Интигрированный урок «Топливо»

Интегрированный урок "Топливо. Теплота сгорания топлива"

В ходе урока вводится понятие теплоты сгорания топлива, углубляются знания о топливе, устанавливается связь между изученным материалом на уроках химии, географии и физики, рассматриваются альтернативные виды топлива, рассматриваются полезные ископаемые Челябинской области.

Ход урока.

Мотивация.

Демонстрация фильма о важнейших видах топлива. Этот фильм подскажет вам тему сегодняшнего урока.

Учитель. Всегда, когда нам нужно получить некоторое количество теплоты (для того чтобы вскипятить воду, приготовить еду в походе, протопить дом или воспользоваться автомобилем), мы почти автоматически используем газ, дерево, уголь, бензин.

Все это - самые распространенные виды топлива.

Учитель. А приходилось ли вам задумываться, что такое топливо? Какие виды топлива бывают? Чем отличаются одни виды топлива от других?

Какие требования нужно предъявить к топливу?

Учитель.

Запишем тему урока:

"Топливо. Теплота сгорания топлива"

На первый взгляд кажется, что в качестве топлива можно использовать любое горючее вещество. Но горючих веществ очень много. Твердые вещества - уголь, сера, фосфор, некоторые металлы, жидкие - нефть, бензин, спирт, ацетон, газообразные - водород, метан, пропан, ацетилен

Все эти вещества при сгорании выделяют тепло. Казалось бы, это все что требуется от топлива. Но есть еще другие важные качества, которые горючее вещество делают топливом.

Вы не раз наблюдали горение газа, дров, нефти.

Давайте проведем опыт и посмотрим одновременное горение нескольких видов топлива: нефти, дерева, спирта и парафина.

Опыт. Для опыта использую свечу, спиртовку, лучину и вату, смоченную керосином.

Что общего и чем отличается горение каждого вида топлива?

Ученик. При горении топлива выделяется тепло, и образуются продукты сгорания. Особенно нефть, сгорая, выделяет много копоти и сажи, а это естественно влияет на окружающую среду.

Учитель. Да, при сгорании любых веществ образуются другие вещества-продукты сгорания .Например ,при сгорании дров остается зола и выделяется углекислый ,угарный и другие газы. Обойтись без продуктов сгорания нельзя, но нужно из всех горючих веществ выбрать те , продукты сгорания которых не наносят вреда человеку и окружающей среде .Такое топливо -экологически чистое. К сожалению этому требованию в полной мере удовлетворяет только водород.

Анализируя таблицу, скажите, какую информацию о топливе дает эта таблица?

Ученик. В таблице приведены сведения о химическом составе некоторых видов топлива. Все виды топлива содержат углерод и водород.

Процент содержания углерода и водорода превышает процент других элементов, в топливе.

Учитель. Из курса химии вам уже известно ,что при полном окислении углерода образуется углекислый газ, а при окислении водорода -водяной пар.

С+О₂=СО₂+ Q теплоты.

Эти продукты сгорания безвредны для человека.

А вот содержание серы и азота в составе топлива приводят к образованию оксидов, вредных для человека и животных.

Даже специально очищенные виды топлива при сгорании выделяют некоторое количество вредных веществ. Вот почему сегодня предъявляются строгие требования к топливу: при его использования должно выделяться минимальное количество вредных продуктов сгорания. Кроме того, предусматриваются специальные меры по улавливанию вредных веществ фильтрами.

Учитель. Итак, что такое топливо? Какие горючие вещества могут быть топливом?

Ученик. Топливо - это горючее вещество, дающее тепло являющееся источником энергии. Топливом может быть горючее вещество ,продукты сгорания которого безвредны.

Учитель. Но, главное предназначение топлива - давать тепло! Значит, чем больше выделяется тепла при его сгорании, тем лучше.

Сравнивать количества теплоты ,выделившиеся при сгорании разных видов топлива, можно только при условии, что сгорела одинаковая масса топлива.

Учитель..

Рассмотрите рисунок.

Какую информацию вы извлекли?

Ученик. Разные виды топлива массой 1кг при полном сгорании выделяют разное количество теплоты

Учитель. Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты , выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг называется удельной теплотой сгорания топлива.

Теплота сгорания обозначается латинской буквой q и измеряется в Дж/кг(джоуль на килограмм).

Учитель. Рассмотрите таблицу 2 стр. 26.

Какая информация нам дана в таблице?

Ученик. В таблице дана теплота сгорания основных видов топлива. Самая наибольшая теплота сгорания у водорода- 119,7 МДж/кг. а наименьшая у дров-12,3 МДж/кг.

