Спичке – 145 лет В поисках идеального топлива

Энергия топлива. 8-й класс
Интегрированный урок /физика + химия
Расширение понятия

В начале урока напоминаем ученикам некоторые сведения из химии. Они сводятся к тому, что при горении происходит соединение элементов с кислородом и образование новых веществ, новых молекул. Так, например, при горении метана образуется углекислый газ и вода
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О,
при этом выделяется большое количество энергии.
Далее идет объяснение материала с элементами беседы.
Что такое окисление и горение?
Процесс образования оксидов, соединение элементов с кислородом.
Какие условия необходимы для горения?
Доступ кислорода. Вещество нужно нагреть до температуры воспламенения. Так, температура воспламенения древесины 2700 С, а температура воспламенения угля – 3500 С.
Какое значение имеет реакция горения для человека?
В результате горения и окисления выделяется тепло, которое используется для отопления, для приготовления пищи, а также во многих технических устройствах.
Какое топливо используют: 1) в топках домов, 2) в топках котельных, 3) в двигателях автомобилей, 4) в двигателях самолетов, 5) в двигателях ракет, 6) в котлах электростанций?
Используем образцы различных видов топлива. Их можно разбить на 3 группы:
I твердое топливо (древесина, уголь, торф, горючие сланцы и т.д.)
II жидкое топливо (нефть, керосин, мазут, бензин, сжиженный газ и т.д.)
III газообразное топливо (природные и промышленные горючие газы)
Сообщение учеников. Получение и освоение огня – заметная страница в истории цивилизации. Археологи установили: остаткам первых костров около 400000 лет! Тогда огонь получали случайно (от молнии, например) и поддерживали. Позднее (около 30000 лет тому назад) безвестные гении научились добывать огонь трением, а еще позднее изобрели огниво, которым и пользовались до XIX века. Спички появились совсем недавно, в 1855 году. Так же “не спеша” расширялась сфера использования огня – от обогрева пещер и приготовления пищи до плавления металлов и создания в конце XVIII века парового универсального теплового двигателя (паровая машина). Сегодня внутренняя энергия топлива используется так широко и разнообразно (а иногда и бестолково), что ощущается острая нехватка угля, нефти, газа, бензина. Все меньше запасы топлива, все труднее и дороже его добыча. На первое место выходит вопрос о рациональном, экономном использовании “черного золота”, ведь по самым оптимистичным прогнозам разведанных запасов (при современных темпах использования) хватит лишь на 500 лет.
Сжигание топлива: демонстрация таблицы “Печи для сжигания”.
а) Сжигание твердого топлива: твердое топливо, чтобы лучше горело, измельчают, воздух подается под давлением снизу.
б) Сжигание жидкого и газообразного топлива: по аналогии с твердым, но преимущество – нет шлаков.
Преимущества жидкого и газообразного топлива:
– экономически более выгодна добыча и транспортировка;
– упрощается устройство топок и облегчается труд человека при подаче топлива в печь;
– упрощается управление процессом горения и облегчается соблюдение гигиены труда;
– достигается более полное и рациональное сжигание топлива;
– заметно уменьшается загрязнение окружающей среды.
Горение связано с разрушением одних молекул и образованием других, что сопровождается выделением некоторого количества теплоты. В данном случае изменение внутренней энергии произошло не посредством теплообмена и не путем совершения работы телом над телом, а в результате термохимических явлений, происходящих с топливом. При этом энергия движения молекул продуктов сгорания, а следовательно, и их температура будет больше, чем у молекул топлива.
От чего же зависит количество теплоты, выделяемое при горении топлива? При сгорании 1 кг различных видов топлива выделяется различное количество энергии. Отношение теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, к массе сгоревшего топлива называется его удельной теплотой сгорания.
Учащимся предлагается работа с таблицей “Удельная теплота сгорания топлива”. Дается задание найти в таблице топливо, теплота сгорания которого наибольшая, наименьшая, сравнить теплоту сгорания 1 кг топлива и 1 кг каменного угля. Затем решаем задачи на расчет количества теплоты, выделяющегося при сгорании топлива, используя формулу Q = mq, где q – удельная теплота сгорания топлива, а m – масса топлива. При этом уточняется наименование единицы удельной теплоты сгорания топлива.
Примеры задач.
1) При полном сгорании каменного угля выделилось 270 000 кДж энергии. Какая масса каменного угля сгорела?
2) При сгорании 60 г каменного угля выделилось 2050 кДж энергии. Составить термохимическое уравнение горения угля.
3) Сколько теплоты выделится при полном сгорании нефти, объем которой 200 литров? Плотность нефти 800 кг/m3
Обострились экологические проблемы. Количество сжигаемого топлива таково, что выделяемые при горении продукты не успевают рассеяться и накапливаются. Нарушается работа отлаженного, тонко согласованного механизма природы: меняется состав воздуха в больших городах и вблизи крупных энергетических предприятий, накапливается углекислый газ, порождающий парниковый эффект. С этим нельзя не считаться, слишком тяжелыми могут быть последствия для каждого и всех вместе: болезни, отравления, изменения климата.
Мероприятия по очистке воздуха от промышленных примесей:
1. В дымоходах ставят фильтры.
2. Увеличивают число зеленых насаждений.
3. Мощные сооружения по очистке воздуха от пыли, бактерий, вредных газов, для обогащения воздуха кислородом.
В конце урока подводим итоги. Задаем домашнее задание. Как вы можете помочь природе? В какой экологической акции вы можете принять участие?
Андрей СЕМКЕ,
учитель физики
средней школы N 11
Ейск,
Краснодарский край