. Під впливом атмосферного SO₂ мармур перетворюється на гіпс. Складіть рівняння реакцій, які призводять до руйнування мармуру.

13. Чому в кожному аеропорті є оголошення про заборону перевозити ртуть у будь-якому вигляді?

14. Аерокосмічні кораблі багаторазового використання типу «Спейс Шаттл» небезпечні для озонового шару. Під час запуску одного такого корабля ракетні прискорювачі на висотах до 50 км викидають в атмосферу 187 т хлору, а одна молекула хлору здатна знищити 1^.10⁵ молекул озону. Взаємодія протікає

згідно реакцій:

Cl₂ + 2Оз = 2ClO + 2O₂; 2ClO + 2O = Cl₂ + 2O₂.

Визначте масу озону, яку знищить такий викид хлору, якщо в реакціях приймає участь весь хлор. Відповідь: 12643200 т озону.

15. Космічний корабель викидає в атмосферу 7 т оксидів нітрогену, а одна молекула NO знищує 10 молекул озону. Взаємодія протікає згідно реакцій:

NO + O₃ = NO₂ + O₂ ; NO₂ + O = NO + O₂. Визначте масу озону, яку знищить такий викид оксидів Нітрогену. Відповідь: 111,84 т озону.

16. Теплоелектростанція працює на кам’яному вугіллі, яке містить 0,5 % Сульфуру і 6,5 % негорючих домішок. Екологи визначили, що над станцією середньодобовий обсяг хмарності складає 20 км³, а вміст сірчистої кислоти в хмарах 0,256 мг/м³. Вважаючи станцію єдиним забруднювачем атмосфери, визначте масу шлаку, що вивозиться з неї на звалище щодня. Відповідь: 26 т.

17. Внесений у лабораторію папір, просочений плюмбум ацетатом «свинцевий папір»), через деякий час темніє. Про наявність якого газу в лабораторії це свідчить? Чому срібні і мідні предмети на повітрі чорніють? Напишіть відповідні рівняння реакцій.

19. Визначте добову витрату хлору для хлорування води в місті з мільйоном жителів, якщо прийняти, що витрата води на одну людину - 350 л, а норма витрати хлору 2'10^-4 г/л. Відповідь: 70 кг.

20. Визначте молярну концентрацію хлору у воді, якщо для його видалення із води об’ємом 1 м³ було використано розчин натрій тіосульфату об’ємом 500 мл (С=0,1 моль/л). Відповідь: 2'10^-4 моль/дм³.

3.6.