Учитель. Найдите теплоту сгорания природного газа, прочитайте ее и скажите, что показывает это число.

Ученик. Теплота сгорания природного газа равна 45,6МДж/кг. Это число показывает, что при полном сгорании 1кг газа выделяется 45,6 МДж теплоты

Учитель. Сопоставьте сведения о составе и теплоте сгорания топлива разных видов.

Ученик. Анализируя таблицы мы видим , что величину теплоты сгорания топлива определяют преимущественно содержание углерода и водорода в составе топлива.

Например. Природный газ содержит 74,0 С и 25,0% Н и имеет наибольшую теплоту сгорания по сравнению с дровами и углем.

Учитель. Какого топлива: дерева или бензина потребуется меньше, чтобы получить необходимое количество теплоты? Почему?

Ученик. Сравнивая теплоту сгорания дерева -12,3М Дж/кг и бензина -44М Дж/кг мы видим, что для получения необходимого количества теплоты меньше потребуется бензина.

Учитель. А как рассчитать количество теплоты ,которое выделится при сгорании не 1кг топлива, а m кг топлива?

Ученик. Чтобы рассчитать количество теплоты Q .выделяющееся при полном сгорании m кг топлива ,нужно теплоту сгорания q умножить на массу сгоревшего топлива

Q = qm

Учитель. А какие еще требования предъявляются к топливу?

Основные требования, предъявляемые к топливу:

1. большая теплота сгорания 2) отсутствие вредных продуктов сгорания 3) низкая температура воспламенения 4) распространенность в природе 5) сравнительная простота добычи и транспортировки

Учитель. Большинство традиционных видов топлива( таких как уголь , нефть, торф ) образовалось на протяжении целых геологических эпох из останков растений и животных. Это, чаще всего невозобновляемые ресурсы нашей планеты. Вот почему сегодня ученые заняты поисками альтернативных источников тепла и созданием энергосберегающих технологий.

Доклад ученика.

Нашему поколению грозит близкое исчерпание запасов нефти на всей земле. На самом деле кризис давно уже подбирался к нам, просто мало кто его хотел замечать признаки его приближения. Дело в том, что человечество слишком хищнически уничтожало запасы нефти. Если вы помните, то вначале 20 века когда только начали добывать нефть из земли, то это делали в основном для получения керосина - источника света в керосиновых лампах. Но при получении керосина было очень много бензина, а автомобилей тогда почти не было. И весь бензин просто выливали в озера И СЖИГАЛИ (вместе с мазутом и нефтью)! Затем, во времена развитого социализма при добыче нефти главным ее спутником является ПРИРОДНЫЙ газ, которого под землей ОЧЕНЬ МНОГО - гораздо больше, чем самой нефти. Но этот газ в пластах находится выше чем нефть, и в СССР да и в других странах - пробурив скважину СНАЧАЛА СЖИГАЛИ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ, и лишь потом начинали выкачивать из земли нефть. Таким образом уничтожили гигантское количество нефтеуглеродного топлива. А сколько нефти идет на то, чтобы ездила боевая техника. Один только круговой разворот большого артиллерийского крейсера на полной скорости съедал столько мазута, что на его стоимость можно было построить небольшую сельскую школу или больницу. А полеты полка самолетов съедают столько керосина, что на эквивалентном ему количество бензина все автомобили небольшого города могли бы ездить ЦЕЛЫЙ ГОД! Впрочем точно так же полет одного Боинга-747 потребляет столько топлива, что на нем могли бы отапливать все свои дома граждане какого-нибудь маленького американского городка из нескольких сотен жителей. То есть современная техника потребляет просто гигантские количества нефтяного топлива.

Все вы знаете что старые люди пожившие в Советском Союзе сейчас так наивно удивляются тому, что летать на самолетах стало дорого, и вообще все дорожает! А это потому, что в прежние времена выкачали большую часть нефти из земли, и сейчас ее добыча дорожает с каждым годом. Во времена развитого социализма тонна нефти стоила примерно 80 рублей, а сейчас тонна любого нефтеорганического горючего стоит порядка 30 000 рублей! И даже если сделать скидку на дикую инфляцию то все равно всем умным людям должно быть видно, что стоимость добычи нефти увеличилась в несколько раз. От этого увеличилась стоимость авиабилетов и люди самолетами просто стали летать реже (причем во всем мире). А виной всему - НЕХВАТКА НЕФТИ, и сокращение ее добычи. Причем добывание нефти становится все дороже и дороже. Далеко не все знают что до 1900 года нефти на земле было ТАК МНОГО, что нефтяные пласты находились вблизи самой поверхности земли, и даже ИНОГДА выходили на поверхность! То есть существовали целые нефтяные ОЗЕРА, или ДОСТАТОЧНО БЫЛО ЛОПАТОЙ ВЫКОПАТЬ ЯМКУ и там уже была НЕФТЬ! А сейчас нигде на земле нет нефти ближе чем 2 КИЛОМЕТРА от поверхности земли! И чем глубже приходится бурить скважины, тем дороже становится добыча нефти, и тем хуже ее КАЧЕСТВО, потому, что сверху нефть была ЛЕГКАЯ - более насыщенная легкими фракциями бензина и керосина, а чем ниже - тем более плохим становится качество нефти - она более вязкая и насыщенная серой, которая при сгорании дает ядовитые сернистые окислы и загрязняет двигатели.

