Рабочая программа по элективному курсу "Все о ртути" 10-11 класс


Российский Химико-технологический Университет
Им. Д.И. Менделеева
Рабочая программа
Элективного курса
Для учащихся 10-11 профильных классов
«Все о ртути»
Подготовила
Студентка 5-ого курса
РХТУ им. Д.И. Менделеева
Абрикосова Светлана Константиновна
Г. Москва
2014 год
Элективный курс «Всё о ртути».
Пояснительная записка.
Химическое образование занимало и занимает одно из ведущих мест в
системе общего образования, что определяется безусловной практической
значимостью химии, ее возможностями в познании основных методов изучения
природы, фундаментальных научных теорий и закономерностей.
Элективный курс «Всё о ртути» актуален не только для учащихся в
профильных классах, но и для тех школьников, которые хотят расширить свой
кругозор и интересуются проблемами экологии. На занятиях учащиеся разберут
строение и свойства ртути, процессы, влияющие на перемещение ртути в
атмосфере, почве и растениях, узнают методы исследования концентрации
ртути.
Курс рассчитан на 17 часов. Он предназначен для учащихся 9 классов.
Программа этого курса способствует расширению кругозора учащихся, к
дополнению базового курса химии основной школы.
Цели: изучение путей распространения ртути в атмосфере и почве;
ознакомление с методами исследования концентрации ртути и
закономерностями их изменения; воспитание личности, имеющей развитое
естественно-научное восприятие природы.
Задачи: формировать основные представления о химическом элементе,
его строении и свойствах; изучить процессы и способы распространение ртути
в атмосфере, почве и растениях; рассказать о влиянии соединений ртути на
живые организмы; научить методам исследования концентрации ртути в
атмосфере.
Элективный курс отличается экологической направленностью, позволяет
школьникам удовлетворить свои познавательные потребности и получить
дополнительную подготовку. Для преподавания курса можно использовать
следующие технологии обучения: опорные конспекты, лекции, семинары,
тестовый контроль.
Содержание курса
Номер темы
Содержание
Кол-во часов
Тема 1.
Информация об элементе: история
открытия, характеристика элемента,
химические свойства ртути,
распространение ртути в природе,
получение, применение ртути.
3 часа
Тема 2.
Ртуть в окружающей среде: ртуть в
атмосфере, пути распространения
ртути в атмосфере, источники
загрязнения атмосферы ртутью, ртуть
в гидросфере.
3 часа
Тема 3.
Ртуть в воде: источники загрязнения,
пути попадания ртути в водную
экосистему, факторы, влияющие на
распространение ртути.
2 часа
Тема 4.
Ртуть в почве: источники
загрязнения, способы очистки почвы
(влияние гуминовой кислоты,
биохимический способ).
2 часа
Тема 5.
Ртуть в растениях: миграция ртути в
системе атмосфера – растения –
почва, концентрация ртути в
водорослях (примеры), растения,
обладающие устойчивостью к
токсичному действию ртути.
2 часа
Тема 6.
Токсикологическое действие ртути:
накопление ртути в организмах
морских животных, ртуть в
организме человека (способы
поступления, период
полувыведения).
3 часа
Тема 7.
Методы исследования концентрации
ртути: определение газообразной
ртути атомно-абсорбционным
методом, определения растворимой
ртути в осадках атомно-
абсорбционным методом,
статистический метод лобальная
служба атмосферы).
2 часа
Материал для проведения занятий
Элективного курса
«Всё о ртути».
Историческая справка.
Самородная Ртуть была известна за 2000 лет до н. э. народам Древней Индии и
Древнего Китая. Ими же, а также греками и римлянами применялась киноварь (природная
HgS) как краска, лекарственное и косметическое средство. Греческий врач Диоскорид (1 в. н.
э.), нагревая киноварь в железном сосуде с крышкой, получил Ртуть в виде паров, которые
конденсировались на холодной внутренней поверхности крышки. Продукт реакции был
назван hydrargyros (от греч. hydor - вода и argyros - серебро), то есть жидким серебром,
откуда произошли латинское названия hydrargyrum, а также argentum vivum - живое серебро.
Последнее сохранилось в названиях Ртути quicksilver (англ.) и Quecksilber (нем.).
Происхождение русского названия Ртути не установлено. Алхимики считали Ртуть главной
составной частью всех металлов. "Фиксация" Ртути (переход в твердое состояние)
признавалась первым условием ее превращения в золото. Твердую Ртуть впервые получили в
декабре 1759 года петербургские академики И. А. Браун и М. В. Ломоносов. Ученым удалось
заморозить Ртуть в смеси из снега и концентрированной азотной кислоты. В опытах
Ломоносова отвердевшая Ртуть оказалась ковкой, как свинец. Известие о "фиксации" Ртути
произвело сенсацию в ученом мире того времени; оно явилось одним из наиболее
убедительных доказательств того, что Ртуть - такой же металл, как и все прочие.
