Задачи на количество теплоты по химии: Термохимические уравнения — Решение задач — Уроки химии — Классная комната

Содержание

Задачи по термохимическим уравнениям | План-конспект урока по химии (10 класс):

Термохимические уравнения включают в себя кроме химических формул тепловой эффект реакции. Числовое значение в уравнении реакции строго соответствует количествам веществ, участников реакции, т.е.  коэффициентам. Благодаря этому соответствию, можно установить пропорциональные отношения между количеством вещества или массой и количеством теплоты в этой реакции.

 

Например:  Термохимическое уравнение разложения малахита

 

(CuOH)2 CO3   =      2CuO + H 2 O  + CO 2 — 47 кДж

 

Мы видим, что на разложение 1 моля малахита необходимо израсходовать 47 кДж, при этом образуется 2 моля оксида меди, 1 моль воды и 1 моль углекислого газа. Если мы затратим энергии в 2 раза больше, мы сумеем разложить 2 моля малахита, при этом получим 4 моля оксида меди, 2 моля воды и 2 моля углекислого газа.

Аналогично можно установить пропорциональные отношения,  используя коэффициенты и молярные массы участников реакции.   47 кДж энергии затратится на разложение 94 г малахита, при этом выделится 160 г оксида меди, 18 г воды и 44 г углекислого газа. Пропорция несложная, но,  используя массовые числа, учащиеся часто допускают расчетные ошибки, поэтому я рекомендую решать задачи с пропорциями через количество вещества.

 

Решим задачи:

 

Задача 1. Определите количество теплоты, которое выделится при образовании 120 г MgO  в результате реакции горения магния, с помощью термохимического уравнения.

 

2 Mq + O2   = 2MqO + 1204  кДж

 

Дано:

m (Mg0) = 120г

Найти:

Q1 -?

Решение:

1) Определяем количества оксида магния, используя формулу для нахождения количества вещества через массу. 

 

n = m / M 

n(MqO) = 120г/ 40 г/моль = 3 моль

 

2) Составляем пропорцию с учетом коэффициентов в уравнении реакции

По уравнению   2 моля MqO —  1204 кДж

По условию        3 моля MqO —  Q1

 

Отсюда

 

 

3 моль* 1204кДж

 

Q1

=

————————

= 1803 кДж

 

 

2моль

 

 

Ответ: При образовании 120г  оксида магния выделится 1803 кДж энергии.

 

 

 

 

Задача 2. В результате реакции, термохимическое уравнение которой 

 

2 C2h3+ 5O2   = 4CO2 +2h3O + 2610  кДж

 

выделилось 652,5 кДж теплоты. Определите массу сгоревшего ацетилена.

 

 

Дано:

Q1 = 652,5 кДж

Найти:

m(C2h3)-?

Решение:

 

1) Установим пропорциональные отношения между количеством вещества ацетилена и количеством теплоты.

По уравнению   2 моль C2h3_———-  2610 кДж

По условию        х моль        ———-  652,5 кДж

 

Решаем пропорцию

 

 

 

2 моль* 652,5кДж

 

х

=

————————

= 0,5 моль

 

 

2610 кДж

 

 

 

2) Определяем массу ацетилена по  формуле  m= n * M

m = 0,5 моль * 26 г/моль = 13 г.

 

Ответ: масса сгоревшего ацетилена 13 г.

 

Домашнее задание

1. Согласно термохимическому уравнению  реакции

 

 Ch5+ 2O2   = CO2 +2h3O + 802 кДж

 

определите количество теплоты, выделившейся при сжигании 24 г метана.

 

2. Тепловой эффект реакции горения серы равен 297 кДж. Какая  масса серы сгорела, если выделилось 742,5 кДж теплоты.

 

Термохимические уравнения | Задачи 1.11

 

Задача 1.11 

Теплота образования оксида железа (III) равна 817 кДж/моль. Определите тепловой эффект реакции, в которой из 16,8 г железа и необходимого количества кислорода образовался Fe2О3.

1) 245,1кДж;  2) 2723кДж; 3) 122,55 кДж; 4) 367,65 кДж.
Дано: теплота образования оксида железа (III) равна: Qобр (Fe2О3) = 817 кДж/моль;

масса потраченного железа: m (Fe) = 16,8 г.
Найти: тепловой эффект.  
Решение:

Данный тип задач можно решить двумя способами:

I способ

Согласно определению теплота образования сложного вещества — это тепловой эффект химической реакции образования 1 моль этого сложного вещества из простых веществ.

Записываем реакцию оксида железа (III) из Fe и О2. При расстановке коэффициентов в полученном уравнении учитываем, что перед Fe2О3 должен быть коэффициент «1», который соответствует количеству вещества в 1 моль. В этом случае мы можем использовать теплоту образования, указанную в условии:

2Fe(ТВ) + 3/2О2(г) → Fe2О3(ТВ) + 817 кДж

Получили термохимическое уравнение.

Для того чтобы коэффициент перед Fe2О3 остался равен «1», коэффициент перед кислородом должен быть дробным (3/2).

При записи термохимических уравнений допускаются дробные коэффициенты.

Рассчитываем количество теплоты, которое выделится при образовании Fe2О3 из 16,8 г Fe:

Составляем пропорцию:

при использовании 16,8 г Fe выделяется х кДж (по условию)

при использовании 111,7 г Fe выделяется 817 кДж (по уравнению)

Ближе всего подходит ответ № 3.

При решении последней задачи в условиях ЕГЭ можно было не составлять термохимическое уравнение. Рассмотрим этот способ.

