Mục đích, nhiệm vụ của đề tài
Khai thác nội dung kiến thức trong sách giáo khoa về bảo vệ môi trường giúp xây dựng hệ thống bài tập liên quan đến thực tế, đặc biệt là vấn đề nitơ và photpho Việc này góp phần nâng cao hiểu biết và ý thức bảo vệ môi trường cho học sinh trung học phổ thông, giúp các em nhận thức rõ tác động của các chất này đến hệ sinh thái và sức khỏe con người Đồng thời, các bài tập liên quan thực tế giúp học sinh vận dụng kiến thức vào đời sống, thúc đẩy hành động bảo vệ môi trường hiệu quả hơn.
- Nghiên cứu và tìm hiểu các cơ sở khoa học môi trường, ô nhiễm môi trường
- Xây dựng hệ thống bài tập về bảo vệ môi trường chương nitơ-photpho để đánh giá kiến thức hóa học, thông qua đó GDMT cho học sinh
- Thực nghiệm sƣ phạm để đánh giá hiệu quả GDMT.
Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu
- Khách thể: Là quá trình dạy hoá học ở trường phổ thông
- Đối tƣợng nghiên cứu: Hệ thống bài tập liên quan đến thực tế về BVMT chương nitơ-photpho lớp 11 nâng cao.
Giả thuyết khoa học
Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập về bảo vệ môi trường một cách thường xuyên và hiệu quả giúp nâng cao nhận thức về bảo vệ môi trường cho học sinh THPT Các hoạt động này góp phần tăng cường hiểu biết về các vấn đề môi trường, khuyến khích hành động bảo vệ môi trường và nâng cao đạo đức môi trường của học sinh Việc thực hiện đều đặn các bài tập này sẽ thúc đẩy ý thức trách nhiệm và hình thành thói quen bảo vệ môi trường cho thế hệ trẻ.
Phương pháp nghiên cứu
Môi trường và chức năng cơ bản của môi trường
Môi trường (MT) bao gồm tất cả các thành phần của thế giới vật chất có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của mỗi sinh vật Mọi vật thể và sự kiện đều tồn tại và diễn biến trong môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến quá trình sinh tồn và phát triển của các sinh vật trong hệ sinh thái.
Môi trường sống của con người là tổng hợp các yếu tố vật lý, hóa học và kinh tế - xã hội ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống và sự phát triển của từng cá nhân cũng như cộng đồng Môi trường sống của con người bao gồm cả vũ trụ rộng lớn, trong đó hệ Mặt Trời và Trái Đất đóng vai trò quan trọng nhất Trong môi trường này luôn tồn tại sự tương tác giữa các thành phần vô sinh và hữu sinh, tạo nên một hệ sinh thái cân bằng và đa dạng.
Về mặt địa lý, Trái Đất đƣợc chia thành:
Thạch quyển, còn gọi là mảng đất, gồm lớp vỏ Trái Đất có độ dày từ 60-70 km ở các khu vực lục địa và 2-8 km dưới đáy đại dương Thành phần hóa học và tính chất vật lý của thạch quyển khá ổn định và đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến sự sống trên Trái Đất.
Thuỷ quyển (mạng nước của Trái Đất) gồm các đại dương, sông, suối, ao hồ, nước dưới đất, băng tuyết và hơi nước, đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì sự sống của con người và sinh vật Ngoài ra, thuỷ quyển góp phần cân bằng khí hậu toàn cầu, giúp duy trì sự ổn định của hệ sinh thái trái đất.
Khí quyển, hay còn gọi là môi trường không khí, là lớp không khí bao phủ quanh Trái Đất, nằm trong tầng đối lưu Nó đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc duy trì sự sống trên hành tinh và ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất khí hậu của vùng đất và biển.
Sinh quyển là môi trường sinh thái trên Trái Đất, gồm các thành phần hữu sinh và vô sinh có mối quan hệ phức tạp, tạo nên hệ sinh thái đa dạng với khí quyển, thủy quyển và các cơ thể sống Hệ sinh thái này đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự sống của các sinh vật trên hành tinh, trong đó khí hậu và các yếu tố vô sinh tương tác chặt chẽ với các sinh vật hữu sinh để tạo thành môi trường sống cân bằng.
Các thành phần của môi trường luôn liên tục chuyển hóa theo chu trình tự nhiên, duy trì trạng thái cân bằng để đảm bảo sự ổn định Các chu trình sinh địa hóa phổ biến nhất như chu trình cacbon, nitơ và photpho đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng sinh thái Khi các chu trình này bị rối loạn và mất cân bằng, sẽ gây ra các hiện tượng môi trường bất ổn, ảnh hưởng tiêu cực đến sự sống của con người và sinh vật trên quy mô toàn cầu.
1.1.1.2 Chức năng cơ bản của môi trường
- MT là không gian sống của con người và các loài vật
- MT là nơi cung cấp tài nguyên cần thiết cho cuộc sống và hoạt động sản xuất của con người
- MT còn là nơi chứa đựng các phế thải của con người tạo ra trong cuộc sống và hoạt động sản xuất kinh doanh của mình
- MT là nơi giảm nhẹ các tác động có hại của thiên nhiên tới con người và sinh vật trên Trái Đất.