Характеристики элемента
Ртуть (лат. Hydrargyrum), Hg, химический элемент II группы периодической системы
Менделеева, атомный номер 80, атомная масса 200,59; серебристо-белый тяжелый металл,
жидкий при комнатной температуре. В природе Ртуть представлена семью стабильными
изотопами с массовыми числами: 196 (0,2%), 198 (10,0%), 199 (16,8%), 200 (23,1%), 201
(13,2%), 202 (29,8%), 204 (6,9%).
Ртуть - единственный металл, жидкий при комнатной температуре. Плотность твердой
Ртути 14,193 г/см3 (-38,9 °С), жидкой 13,52 г/см3 (20 °С), атомный радиус 1,57Å, ионный
радиус Hg
2+
1,10Å; t
пл
-38,89 °С; t
кип
357,25 °С; удельная теплоемкость при 0°С 0,139
кДж/(кг·К) [0,03336 кал/(г·°С)], при 200°С 0,133 кДж/(кг·К) [0,0319 кал/(г·°С)];
теплопроводность 8,247 Вт/(м·К) [0,0197 кал/(см·сек·°С)] (при 20 °С); удельное
электросопротивление при 0°С 94,07·10-8 ом·м (94,07·10-6 ом·см). При 4,155 К Ртуть
становится сверхпроводником. Ртуть диамагнитна, ее атомная магнитная восприимчивость
равна -0,19·10-6 (при 18 °С).
Химические свойства Ртути
Конфигурация внешних электронов атома Hg 5d106s2, в соответствии с чем при
химических реакциях образуются катионы Hg
2+
и Hg
1+
. Химическая активность Ртути
невелика. В сухом воздухе (или кислороде) она при комнатной температуре сохраняет свой
блеск неограниченно долго. С кислородом дает два соединения: черный оксид (I) Hg
2
O и
красный оксид (II) HgO. Hg
2
O появляется в виде черной пленки на поверхности Ртути при
действии озона. HgO образуется при нагревании Hg на воздухе (300-350 °С), а также при
осторожном нагревании нитратов Hg(NO
3
)
2
или Hg
2
(NO
3
)
2
. Гидрооксид Ртути практически не
образуется. При взаимодействии с металлами, которые Ртуть смачивает, образуются
амальгамы. Из сернистых соединений важнейшим является HgS, которую получают
растиранием Hg с серным цветом при комнатной температуре, а также осаждением растворов
солей Hg
2+
сероводородом или сульфидом щелочного металла. С галогенами (хлором, иодом)
Ртуть соединяется при нагревании, образуя почти недиссоциирующие, в большинстве
ядовитые соединения типа HgX
2
. В соляной и разбавленной серной кислотах Ртуть не
растворяется, но растворима в царской водке, азотной и горячей концентрированной серной
кислотах.
Почти все соли Hg
2+
плохо растворимы в воде. К хорошо растворимым относится
нитрат Hg(NO
3
)
2
. Большое значение имеют хлориды Ртути: Hg
2
Cl
2
(каломель) и HgCl
2
(сулема). Известны соли окисной Ртути цианистой и роданистой кислот, а также ртутная соль
гремучей кислоты Hg(ONC)
2
так называемых гремучая ртуть. При действии аммиака на соли
образуются многочисленные комплексные соединения, например HgCl-2NH
3
(плавкий белый
преципитат) и HgNH
2
Cl (неплавкий белый преципитат). Применение находят
ртутьорганические соединения.
Распространение Ртути в природе
Ртуть принадлежит к числу весьма редких элементов, ее среднее содержание в земной
коре (кларк) близко к 4,5·10-6% по массе. Приблизительно в таких количествах она
содержится в изверженных горных породах. Важную роль в геохимии Ртути играет ее
миграция в газообразном состоянии и в водных растворах. В земной коре Ртуть
преимущественно рассеяна; осаждается из горячих подземных вод, образуя ртутные руды
(содержание Ртути в них составляет несколько процентов). Известно 35 ртутных минералов;
главнейший из них - киноварь HgS.
В биосфере Ртуть в основном рассеивается и лишь в незначительных количествах
сорбируется глинами и илами (в глинах и сланцах в среднем 4·10-5%). В морской воде
содержится 3·10-9% Ртути.
Самородная Ртуть, встречающаяся в природе, образуется при окислении киновари в
сульфат и разложении последнего, при вулканических извержениях (редко),
гидротермальным путем (выделяется из водных растворов).