II способ

Согласно определению теплоты образования 817 кДж выделяется при использовании 111,7 г Fe. При использовании 16,8 г Fe выделяется х кДж, следовательно, можно составить пропорцию:

817 кДж выделяется при при использовании 16,8 г Fe 

х кДж выделяется при использовании 111,7 г Fe

Подходит ответ № 3.

Ответ: Q = 122,88 кДж.


Задача 1.12

На каталитическое окисление 5 л оксида серы (IV) до оксида серы (VI) расходуется кислород объемом:

1) 2,5 л;    2) 5 л;    3) 7,5 л;    4) 10 л.
Дано: объем оксида серы (IV) (н.у.): V(SО2) = 5 л.
Найти: объем кислорода (н.у.): V(О2) = ?
Решение:

В первую очередь необходимо составить уравнение реакции:

     2SО2      +       О2   =   2SО3

    п = 2 моль        п =1 моль

Применяем закон объемных отношений:

Отношение   мы находим по уравнению реакции, а V(SO2) возьмем из условия. Подставив все эти значения в закон объемных отношений, получим:

Отсюда: V(O2)  =  5/2  = 2,5л.

Подходит ответ № 1.

Без использования закона объемных отношений задача решается с помощью расчета по уравнению:

Составляем пропорцию:

5 л SO2 взаимодействуют с х л О2 (по условию) 

44,8 л SО2 взаимодействуют с 22,4 л О2(по уравнению) 

Получили тот же вариант ответа № 1.

Ответ: V(O2)  =  2,5л.


Задача 1.13

Объем кислорода, необходимый для сгорания 2 л пропана равен:

1) 2 л;   2) 4 л;   3) 6 л; 4) 10 л.
Дано:

объем пропана(н.у.): V(С3Н8) = 2 л.
Найти: объем кислорода (н.у.): V(О2) = ?
Решение :

В первую очередь необходимо составить уравнение реакции:

     2С3Н8      +       10О2   =   6СО2 + 8Н2О

    n= 2 моль         n =10 моль

Применяем закон объемных отношений:

Отношение мы находим по уравнению реакции, а V(С3Н8) возьмем из условия. Подставив все эти значения в закон объемных отношений, получим:

Отсюда: V(O2)  =  2 .10/2  = 10л.

Подходит ответ № 4.

Без использования закона объемных отношений задача решается с помощью расчета по уравнению:

Составляем пропорцию:

2 л С3Н8 взаимодействуют с х л О2 (по условию) 

44,8 л С3Н8 взаимодействуют с 224 л О2(по уравнению)

Получили тот же вариант ответа № 4.

Ответ: V(O2)  =  10л.


Тепло, температура и теплопроводность | Глава 2: Состояния материи

  • Скачать
  • Электронная почта
  • Распечатать
  • Добавить в закладки или поделиться

Тебе это нравится? Не нравится ? Пожалуйста, найдите время, чтобы поделиться с нами своими отзывами. Спасибо!

Урок 2.1

Ключевые понятия

  • Добавление энергии (нагрев) атомов и молекул увеличивает их движение, что приводит к повышению температуры.
  • Удаление энергии (охлаждение) атомов и молекул уменьшает их движение, что приводит к снижению температуры.
  • Энергия может быть добавлена ​​или удалена из вещества посредством процесса, называемого проводимостью.
  • При проводимости более быстро движущиеся молекулы контактируют с более медленными молекулами и передают им энергию.
  • Во время проводимости более медленные молекулы ускоряются, а более быстрые молекулы замедляются.
  • Температура – ​​это мера средней кинетической энергии атомов или молекул вещества.
  • Тепло – это передача энергии от вещества с более высокой температурой к веществу с более низкой температурой.
  • Некоторые материалы лучше проводят тепло, чем другие.

Резюме

Учащиеся выполнят задание, в котором тепло передается от горячей воды к металлическим шайбам, а затем от горячих металлических шайб к воде. Студенты будут просматривать молекулярную анимацию, чтобы лучше понять процесс проведения на молекулярном уровне. Учащиеся также нарисуют собственную модель процесса дирижирования.

Задача

Учащиеся смогут описать и нарисовать модель на молекулярном уровне, показывающую, как энергия передается от одного вещества к другому посредством проводимости.

Оценка

Загрузите лист с заданиями учащегося и раздайте по одному учащемуся, если это указано в задании. Рабочий лист будет служить компонентом «Оценить» каждого плана урока 5-E.

Безопасность

Убедитесь, что вы и ваши ученики носите подходящие защитные очки.

Материалы для каждой группы

  • 2 комплекта больших металлических шайб на веревке
  • Чашка из пенопласта, наполненная горячей водой
  • Вода комнатной температуры
  • 2 термометра
  • Градуированный цилиндр или химический стакан

Материалы для учителя

  • 1 стаканчик из пенопласта
  • Термометр
  • Плита или кофеварка
  • Большой стакан или кофейник

Примечание. Энергия также может передаваться посредством излучения и конвекции, но в этой главе речь идет только о передаче тепла посредством теплопроводности.

  1. Обсудите, что происходит, когда ложку помещают в горячую жидкость, например суп или горячий шоколад.

    Спросите студентов:

    Вы когда-нибудь клали металлическую ложку в горячий суп или горячий шоколад, а затем подносили ложку ко рту? Как вы думаете, что может происходить между молекулами в супе и атомами в ложке, из-за чего ложка становится горячей?
    В настоящее время учащиеся не обязаны полностью отвечать на эти вопросы. Более важно, чтобы они начали думать, что на молекулярном уровне происходит что-то, из-за чего одно вещество может сделать другое горячее.

