Исследовательский практикум на основе химического эксперимента экологической направленности

Исследовательский практикум

на основе химического эксперимента экологической направленности

«Химические и биологические секреты мониторинга природной среды».

Разработан учителем химии МБОУ СОШ №10

Павловой В.А.

Практическая работа 1.

«Физико-химические методы оценки качества воды».

1.Физические методы оценки качества воды.

Отбор проб воды. Прежде чем набирать воду, каждую бутылку следует ополоснуть

изнутри водой, которую отбирали для анализа. Плотно закрываем

и наклеиваем этикетки:

Экологическое исследование.

Проба №1.

Место отбора:

Дата:

Пробу отобрали:

Задание 1. Определение прозрачности воды.

Оборудование и реактивы: -колба 250мл с исследуемой водой.

Рекомендации:

Для оценки прозрачности используйте следующие характеристики :

- прозрачная вода;

- слабо «опалесцирующая» вода (от слова «опал»- молочно-белый минерал с

радужным оттенком,здесь имеется в виду именно этот отлив);

- слабо мутная;

-мутная;

-очень мутная.

Задание 2. Определение цвета воды.

Оборудование : - 2 стеклянных цилиндра высотой 25см,

-бумажный фильтр с воронкой химической;

-линейка;

-дистиллированная и исследуемая вода ;

-лист белой бумаги.

Рекомендации:

1.Профильтруйте через бумажный фильтр исследуемую воду.

2.Налейте её в цилиндр.

3.В другой цилиндр налейте дистиллированную воду.

4.Сравните цилиндры над белой бумагой. Определите цвет исследуемой воды по сравнению с дистиллированной.

Если окраска при сравнении отсутствует при высоте воды более 20 см ,то вода пригодна для питья.

Если окраска видна уже до 10 см, то воду можно применять только в технических целях.

Задание 3. Определение запаха воды.

Оборудование: - колба 150-200мл;

-стекло для накрытия колбы;

-горелка;

-шкала интенсивности запаха.

Рекомендации:

1.Определите характер и интенсивность запаха воды при 20 градусах.

В питьевой воде при 20 градусах допустимо наличие запаха не более 2 баллов.

2.Для определения запаха при 60 градусах 100мл исследуемой воды налейте в

колбу 200мл ,закройте стеклом и нагрейте до 50-60 градусов.

3.После этого колбу встряхните, воду перемешайте вращательными движениями,

снимите стекло и определите характер и интенсивность запаха по шкале.

Шкала интенсивности запаха.

Интенсивность

Балл

Характер запаха

Отсутствие запаха

0

Запах не ощущается

Очень слабый

1

Запах обнаруживается только опытным наблюдателем, а вы его не чувствуете

Слабый

2

Запах обнаруживается только тогда,когда на него кто-нибудь обратит ваше внимание

Заметный

3

Запах,который вы сразу же замечаете

Отчётливый

4

Запах, обращающий на себя внимание,заставляющий отказаться от питья

Очень сильный

5

Запах настолько сильный, что вода вызывает отвращение

Задание 4. Определение вида загрязняющих веществ по запаху воды.

Запах воды

Вещества, загрязняющие воду

Химический

Промышленные сточные воды ,хим.обработка воды

Хлорный

Свободный хлор

Углеводородный(нефтяной)

Стоки нефти, бензина

Затхлый

Органические вещества

Лекарственный

Фенолы

Неприятный

Сероводород- показатель сильного загрязнения воды гниющими животными остатками.

Гнилостный

Застоявшиеся сточные воды

Землистый

Сырая земля

2.Химические методы определения качества воды.

Задание1. Определение водородного показателя (показателя рН-среды).

Оборудование и реактивы:

-2%спиртовой р-р фенолфталеина;

-1% р-р метилового оранжевого;

-универсальный индикатор.

Вода остаётся пригодной для питья, если рН соответствует 6,5-7,5.

Рекомендации :

1.Щёлочность воды можно определить добавив в пробирку, наполовину заполненную водой, несколько капель фенолфталеина.Если вода окрасится в розовый цвет, то она имеет щелочную реакцию.

2.Кислотность определяем добавляя в исследуемую воду несколько капель метилоранжа..Если цвет индикатора изменится на розовый, то вода содержит кислоту.

3.рН можно определить с помощью универсальной индикаторной бумаги.

Задание 2. Определение сероводорода.

Оборудование и реактивы:

-спиртовой р-р иода;

Рекомендации:

Наличие в воде сероводорода можно определить при помощи реакции:

J2 + Н2S = 2НJ + S

К 50мл исследуемой воды прибавляем по каплям р-р иода.

Если в испытуемой воде есть сероводород, то жидкость не окрасится от прибавления иода в коричневый цвет, а начнёт мутнеть от появляющихся частиц серы.

Задание 3.Определение органических соединений в воде.

Оборудование и реактивы: -горелка;

-КмnO4 (перманганат калия);

Рекомендации:

В пробирку с испытуемой водой приливаем немного перманганата калия и нагреваем до кипения.При наличии органических веществ в воде появится коричневый осадок МnO2.