Получение Ртути.
Ртутные руды (или рудные концентраты), содержащие Ртуть в виде киновари,
подвергают окислительному обжигу
HgS + О
2
= Hg + SO
2
.
Обжиговые газы, пройдя пылеуловительную камеру, поступают в трубчатый
холодильник из нержавеющей стали или монель- металла. Жидкая Ртуть стекает в железные
приемники. Для очистки сырую Ртуть пропускают тонкой струйкой через высокий (1-1,5 м)
сосуд с 10%-ной НNО
3
, промывают водой, высушивают и перегоняют в вакууме.
Возможно также гидрометаллургическое извлечение Ртути из руд и концентратов
растворением HgS в сернистом натрии с последующим вытеснением Ртути алюминием.
Разработаны способы извлечения Ртуть электролизом сульфидных растворов.
Применение Ртути
Ртуть широко применяется при изготовлении научных приборов (барометры,
термометры, манометры, вакуумные насосы, нормальные элементы, полярографы,
капиллярные электрометры и других), в ртутных лампах, переключателях, выпрямителях; как
жидкий катод в производстве едких щелочей и хлора электролизом, в качестве катализатора
при синтезе уксусной кислоты, в металлургии для амальгамации золота и серебра, при
изготовлении взрывчатых веществ; в медицине (каломель, сулема, ртутьорганические и
других соединения), в качестве пигмента (киноварь), в сельском хозяйстве (органические
соединения Ртути) в качестве протравителя семян и гербицида, а также как компонент краски
морских судов (для борьбы с обрастанием их организмами). Ртуть и ее соединения токсичны,
поэтому работа с ними требует принятия необходимых мер предосторожности.
Ртуть в окружающей среде.
Ртуть - это химический элемент и человек не может ни создать, ни уничтожить ее.
Ртуть попадает в окружающую среду при извержениях вулканов и встречается вземной коре,
часто в виде солей, таких как сульфид ртути. В незагрязненных почвах ртуть встречается в
крайне малых количествах, со средней концентрацией порядка 100 частей на миллиард. В
скальных породах концентрация ртути может составлять от 10 до 20.000 частей на миллиард.
Многие различные виды человеческой деятельности приводят к извлечению ртути из земной
коры для тех или иных целей, а это приводит и к выбросам ртути в глобальную окружающую
среду.
Поскольку элементарная ртуть обладает высоким поверхностным натяжением, во
внешней среде она образует небольшие компактные сферические капли. Хотя сами по себе
эти капли стабильны, но высокое давление пара ртути по сравнению с другими металлами
приводит к ее испарению. При разливе в помещениях ртуть может быстро создать опасность
проникновения в организм человека при вдыхании. Вне помещений элементарная ртуть
испаряется и попадает в атмосферу.
Многие различные виды человеческой деятельности приводят к извлечению ртути из
земной коры для тех или иных целей, а это приводит и к выбросам ртути в глобальную
окружающую среду.
Элементарную ртуть для применения человеком могут производить из руды известной
под названием киноварь, которая содержит высокую концентрацию сульфида ртути.
Элементарная ртуть может также производиться в качестве побочного продукта при добыче
и очистке таких металлов как медь, золото, свинец и цинк. Кроме того, ртуть может
извлекаться из вторичных источников, а иногда ее извлекают при очистке природного газа
или из других видов ископаемого топлива.
По оценкам, примерно треть всей ртути, циркулирующей в глобальной окружающей
среде, имеет естественное происхождение, а примерно две трети связаны с выбросами в
результате промышленной деятельности или другой деятельности человека. Помимо
вулканических извержений, к естественным источникам ртути относится также
выветривание горных пород и почвы.
Объем ртути, циркулирующей в атмосфере, почвах, озерах, водотоках и океанах
планеты с начала промышленной эры увеличился в два - четыре раза. В результате этого
концентрации ртути в окружающей среде достигли опасно высокого уровня.
Различные виды деятельности человека приводят к выбросу ртути в окружающую
среду. Ртуть присутствует в ископаемом топливе, в рудах металлов и в других минералах.
При сжигании угля большая часть содержащейся в угле ртути выделяется в окружающую
среду. Ртуть выделяется в окружающую среду также при добыче и обогащении рудного
сырья и при производстве цемента. При любом целенаправленном производстве и
применении ртути большая ее часть рано или поздно испаряется и попадает в атмосферу. В
настоящее время наиболее масштабным целевым применением ртути является
малотоннажная добыча золота. Иногда ртуть также используется в качестве катализатора или
исходного сырья в химической промышленности или в других отраслях. И наконец, ртуть и
ее соединения присутствуют в самых разнообразных промышленных и потребительских