    Раздайте каждому учащемуся лист с заданиями.

    Учащиеся записывают свои наблюдения и отвечают на вопросы о задании в листе задания. Разделы «Объясните это с помощью атомов и молекул» и «Возьми это» Дальнейшие разделы рабочего листа будут выполняться в классе, в группах или индивидуально в зависимости от ваших инструкций. Посмотрите на версию листа с заданиями для учителя, чтобы найти вопросы и ответы.

  2. Предложите учащимся изучить, что происходит, когда металл комнатной температуры помещают в горячую воду.

    Если вы не можете получить материалы для всех групп, чтобы выполнить это задание, вы можете выполнить упражнение в качестве демонстрации или показать учащимся видеоролики «Стиральные машины с подогревом» и «Стиральные машины с охлаждением».

    Вопрос для расследования

    Почему меняется температура предмета, если его поместить в горячую воду?

    Материалы для каждой группы

    • 2 комплекта больших металлических шайб на веревке
    • Чашка из пенопласта, наполненная горячей водой
    • Вода комнатной температуры
    • 2 термометра
    • Градуированный цилиндр или химический стакан

    Материалы для учителя

    • 1 Чашка из пенопласта
    • Термометр
    • Электроплитка или кофеварка
    • Большой стакан или кофейник

    Подготовка учителя

    • С помощью веревки свяжите вместе 5 или 6 металлических шайб, как показано на рисунке. Каждой группе учащихся потребуется по два набора шайб, каждая из которых связана веревкой.
    • Подвесьте один комплект шайб для каждой группы в горячей воде на плите или в воде в кофеварке, чтобы шайбы могли нагреться. Эти шайбы должны оставаться горячими до второй половины активности.
    • Другой набор следует оставить при комнатной температуре, и его можно раздать учащимся вместе с материалами для задания.
    • Непосредственно перед занятием налейте на каждую группу около 30 миллилитров (2 столовые ложки) горячей воды (около 50 °C) в пенопластовый стаканчик. Не забудьте налить одну чашку горячей воды для контроля.

    Сообщите учащимся, что они увидят, изменится ли температура горячей воды в результате помещения в воду металлических шайб комнатной температуры. Единственный способ узнать, вызывают ли шайбы изменение температуры, — выпить чашку горячей воды без шайб. Объясните, что у вас будет эта чашка с горячей водой, которая будет контрольной.

    Вам нужно будет опустить термометр в чашку с горячей водой одновременно с учениками. Предложите учащимся записать начальную температуру элемента управления в своих таблицах на листе с заданиями, а также начальную температуру своей чашки с горячей водой. Температура двух образцов должна быть примерно одинаковой.

    Процедура

    1. Поместите термометр в чашку, чтобы измерить начальную температуру воды. Запишите температуру воды в столбце «До» в таблице на листе с заданиями. Не забудьте также записать начальную температуру воды в контрольной чашке.
    2. Используйте другой термометр для измерения температуры шайб. Запишите это в колонке «До».

    Примечание. Измерять температуру шайб обычным термометром немного неудобно, потому что между колбой термометра и поверхностью шайб очень маленькая точка контакта. Стиральные машины должны быть комнатной температуры.

    Попросите учащихся сделать прогноз:

    • Что произойдет с температурой воды и стиральных машин, если вы поместите стиральные машины в горячую воду?
    1. Пока термометр все еще находится в воде, удерживайте веревку и полностью опустите металлические шайбы в горячую воду.

    2. Следите за любым изменением температуры воды. Оставьте шайбы в воде до тех пор, пока температура не перестанет меняться. Запишите температуру воды в каждой чашке в столбце «После».
    Таблица 1. Температурные показатели стиральных машин комнатной температуры, помещенных в горячую воду
    Температура … До После
    Вода в чашке
    Вода в контрольном стакане
    Металлические шайбы
    1. Достаньте шайбы из воды. Затем возьмите и запишите температуру омывателей в графу «После».
    2. Опорожните чашку в контейнере для отходов или в раковине.

    Ожидаемые результаты

    Температура воды немного снизится, а температура стиральных машин немного повысится. Величина снижения и повышения температуры на самом деле не так важна. Важно то, что происходит понижение температуры воды и повышение температуры шайб.

    Узнайте больше об энергии и температуре в разделе сведений об учителях.

    Примечание. В конце концов, два соприкасающихся объекта с разной температурой приобретут одинаковую температуру. В действии шайбы и вода, скорее всего, будут разной температуры. Для целей этой деятельности шайбы и вода находятся в контакте только в течение короткого времени, поэтому, скорее всего, они не достигнут той же температуры.

    Учащиеся могут спросить, почему температура воды снизилась не на столько, сколько повысилась температура стиральных машин. Из воды уходит такое же количество энергии, сколько уходит в стиральные машины, но для изменения температуры разных веществ требуется разное количество энергии.

  3. Предложите учащимся изучить, что происходит, когда горячий металл помещают в воду комнатной температуры.

    Спросите студентов:

    • Как вы думаете, как изменится температура, если вы поместите горячие стиральные машины в воду комнатной температуры?

    Налейте около 30 миллилитров воды комнатной температуры в контрольную чашку. Поместите термометр в чашку и сообщите учащимся температуру воды.