Топливно-энергетический комплекс.

В структуре потребления топливных ресурсов области основными являются уголь (около 50%) и природный газ (около 40%).

Топливная промышленность на территории области представлена угольной отраслью на базе Челябинского угольного бассейна бурых углей. Большая часть запасов угля разрабатывается открытым способом, так как он залегает на небольшой глубине. Угледобывающие предприятия Челябинского бассейна практически полностью обеспечивают собственными энергетическими углями потребности электро- и теплоэнергетики области. Уголь Челябинского бассейна был открыт в начале 19-го века, а добыча его в незначительном количестве началась в 1907 г., с созданием шахтерского поселка Челябинские копи, ставшего ныне главным центром угольного бассейна - г. Копейском .. Половину добычи угля дает город Коркино. Он располагается в 35 км от Челябинска. Поскольку уголь залегает на небольшой глубине, часть его добывается открытым способом в Коркинском карьере, глубиной 460 м. Всего в Челябинском бассейне работает 5 шахт, 3 разреза и 3 обогатительные фабрики. Коэффициент извлечения угля из недр по крупнейшим месторождениям составляет 86%. Есть еще Полтавское и Брединское месторождения антрацитов. Запасы угля здесь незначительны, пласты маломощны и добыча их нерентабельна. Эти месторождения законсервированы и сейчас не разрабатываются. Главными потребителями угля являются тепловые электростанции и промышленные котельные области (до 80%), а также коммунально-бытовой сектор и население. Из-за нехватки коксующегося угля его завозят из Экибастуза, Кузбасса и Караганды осуществляется на нужды металлургического комплекса. Об изменении добычи угля дает представленная ниже таблица.

Динамика добычи угля по годам в млн т

1913

1940

1950

1965

1985

1989

1990

1995

1997

1998

2000

0,13

5,7

12,4

23,7

13,6

12,4

12,2

6,06

5,7

4,8

4,4

В 1913 г. добыча угля составляла 0,13 млн т, а спустя 87 лет - 4,4 млн т. Доля добычи угля шахтным и открытым способами одинакова. На сегодня Челябинский бассейн в значительной мере выработан, запасы его оцениваются в 542 млн т. Коэффициент извлечения угля из недр составляет более 85%. И поэтому добыча угля снизилась с 1990 г. почти в 2,7 раза, а по сравнению с 1965 г. - в 5,4 раза. Для покрытия потребности в энергии в область завозятся значительные объемы топливно-энергетических ресурсов, в том числе уголь и природный газ, составляющий около 40% в структуре потребления. В перспективе в топливном балансе все большую роль отводят природному газу, поставляемому из других районов.

Закрепление

1. При полном сгорании 1 кг природного газа выделилось 44МДж теплоты. Какова теплота сгорания топлива?

2. На вопрос учителя: "Как понимать выражение: "теплота сгорания керосина равна 46 МДж/кг?", ученик ответил так: " Это значит, что при сгорании керосина выделяется 46 МДж теплоты ".Правильный ли ответ дал ученик?

3. Почему рачительный хозяин предпочитает покупать березовые дрова, а не сосновые? Цена дров за единицу объема одинакова. Ответ: Плотность березы больше плотности сосны. Следовательно, масса березовых дров больше, если объемы приобретаемых дров одинаковы.

4. Известно, что температура пламени наибольшая в верхней его части. Почему же часто, спеша нагреть воду в чайнике, увеличивают пламя, открывая кран горелки?

Ответ: Чтобы уменьшить время нагревания воды, ей надо передать большее количество теплоты в единицу времени (сжигая в единицу времени больше топлива.).

5. Сколько дров понадобится, чтобы истопить кирпичную русскую печь массой 1,5т, если в процессе протапливания ее температура менялась от 10⁰С до 70⁰С?

Домашнее задание: подготовить доклад по альтернативным видам топлива.