Задание 4.Определение ионов железа в воде.

А. Определение ионов Fe(3+):

Реактивы: -5% р-р «жёлтой кровяной соли», К4(Fe(CN)6).

Рекомендации:

5% р-р «жёлтой кровяной соли» по каплям приливают к испытуемой воде.

Появление синей окраски берлинской лазури указывает на присутствие солей Fe(+3)

Б. Определение ионов Fe(2+):

Реактивы: -р-р «красной кровяной соли», К3(Fe(CN)6)

Рекомендации:

Р-р «красной кровяной соли» по каплям приливаем к испытуемой воде.

Появление синего осадка турнбуленовой сини указывает на присутствие солей Fe(+2)

Задание 5. Обнаружение нитратов в воде.

Реактивы и оборудование: -предметное стекло,

-пипетка;

-р-р дифениламина в конц. Н2 SO4 Рекомендации:Капля исследуемой воды наносится на предметное стекло и из пипетки добавляется капля р-ра дифениламина(осторожно!).Появление синего окрашивания говорит о наличии нитратов в воде.

Карта- прогноз

физико-химических свойств воды.

Проба:

№

Физико-химические с-ва

Проба

1.

Прозрачность

2.

Цвет

3.

Запах: при 20

при 60

4.

Вид загрязняющих в-в по запаху

5.

Показатель рН среды

6.

Наличие сероводорода

7.

Наличие органических веществ

8.

Наличие ионов Fe :

Fe(+3)

Fe(+2)

9.

Наличие нитратов

Практическая работа 2.

Химические методы исследования почв.

Подготовка почв к анализу.

Почву отбирают с глубины 0-20см. Для отбора почвенных образцов используют метод конверта

рис. Взятие почвенных образцов методом конверта.

- точка отбора индивидуальных образцов.

Измельчённую почву тщательно перемешивают, рассыпают

ровным тонким слоем в виде квадрата, делят на 4 сектора.

Содержимое двух противоположных секторов отбрасывают,

а остальных соединяют вместе. Операцию квартования про-

водят многократно. Затем среднюю пробу высушивают и де-

лают водную вытяжку.

Приготовление водной вытяжки.

20 грамм сухой просеянной почвы помещают в колбу на 100мл, добавляют 50мл дистиллированной воды, взбалтывают в течении 5 минут и фильтруют.

Задание 1.

Определение кислотности почвы.

В природных условиях рН почвенного раствора колеблется от 3(болотистые) до 10(солонцовые почвы).

Таблица

Зависимость кислотности почвы от рН.

рН

Степень кислотности почв

< 4,5

4,5-5

5,1-5,5

5,6-6

6,1-7

>7,1

сильнокислые почвы

среднекислые почвы

слабокислые почвы

близкие к нейтральным

нейтральные почвы

щелочные

Ход работы.

В водную вытяжку почвы внести полоску индикаторной лакмусовой бумаги. По изменению цвета сделать вывод о рН почвы.

В водную вытяжку внести полоску универсальной индикаторной бумаги. По изменению цвета сделать выводы о рН почвы.

Задание 2.

Проведение качественного анализа на наличие карбонат-ионов в почве.

Ход работы.

Небольшое количество почвы помещают в фарфоровую чашку и приливают пипеткой несколько капель 10% раствора соляной кислоты. Образующийся по реакции углекислый газ выделяется в виде пузырьков(почва шипит). По интенсивности выделения их судят о более или менее значительном содержании карбонатов. Почву, вскипающую от 10%раствора соляной кислоты, относят к группе карбонатных почв.

Задание 3.

Проведение качественного анализа на наличие катионов Fe²+

Ход работы.

В пробирку помещают 5мл водной вытяжки почвы и приливают несколько капель «красной кровяной соли» (гексацианоферрат III калия)

Окрашивание жидкости и выпадение осадка синего цвета (турнбуленова синь) показывает на присутствие в почве соединений железа (II).

Задание 4.

Проведение качественного анализа на наличие катионов Fe³+

Ход работы.

В пробирку помещают 5мл водной вытяжки почвы и приливают

несколько капель «жёлтой кровяной соли» (гексацианоферрат II калия).

Окрашивание жидкости и выпадение осадка синего цвета (берлинской лазури) показывает на присутствие в почве соединений железа III.

Задание 5.

Проведение качественного анализа на наличие катионов Pb²+

Ход работы.

В пробирку помещают 5мл водной вытяжки почвы. Добавляют 1 мл хромата калия .Если выпадает жёлтый осадок,то содержание катионов свинца более 100мг/литр. Если наблюдается помутнение раствора, то концентрация катионов свинца более 20 мг/литр, а при опалесценсии - 0,1 мг/литр.

Карта- прогноз

состояния почв.

Результаты анализа почвы

Проба 1

Проба 2

Проба 3

рН

Степень кислотности

Наличие карбонат- ионов

Присутствие ионов Fe(//)

Присутствие ионов Fe(///)

Присутствие ионов Pb(//)

Практическая работа3.

«Влияние солей тяжёлых металлов на плазмолиз цитоплазмы растительной клетки.»