    • Налейте около 30 миллилитров воды комнатной температуры в чашку из пенополистирола.
    • Поместите термометр в воду и запишите его температуру в столбце «До» в таблице на листе с заданиями. Не забудьте также записать начальную температуру воды в контрольной чашке.
    • Выньте стиральные машины из горячей воды, где они нагревались, и быстро измерьте температуру стиральных машин термометром. Запишите это в колонке «До» на листе активности.
    • Пока термометр все еще находится в воде, удерживайте веревку и полностью опустите горячие металлические шайбы в воду.
    • Следите за любым изменением температуры воды. Оставьте шайбы в воде до тех пор, пока температура не перестанет меняться. Запишите температуру воды в чашке в столбце «После» в таблице ниже. Также запишите температуру воды в контрольной чашке.
    • Достаньте шайбы из воды. Возьмите и запишите температуру шайб.
    Таблица 2. Температурные показатели стиральных машин, помещенных в воду комнатной температуры
    Температура … До После
    Вода в чашке
    Вода в контрольном стакане
    Металлические шайбы

    Ожидаемые результаты

    Температура воды увеличивается, а температура омывателей уменьшается.

  4. Обсудите наблюдения учащихся и причины изменения температуры металлических шайб и воды.

    Спросите студентов:

    Как изменилась температура стиральных машин и воды в обеих частях занятия?
    Основываясь на своих данных, учащиеся должны понять, что температура как стиральных машин, так и воды изменилась.
    Зная, что вы делаете с нагреванием и охлаждением атомов и молекул, как вы думаете, почему температура изменилась?
    При необходимости направьте учащихся на размышления о том, почему изменилась температура каждого из них, спросив их, что, вероятно, двигалось быстрее: атомы в металлических шайбах или молекулы в воде. Скажите учащимся, что анимация молекулярной модели, которую вы покажете дальше, покажет им, почему изменилась температура обоих.
  5. Покажите две анимации, чтобы помочь учащимся понять, как энергия передается от одного вещества к другому.

    Показать анимацию молекулярной модели Heated Spoon.

    Укажите учащимся, что молекулы воды в горячей воде движутся быстрее, чем атомы в ложке. Молекулы воды ударяются об атомы ложки и передают этим атомам часть своей энергии. Так энергия воды передается ложке. Это увеличивает движение атомов в ложке. Поскольку движение атомов в ложке увеличивается, температура ложки увеличивается.

    Это нелегко заметить, но когда быстро движущиеся молекулы воды ударяются о ложку и ускоряют атомы в ложке, молекулы воды немного замедляются. Поэтому, когда энергия передается от воды к ложке, ложка нагревается, а вода охлаждается.

    Объясните учащимся, что когда быстро движущиеся атомы или молекулы сталкиваются с более медленными атомами или молекулами и увеличивают их скорость, происходит передача энергии. Энергия, которая передается, называется теплотой. Этот процесс передачи энергии называется проводимостью.

    Показать анимацию молекулярной модели Cooled Spoon.

    Укажите учащимся, что в этом случае атомы в ложке движутся быстрее, чем молекулы воды в холодной воде. Более быстро движущиеся атомы в ложке передают часть своей энергии молекулам воды. Это заставляет молекулы воды двигаться немного быстрее и температура воды повышается. Поскольку атомы в ложке передают часть своей энергии молекулам воды, атомы в ложке немного замедляются. Это приводит к снижению температуры ложки.

    Спросите студентов:

    Опишите, как процесс проводимости вызвал изменение температуры шайб и воды в процессе деятельности.

    Стиральные машины комнатной температуры с горячей водой
    Когда шайбы комнатной температуры помещают в горячую воду, более быстро движущиеся молекулы воды сталкиваются с более медленными атомами металла и заставляют атомы в шайбах двигаться немного быстрее. Это приводит к повышению температуры омывателей. Поскольку часть энергии воды передавалась металлам для их ускорения, движение молекул воды уменьшается. Это приводит к снижению температуры воды.
    Горячие стиральные машины в воде комнатной температуры
    Когда горячие металлические шайбы помещают в воду комнатной температуры, более быстро движущиеся атомы металла сталкиваются с более медленными молекулами воды и заставляют молекулы воды двигаться немного быстрее. Это приводит к повышению температуры воды. Поскольку часть энергии атомов металла передавалась молекулам воды для их ускорения, движение атомов металла уменьшается. Это приводит к снижению температуры омывателей.
  6. Обсудите связь между молекулярным движением, температурой и проводимостью.

    Спросите студентов:

    Как движение атомов или молекул вещества влияет на температуру вещества?
    Если атомы или молекулы вещества движутся быстрее, вещество имеет более высокую температуру. Если его атомы или молекулы движутся медленнее, то он имеет более низкую температуру.
    Что такое проводимость?
    Проводимость возникает при контакте двух веществ с разной температурой. Энергия всегда передается от вещества с более высокой температурой к веществу с более низкой температурой. При передаче энергии от более горячего вещества к более холодному более холодное вещество нагревается, а более горячее охлаждается. В конце концов два вещества становятся одной температуры.

    Студенты, как правило, понимают нагрев, но часто имеют неправильное представление о том, как происходит охлаждение. Точно так же, как нагревание вещества, охлаждение вещества также работает за счет теплопроводности. Но вместо того, чтобы концентрироваться на ускорении медленных молекул, вы фокусируетесь на замедлении более быстрых молекул. Более быстро движущиеся атомы или молекулы более горячего вещества контактируют с более медленными атомами или молекулами более холодного вещества. Более быстро движущиеся атомы и молекулы передают часть своей энергии более медленным атомам и молекулам. Атомы и молекулы более горячего вещества замедляются, и его температура снижается. Объект или вещество не может стать холоднее, если добавить к нему «холодность». Что-то может стать холоднее, только если его атомы и молекулы передают свою энергию чему-то более холодному.