Mối quan hệ giữa môi trường và phát triển
Phát triển là xu hướng khách quan của mỗi cá nhân và toàn xã hội, nhằm không ngừng cải thiện và nâng cao đời sống vật chất, tinh thần cho con người Kế hoạch hóa công tác môi trường là một phần quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế đất nước để nâng cao chất lượng cuộc sống của cộng đồng Mục đích của sự phát triển là đáp ứng các nhu cầu thiết yếu của con người, đồng thời phù hợp với quy luật tiến hóa tự nhiên của xã hội Vì phát triển là xu thế tất yếu của mọi xã hội, chúng ta cần tìm ra con đường phát triển bền vững, hài hòa giữa môi trường và kinh tế để giảm thiểu các mâu thuẫn Môi trường gồm tổng hợp các điều kiện sống của con người, còn phát triển là quá trình sử dụng, cải thiện các điều kiện đó để thúc đẩy sự tiến bộ của xã hội Môi trường là địa bàn và đối tượng của hoạt động phát triển, trong khi phát triển chính là nguyên nhân thúc đẩy mọi biến đổi của môi trường Do đó, giữa môi trường và phát triển có mối quan hệ mật thiết, hữu cơ với nhau, cần được quản lý cân đối để hướng tới sự phát triển bền vững.
Năm 1987, báo cáo "Tương lai chung của chúng ta" của Hội đồng Thế giới về Môi trường và Phát triển của Liên hợp quốc đã định nghĩa "phát triển bền vững" là sự phát triển đáp ứng được các yêu cầu của hiện tại, nhưng không gây trở ngại cho việc đáp ứng nhu cầu của các thế hệ mai sau, góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững và cân đối giữa phát triển kinh tế, bảo vệ môi trường và đảm bảo phúc lợi xã hội.
Hội nghị thượng đỉnh Trái Đất về Môi trường tổ chức tại Rio năm 1992 đã xác định rằng phát triển bền vững là quá trình phát triển kết hợp chặt chẽ, hợp lý và hài hòa giữa bốn yếu tố chính: kinh tế, nhân văn, môi trường và kỹ thuật.
Một "xã hội bền vững" phải có nền "kinh tế bền vững" là sản phẩm của sự phát triển bền vững.
Ô nhiễm môi trường
Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi trực tiếp hoặc gián tiếp các thành phần và đặc tính của môi trường như vật lý, hoá học, sinh thái học vượt quá mức quy định, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái và sức khỏe con người Việc kiểm soát ô nhiễm môi trường nhằm duy trì cân bằng sinh thái, bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và thúc đẩy phát triển bền vững Các nguồn gây ô nhiễm bao gồm hoạt động công nghiệp, giao thông, nông nghiệp và sinh hoạt hàng ngày, cần được quản lý chặt chẽ để hạn chế tác động tiêu cực Nhận diện và giảm thiểu các yếu tố gây ô nhiễm là chìa khóa để đảm bảo môi trường trong sạch, an toàn cho cộng đồng và các thế hệ tương lai.
Ô nhiễm môi trường được gây ra bởi các chất, hỗn hợp hoặc nguyên tố hóa học có khả năng biến đổi môi trường trong sạch trở nên độc hại Những chất này, thường được gọi là chất ô nhiễm, là tác nhân chính dẫn đến sự suy thoái của môi trường Hiểu rõ các tác nhân gây ô nhiễm giúp nâng cao nhận thức và thực hiện các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm hiệu quả.
Nguồn gốc của các chất độc hại, gây ô nhiễm MT không khí là do sản xuất công nghiệp và do quá trình đốt cháy nhiên liệu
Có thể mô tả tóm tắt các chất ô nhiễm, nguồn gốc và cách phân loại chúng theo bảng:
Sự hô hấp của sinh vật
Cacbonmono oxit Núi lửa Động cơ đốt trong Các hợp chất hữu cơ Công nghiệp hóa học Đốt rác thải, các chất hữu cơ
SO 2 và chất dẫn xuất của lưu huỳnh
Núi lửa, bụi nước biển
Vi khuẩn Đốt nhiên liệu
Dẫn xuất của nitơ Vi khuẩn Đốt nhiên liệu
Chất phóng xạ Nhà máy điện hạt nhân
Kim loại nặng Hợp chất vô cơ
Núi lửa, thiên thạch Xói mòn do gió, bụi nước biển, công nghiệp, động cơ đốt trong
Hợp chất hữu cơ hay tổng hợp
Cháy rừng Công nghiệp hóa học Đốt nhiên liệu Đốt chất thải sinh hoạt Nông nghiệp ( thuốc trừ sâu )
Dựa vào tác dụng chủ yếu của chất độc hại chia ra các nhóm:
- Nhóm 1: Chất gây bỏng, kích thích da, niêm mạc, ví dụ nhƣ axit đặc, kiềm đặc và loãng (vôi tôi, amoniac)