Все ионы металлов могут быть разделены на 2 группы:

-биогенные (Cu Zn Mn Fe и др.),

-небиогенные(Pb Hg Al Ni и др.)

Биогенные ионы входят в состав ферментов поэтому их предельно-допустимая концентрация в организме значительно выше, чем у небиогенных.

При попадании в организм биогенных элементов в малых количествах стимулируется обмен веществ.А при поступлении более высоких концентраций - биогенные элементы начинают действовать как токсиканты.

При поступлении в организм небиогенных элементов в малых концентрациях они оказывают нейтральный эффект.Но при повышении концентрации - резко усиливается их токсичность.

Цель работы: выявление действия биогенных и небиогенных тяжёлых металлов на плазмолиз цитоплазмы растительной клетки.

Оборудование, реактивы, материалы: -микроскоп,

-бритва,

-пипетки,

фильтровальная бумага,

-5%р-ры CuSO4 и Pb(NO3)2

-луковица синего лука или

листья сеткреазии.

Ход работы.

1. С поверхности окрашенной луковицы сделать несколько срезов эпидермиса, состоящего из 1-2 слоёв окрашенных клеток, содержащих пигмент антоциан.

2. Поместить срезы в капли воды на предметные стёкла, закрыть покровными стёклами и рассмотреть в микроскоп.

3. Клетки с окрашенным клеточным соком зарисовать, найти и рассмотреть устьица.

Определение начала и характера плазмолиза клетки под действием одинаковых концентраций биогенных и небиогенных солей.

А.Заменить воду в препаратах 5% раствором CuSO4 на одном предметном стекле и таким же образом на другом 5%раствором Pb( NO3) 2.

Эта замена производится способом 4-5 кратного накапывания раствора соли с одной стороны покровного стекла и отсасыванием кусочком фильтровальной бумаги с другой стороны до полной замены

Воды раствором соли.

Б.Оставить клетки в растворе солей на 15 минут, когда плазмолиз будет хорошо заметен, рассмотреть в микроскоп.

В.Зарисовать и сделать выводы относительно действия биогенных и небиогенных солей тяжёлых металлов на характер плазмолиза клетки.

Практическая работа4.

«Очистка загрязнённой воды».

Порядок работы:

1. Получите у учителя образец грязной воды. Мерным цилиндром измерьте объём, запишите объём в тетрадь.

2. Внимательно изучите внешний вид образца воды: цвет, запах, прозрачность, наличие твёрдых частиц или пятен и занесите наблюдения в таблицу.

Цвет

Прозрачность

Запах

Наличие масла

Наличие твёрдых примесей

Объём

Перед обработкой

После отделения воды от масла

После фильтрования

После адсорбции

Отделение воды от масла.

Если оставить стоять смесь воды и масла, то она разделится на два слоя, причём масло окажется сверху.

1. С помощью делительной воронки разделите слой масла от слоя воды.

2. Изучите внешний вид и измерьте объём оставшегося водного слоя. Сохраните его для следующих опытов.

Фильтрование через песок.

Песочный фильтр захватывает твёрдые частицы, загрязняющие воду, которые слишком велики, для того чтобы пройти между песчинками.

1. Распрямите скрепку для бумаги и с её помощью сделайте небольшие отверстия в донышке пластмассового стакана.

2. Насыпьте в этот стакан слоями гравий, песок и снова гравий. Нижний слой гравия предотвращает вымывание песка через отверстия. Верхний- чтобы песок не взмучивался при приливании воды.

3. Осторожно налейте фильтруемый раствор в стакан. Соберите отфильтрованную воду в отдельный стакан.

4. Рассмотрите внешний вид и измерьте объём воды. Сохраните её для последующих опытов.

Адсорбция / фильтрование на древесном угле.

Древесный уголь адсорбирует (поглощает, задерживает на своей поверхности) многие вещества, которые могут придавать воде мутный вид, а так же неприятный запах и вкус.

1. Сверните бумажный фильтр.

2. Поместите свёрнутый фильтр в воронку, слегка смочив водой.

3. Воронку опустите в пустой стакан.

4. Поместите древесный уголь в другой стакан объёмом 150мл слоем 2см.

5. Добавьте образец воды к древесному углю в стакан, перемешайте смесь и осторожно пропустите её через бумажный фильтр. Следите, чтобы жидкость не протекала между фильтровальной бумагой и воронкой.

6. Если фильтрат содержит небольшие тёмные частички древесного угля, то профильтруйте ещё раз, используя чистую фильтровальную бумагу.

7. После того как вы останетесь довольны внешним видом и запахом очищенной воды, слейте её в мерный цилиндр. Запишите конечный объём очищенного образца.

Расчёты: % «чистой» воды = V «чистой» воды/V грязной воды . 100%

Вопросы: сколько процентов жидкости теряется в результате очистки, и какой объём грязной воды был потерян?

Литература.

1.А.И.Фёдорова. Практикум по экологии и охране окружающей среды. Владос, М.,2008.

2.Т.Я.Ашихмина. Экологический мониторинг. Академический проект,М.,2005.