  7. Предложите учащимся нарисовать молекулярные модели, чтобы показать проводимость между ложкой и водой.

    Примечание. В модели, которую вы покажете учащимся, изменение скорости как молекул воды, так и атомов в ложке представлено разным количеством линий движения. Студенты могут помнить, что когда атомы или молекулы движутся быстрее, они отдаляются друг от друга, а когда они движутся медленнее, они сближаются. Для этой активности изменение расстояния между молекулами воды или между атомами в ложке не является фокусом, и поэтому оно не показано в модели. Вы можете сказать учащимся, что модели могут подчеркивать одну особенность, а не другую, чтобы помочь сосредоточиться на представленной основной мысли.

    Ложка комнатной температуры, помещенная в горячую воду

    Проецируйте иллюстрации «Ложка в горячей воде до и после» из рабочего листа.

    Предложите учащимся посмотреть на линии движения на картинке «До» в листе с заданиями. Затем спросите учащихся, как изменится движение атомов и молекул на картинке «После». На рабочем листе вместе с изображением, которое вы проецируете, нет линий движения, нарисованных на картинке «После». Правильно составить их – задача учащихся.

    Попросите учащихся добавить линии движения к иллюстрации «После» и добавить описательные слова, такие как «теплее» или «холоднее», чтобы описать изменение температуры воды и ложки.

    Горячая ложка, помещенная в воду комнатной температуры

    Спроектируйте иллюстрации Горячая ложка в воде комнатной температуры до и после из листа с заданиями

    Предложите учащимся рассмотреть второй комплект фотографий «До» и «После». Попросите учащихся добавить линии движения к иллюстрации «После» и добавить описательные слова, такие как «теплее» или «холоднее», чтобы описать изменение температуры воды и ложки.

  8. Покажите симуляцию, иллюстрирующую, что температура представляет собой среднюю кинетическую энергию атомов или молекул.

    Следующее моделирование показывает, что при любой температуре атомы или молекулы вещества движутся с различными скоростями. Некоторые молекулы движутся быстрее других, некоторые медленнее, но большинство находится где-то посередине.

    Примечание. После нажатия кнопки «Старт» симуляция работает лучше всего, если вы прокручиваете все кнопки, прежде чем использовать ее для обучения со студентами..

    Показать температуру симуляции.

    • После переключения между кнопками «Холодный», «Средний» и «Горячий» выберите «Средний», чтобы начать обсуждение со студентами. Скажите учащимся, что это моделирование показывает взаимосвязь между энергией, молекулярным движением и температурой.

    Скажите учащимся, что все, что имеет массу и движется, независимо от того, насколько оно велико или мало, обладает определенным количеством энергии, называемой кинетической энергией. Температура вещества дает информацию о кинетической энергии его молекул. Чем быстрее движутся молекулы вещества, тем выше кинетическая энергия и тем выше температура. Чем медленнее движутся молекулы, тем меньше кинетическая энергия и тем ниже температура. Но при любой температуре молекулы не движутся с одинаковой скоростью, поэтому температура на самом деле является мерой средней кинетической энергии молекул вещества.

    • Эти идеи применимы к твердым телам, жидкостям и газам. Маленькие шарики в симуляции представляют собой молекулы и меняют цвет, чтобы визуализировать их скорость и кинетическую энергию. Самые медленные — синие, более быстрые — фиолетовые или розовые, а самые быстрые — красные. Объясните также, что отдельные молекулы изменяют скорость в зависимости от их столкновений с другими молекулами. Молекулы передают свою кинетическую энергию другим молекулам посредством проводимости. Когда быстро движущаяся молекула сталкивается с более медленной молекулой, более медленная молекула ускоряется (и становится более красной), а более быстрая молекула замедляется (и становится более синей).
    • Объясните, что при любой температуре большинство молекул движутся примерно с одинаковой скоростью и имеют примерно одинаковую кинетическую энергию, но всегда есть молекулы, которые движутся медленнее, и те, которые движутся быстрее. Температура на самом деле представляет собой комбинацию или среднее значение кинетической энергии молекул. Если бы вы могли поместить в эту симуляцию термометр, молекулы, движущиеся с разными скоростями, ударялись бы о него, и он регистрировал бы среднюю кинетическую энергию молекул.

    Чтобы добавить энергии, начните с «Холодный», затем нажмите «Средний», а затем «Горячий».

    Спросите студентов:

    Что вы замечаете в молекулах по мере добавления энергии?
    По мере добавления энергии большее количество молекул движется быстрее. Розовых и красных молекул больше, но есть и более медленные синие.

    Чтобы удалить энергию, начните с «Горячий», затем нажмите «Средний», а затем «Холодный».

    Спросите студентов:

    Что вы заметили в молекулах по мере удаления энергии?
    Чем больше энергии удаляется, тем медленнее движется большее количество молекул. Фиолетовых и синих молекул больше, но некоторые все же меняют цвет на розовый.
  9. Предложите учащимся попробовать одно или несколько расширений и использовать проводимость для объяснения этих распространенных явлений.

    Сравните реальную температуру и ощущение температуры различных объектов в комнате.