- Nhóm 2: Kích thích đường hô hấp: Cl 2 , NH 3 , SO 2 , NO, HCl, hơi F 2 … + Chất kích thích đường hô hấp trên và phế quản như hơi ozon, hơi brom…
+ Kích thích tế bào nhƣ NO 2 … + Các chất này hòa tan trong niêm dịch tạo ra axit gây phù phổi cấp
- Nhóm 3: Chất gây ngạt + Chất gây ngạt đơn thuần nhƣ CO 2 , etan, metan…
+ Gây ngạt hóa học: CO hóa hợp với các chất khác làm mất khả năng vận chuyển oxi của hồng cầu làm hô hấp rối loạn
- Nhóm 4: Chất tác dụng hệ thần kinh trung ƣơng, gây mê, gây tê nhƣ các loại rƣợu, các hợp chất hiđrocacbua, H 2 S, CS 2 , xăng…
- Nhóm 5: Chất gây độc + Chất gây tổn thương cơ thể ví dụ như các loại hiđrocacbua, halogen, cloruametin, bromuametin…
+ Chất gây tổn thương cho hệ thống tạo máu như: benzen, phenol, chì, asen…
+ Các kim loại và á kim độc nhƣ: chì, thủy ngân, mangan, cadimi, hợp chất asen…
- Hóa học các hiện tƣợng ô nhiễm không khí
* Ozon, suy giảm tầng ozon [1] [2] [12]
+ Ozon là loại khí thiên nhiên của khí quyển thƣợng tầng Nó đƣợc hình thành và phá hủy hoàn toàn dưới tác dụng của tia tử ngoại mặt trời:
Ozon tồn tại chủ yếu trong tầng bình lưu từ 10 km đến 50 km, đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ tia cực tím của mặt trời Tuy nhiên, khi nồng độ ozone trong không khí vượt quá mức tự nhiên do hoạt động của con người, môi trường bị ô nhiễm ozone, gây hại cho sức khỏe con người Ozone ô nhiễm có thể gây các vấn đề về hô hấp, kích thích mắt và làm giảm khả năng miễn dịch của cơ thể Việc kiểm soát mức độ ozone trong không khí là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và duy trì cân bằng các yếu tố khí quyển.
Ozon làm tăng nhiệt độ mặt đất, nếu nồng độ ozon trong khí quyển tăng lên 2 lần, có thể làm nhiệt độ mặt đất tăng lên 1 0 C
Ozon đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ Trái Đất bằng cách ngăn chặn các tia tử ngoại chiếu xuống mặt đất Hầu hết bức xạ tử ngoại được tầng ozon hấp thụ, giúp duy trì cân bằng khí hậu và sinh thái, từ đó bảo vệ sự sống trên hành tinh của chúng ta.
Hiện nay, tầng ozon đang chịu ảnh hưởng nghiêm trọng với mức suy giảm trung bình toàn cầu lên đến 5% trong 15 năm qua, trong đó Bắc bán cầu giảm 6,5% và Nam bán cầu giảm 9,5% Nguyên nhân chính gây ra sự suy giảm này là do các hợp chất CFC, khi phân ly do tác động của bức xạ mặt trời, phát tán các gốc tự do phá hủy lớp ozon.
CFC + hv Cl Một gốc Cl có thể phản ứng với 100000 phân tử O 3 theo phản ứng dây chuyền:
Phản ứng của clo với oxy tạo thành các gốc clo (ClO.) và oxy phân tử (O2) đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy khí quyển Các gốc ClO phản ứng với gốc oxy tự do (O.) để giải phóng clo tự do (Cl.) và oxy, góp phần vào quá trình tạo ra các chất khí mới trong khí quyển Ngoài ra, phản ứng của ClO với NO2 tạo thành hợp chất ClONO2, ảnh hưởng đến chu trình khí nhà kính và tầng ozon Một nguyên nhân đáng chú ý gây ảnh hưởng đến môi trường là do khí NO và NO2, vốn có sẵn trong khí quyển tự nhiên và phần lớn trong khí thải của máy bay phản lực, đặc biệt là máy bay siêu âm hạng nặng, chứa lượng lớn oxit của nitơ, góp phần làm gia tăng ô nhiễm và phá hủy tầng ozon.
Nguyên tử oxi được sinh ra từ sản phẩm quang hóa của khí NO₂ dưới tác dụng của tia mặt trời, kết hợp với các hydrocarbon hoạt tính như methane, ethane, toluene để tạo thành các phản ứng trung gian Những phản ứng này dẫn đến chuỗi phản ứng tiếp theo kết hợp oxi, hydrocarbon và NO₂, hình thành các chất ô nhiễm thứ cấp như fomandehit, aldehyde, peroxyacetyl nitrát (PAN) và nitơ oxit Quá trình này tạo thành khói quang hóa, cộng thêm một phần ozone bổ sung từ phóng điện trong không khí do tia chớp, sấm sét hoặc chuyển động khí theo chiều đứng trong tầng đối lưu, cũng như từ rò rỉ khí thải của các nhà máy hóa chất.
Bình thường nước mưa có độ pH khoảng 5,6 có nghĩa là axit nhẹ, do
CO 2 trong khí quyển tác dụng với hơi nước tạo nên axit cacbonic
CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 Nước mưa có độ pH