    Спросите студентов:

    Коснитесь металлической части ножки стула или стола, а затем коснитесь обложки учебника. Эти поверхности кажутся одинаковой или разной температуры?
    Они должны ощущаться иначе.
    Почему металл кажется холоднее, хотя он имеет ту же температуру, что и картон?
    Скажите учащимся, что хотя металл кажется более холодным, на самом деле металл и картон имеют одинаковую температуру. Если учащиеся не верят в это, они могут использовать термометр для измерения температуры металла и картона в комнате. После нахождения в одном помещении с одинаковой температурой воздуха обе поверхности должны иметь одинаковую температуру.

    Покажите анимацию «Проведение энергии», чтобы ответить на вопрос, почему металл кажется холоднее картона.

    Предложите учащимся понаблюдать за движением молекул в металле, картоне и пальце.

    Объясните, что молекулы в вашем пальце движутся быстрее, чем молекулы в металле комнатной температуры. Поэтому энергия вашего пальца передается металлу. Поскольку металл является хорошим проводником, энергия передается от поверхности через металл. Молекулы в вашей коже замедляются, поскольку ваш палец продолжает отдавать энергию металлу, поэтому ваш палец становится прохладнее.

    Как и металл, молекулы в вашем пальце движутся быстрее, чем молекулы в картоне комнатной температуры. Энергия передается от пальца на поверхность картона. Но поскольку картон является плохим проводником, энергия не может легко передаваться от поверхности через картон. Молекулы в вашей коже движутся примерно с той же скоростью. Поскольку ваш палец не теряет много энергии на картоне, он остается теплым.

    Сравните реальную температуру и ощущение температуры воды и воздуха.

    Предложите учащимся с помощью двух термометров сравнить температуру воды комнатной температуры и температуру воздуха. Они должны быть примерно одинаковыми.

    Спросите студентов:

    Опустите палец в воду комнатной температуры, а другой палец поднимите вверх. Вода и воздух кажутся одинаковой или разной температуры?
    Палец в воде должен стать холоднее.
    Почему вода кажется прохладнее, хотя ее температура такая же, как у воздуха?
    Напомните учащимся, что хотя вода кажется более холодной, температура воды и воздуха на самом деле примерно одинакова. Студенты должны понимать, что вода лучше воздуха проводит энергию. По мере того, как энергия оттягивается от вашего пальца быстрее, ваша кожа становится более холодной.

    Подумайте, почему чашки с холодной и горячей водой имеют комнатную температуру.

    Предложите учащимся подумать и объяснить следующую ситуацию:

    Предположим, вы поставили чашку с холодной водой в одну комнату и чашку с горячей водой в другую. Обе комнаты имеют одинаковую комнатную температуру. Почему холодная вода становится теплее, а горячая холоднее?
    В обоих случаях энергия будет перемещаться из области с более высокой температурой в область с более низкой температурой. Итак, энергия воздуха комнатной температуры будет переходить в холодную воду, которая нагревает воду. А энергия горячей воды будет переходить в более холодный воздух, который охлаждает воду.

Сколько тепла он будет удерживать? — Деятельность

(0 оценок)

Нажмите здесь, чтобы оценить

Quick Look

Уровень: 4
(3-5)

Необходимое время: 45 минут

Расходные материалы Стоимость/группа: 5,00 долл. США

(стоимость меньше, если термометры доступны для каждой группы)

Размер группы: 3

Зависимость от действий: Нет

предметных областей:
Измерение, физика, наука и техника

Ожидаемые характеристики NGSS:

5-ПС1-3

Доля:

TE Информационный бюллетень

Резюме

Учащиеся связывают тепловую энергию с теплоемкостью, сравнивая теплоемкости различных материалов и рисуя график изменения температуры во времени для конкретного материала. Учащиеся узнают, почему теплоемкость является важным свойством тепловой энергии, которое инженеры используют во многих приложениях.

Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

Инженерное подключение

В целях безопасности инженеры должны понимать теплоемкость изоляторов и проводников. Надевают резиновые перчатки, как изолятор, при измерении вольт и ампер через металлическую проволоку с малой теплоемкостью. При проектировании любой электрической системы (компьютеры, здания, двигатели и т. д.) инженеры учитывают теплоемкость, чтобы избежать короткого замыкания в оборудовании или поражения электрическим током людей, выполняющих техническое обслуживание оборудования. Инженеры, разрабатывающие системы пассивного солнечного отопления, используют естественные характеристики теплоемкости материалов. Они встраивают в конструкции некоторую тепловую массу, обычно сделанную из материала с высокой теплоемкостью, такого как кирпичная кладка, бетон или вода, которые могут хранить солнечную тепловую энергию в течение длительного времени и медленно отдавать ее после захода солнца, чтобы предотвратить резкие колебания температуры. Инженеры также учитывают теплоемкость и тепловую энергию при проектировании пищевых контейнеров и бытовых приборов.

Цели обучения

После этого задания учащиеся должны уметь:

  • Определить теплоемкость.
  • Измерение температуры материала во времени.
  • Опишите разницу между материалами с высокой теплоемкостью и низкой теплоемкостью.
  • Объясните, зачем инженерам необходимо знать о теплоемкости материалов при проектировании оборудования, конструкций и изделий.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering связано с одной или несколькими науками K-12,
технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) ,
проект D2L (www. achievementstandards.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика;
внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука
Ожидаемая производительность NGSS

5-ПС1-3.
Проводите наблюдения и измерения для идентификации материалов на основе их свойств.

(5 класс)

Согласны ли вы с таким раскладом?

Спасибо за ваш отзыв!

Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату

Это занятие сосредоточено на следующих аспектах трехмерного обучения NGSS:
Научная и инженерная практика Ключевые дисциплинарные идеи Концепции раскряжевки
Проводить наблюдения и измерения для получения данных, которые служат основой для объяснения явления.

Соглашение о согласовании:
Спасибо за ваш отзыв!

Для идентификации материалов можно использовать измерения различных свойств. (Граница: на этом уровне обучения масса и вес не различаются, и не предпринимается никаких попыток дать определение невидимым частицам или объяснить механизм испарения и конденсации на уровне атомов.)

Соглашение о согласовании:
Спасибо за ваш отзыв!

Стандартные единицы измерения используются для измерения и описания физических величин, таких как вес, время, температура и объем.

Соглашение о согласовании:
Спасибо за ваш отзыв!

Общие базовые государственные стандарты — математика
  • Нарисуйте график в масштабе и гистограмму в масштабе, чтобы представить набор данных с несколькими категориями. Решайте одно- и двухэтапные задачи «насколько больше» и «на сколько меньше», используя информацию, представленную в масштабированных гистограммах.
    (Оценка
    3)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом?

    Спасибо за ваш отзыв!

  • Представлять и интерпретировать данные.
    (Оценка
    4)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом?

    Спасибо за ваш отзыв!

  • Представляйте реальный мир и математические задачи, изображая точки в первом квадранте координатной плоскости и интерпретируя значения координат точек в контексте ситуации.
    (Оценка
    5)

    Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом?

    Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – технологии
ГОСТ

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Подписывайся

Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получать внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!

PS: Мы никому не передаем личную информацию и электронные письма.

Список материалов

Каждой группе нужно:

  • 2 термометра
  • 1 250–300 мл стакан или маленькая баночка
  • 1 контейнер для маленьких мензурок/банок (хорошо подойдут формы для выпечки или большие банки)
  • Сколько тепла он будет удерживать? Рабочий лист, по одному на учащегося

Для всего класса:

  • любой из следующих материалов, отдельный для каждой группы: песок, вода, измельченная бумага, измельченный пенополистирол, ткань или порошкообразные материалы, такие как Sakrete (бетон), гипс или мелко измельченный камень; разрешить учащимся также приносить из дома специальные материалы, одобренные учителем для тестирования
  • горячая вода (~85°C), достаточно для каждой группы, чтобы заполнить большие банки
  • вода со льдом, достаточно для каждой группы, чтобы заполнить большие банки
  • 2 большие мензурки, банки, тазы или другие емкости (для установки управления холодной и горячей водой)
  • Мерные стаканы (или банки с маркировкой уровня 200 мл)
  • малярная лента
  • маркеры

Рабочие листы и вложения

Сколько тепла он будет удерживать? Рабочий лист (pdf)

Посетите [www. teachengineering.org/activities/view/cub_energy2_lesson06_activity2], чтобы распечатать или загрузить.

Больше учебных программ, подобных этому

Высший элементарный урок

Что такое тепло?

Студенты узнают об определении тепла как формы энергии и о том, как оно существует в повседневной жизни. Они узнают о трех типах теплопередачи — теплопроводности, конвекции и излучении, а также о связи между теплом и изоляцией.

Что такое тепло?

Высший элементарный урок

Насколько жарко?

Студенты узнают о природе тепловой энергии, температуре и о том, как материалы хранят тепловую энергию. Они обсуждают разницу между проводимостью, конвекцией и излучением тепловой энергии и завершают деятельность, в которой исследуют разницу между температурой, тепловой энергией и …

Насколько жарко?

Высший элементарный урок

Пусть светит солнце!

Студенты узнают, как солнце можно использовать для получения энергии. Они узнают о пассивном солнечном отоплении, освещении и приготовлении пищи, а также о технологиях активной солнечной инженерии (таких как фотоэлектрические батареи и концентрирующие зеркала), которые генерируют электричество.

Пусть солнце сияет!

Введение/Мотивация

Сегодня речь идет о тепловой энергии или тепловой энергии. Вы когда-нибудь были на детской площадке в солнечный день и касались металла качелей? Каково это? Горячо? Да! Как насчет прогулки босиком в солнечный день? Вы когда-нибудь шли по тротуару, и вам приходилось прыгать на траву, потому что тротуар был слишком горячим для ваших ног? Как вы думаете, трава и тротуар на самом деле имеют разную температуру, даже если снаружи одинаковая температура? Наверное, это вовсе не разные температуры!

Разным объектам требуется разное количество тепла , чтобы нагреть одно и то же количество материала до одинаковой температуры. Вы можете заметить это в жаркий летний день, когда земля достаточно прохладная, чтобы по ней можно было ходить, но дорога и тротуар очень горячие, или металлическая скамейка намного горячее, чем деревянная. Металлическая скамья требует меньше тепла, чтобы нагреться, чем деревянная. Когда мы измеряем это свойство, величина называется теплоемкостью материала. Когда объект поглощает тепло, тепловая энергия распространяется между атомами и молекулами материала. Энергия заставляет молекулы колебаться вперед и назад. Если вибрации становятся быстрее, мы измеряем это как повышение температуры. Каждый материал имеет разную теплоемкость.

Еще один способ объяснить теплоемкость материалов состоит в том, чтобы думать о ней как об измерении запасенной тепловой энергии, точно так же, как температура является измерением выделяемой тепловой энергии. Теплоемкость — это количество тепловой энергии, которое материал накапливает, а температура — это количество тепловой энергии, которое материал отдает. Сегодня мы рассмотрим теплоемкость некоторых различных материалов.

Инженеры используют свои знания о тепловых свойствах материи для проектирования всего, от двигателей до спутников и домов. Инженеры используют теплоемкость материала, чтобы определить его пригодность для различных применений. Материал с низкой теплоемкостью (например, металлы) имеет большее повышение температуры из-за поглощения того же количества тепла, что и материал с высокой теплоемкостью (например, вода). Вот почему материалы с высокой теплоемкостью, такие как вода, используются для хранения тепловой энергии. Другие материалы с высокой теплоемкостью, такие как кирпичные или бетонные стены, важны для инженеров, проектирующих дома, в которых они хотят сохранять тепло в холодном климате. Инженеры учитывают теплоемкость при работе с любым материалом. Например, подумайте обо всех устройствах и приборах в вашем доме. Если проводка вашего компьютера, лампы или фена сильно нагреется, они могут загореться и перестать работать.

Процедура

Перед занятием

  • Рассчитайте количество каждого материала, которое вам понадобится, чтобы обеспечить каждую группу учащихся примерно 4/5 стакана (200 мл) одного из материалов.
  • Соберите материалы и сделайте копии книги Сколько тепла она будет удерживать? Рабочий лист.
  • Подготовьте станции для каждого тестового материала: контейнер с материалом, термометры, банки, мерные стаканы или банки с отмеченным уровнем 200 мл и ведро (или другой контейнер для использованных материалов).
  • Приготовьте достаточное количество льда и горячей воды для занятия. Подождите, пока прямо перед началом занятия налейте горячую воду в одно ведро.
  • Положите лед и воду из-под крана в другое ведро для второй половины задания.
  • В качестве контроля учитель измеряет температуру горячей и ледяной воды в течение 10 минут. Эти данные могут быть использованы для сравнения в конце занятия, при обсуждении тепловых потерь температуры воды в комнатный воздух.
  • Учащиеся оценивают следующие переменные: 1) тип(ы) материалов, которые они тестируют, и 2) температуру воды (испытание в горячей или холодной воде или в обеих).

Со студентами

  1. Разделите класс на студенческие команды по три-четыре человека в каждой.
  2. Назначить команду «Работа». В каждой команде один учащийся отвечает за считывание температуры на термометре в материале, другой – за считывание температуры в воде, а третий – за самописец. Если у вас есть группы из четырех человек, попросите четвертого ученика следить за временем между измерениями.
  3. Попросите учащихся спрогнозировать, какой материал будет иметь наибольшую теплоемкость (лучше всего сохранять тепловую энергию), и запишите это в своих рабочих листах.
  4. Пусть каждая команда отправится на соответствующую станцию ​​и просмотрит свои материалы. Попросите их отмерить 200 мл назначенного им материала, используя мерную чашку или банку с отмеченным уровнем 200 мл.
  5. Попросите учащегося налить горячую воду в свою емкость (большую банку) и поместить в емкость термометр. Предложите учащимся протестировать порошкообразный материал, песок или грязь, наполовину наполнить химический стакан (маленькую банку), поместить термометр в материал, а затем закончить заполнение своих контейнеров. Материал должен покрывать колбу или дно термометра.
  6. С помощью малярной ленты пометьте каждый контейнер.
  7. Измерьте и запишите начальные температуры материалов и воды. Напомните регистраторам документировать начальные температуры в своих рабочих листах.
  8. Поместите мензурки/банки с материалом в большую емкость с горячей водой.
  9. Предложите учащимся измерять и записывать температуру материала и водяной бани каждую минуту в течение 10 минут (пример таблицы данных см. в Таблице 1). Запишите начальную температуру 200-миллилитрового стакана с водой, песком, бумагой и т. д., а также температуру горячей водяной бани в «0» минут. Запишите показания температуры каждого из термометров через каждые 1 (или 2) минуты в таблицу. Каждую 1 (или 2) минуту записывайте показания температуры каждого из термометров в таблицу данных.

Таблица 1. Пример таблицы показаний температуры различных материалов в ледяной бане.

авторское право

авторское право © Программа ITL, 2005 г., Инженерный колледж, Колорадский университет в Боулдере

  1. Попросите каждого члена команды вылить содержимое своего стакана/банки в контейнеры для отходов на соответствующей станции.
  2. Повторите все действия, используя ледяную воду вместо горячей.
  3. После того, как все измерения будут сделаны, попросите учеников построить гистограмму, показывающую их материал и самую высокую или самую низкую температуру, которую он достиг.
  4. Завершить обсуждение в классе:
    • Сравните результаты испытаний различных материалов. Сравните графики. Какие материалы обладают наибольшей теплоемкостью (наиболее долго сохраняют тепло)?
    • Также сравните прибавку (потери) температуры с измерениями учителем горячей воды и воды со льдом, взятых в качестве контрольных. Обсудите потерю (и получение) тепла водой с воздухом в комнате (и из него).
    • Попросите учащихся прокомментировать свои первоначальные предположения, записанные в рабочих листах. Чему они научились? Попросите их объяснить, как они понимают, какие материалы обладают высокой теплоемкостью, а какие — низкой.
    • Как инженеры использовали бы то, что сегодня узнали студенты? Какой из измеренных классом материалов выбрали бы инженеры для утепления дома зимой? Разработать хороший контейнер для хранения супа? Для дизайна продукта, который вы хотите быстро нагреть?

Словарь/Определения

тепло: форма энергии, связанная с движением атомов или молекул и способная передаваться через твердые и жидкие среды путем теплопроводности, через жидкие среды посредством конвекции и через пустое пространство посредством излучения.

теплоемкость: Количество тепла, необходимое для повышения температуры одного моля или одного грамма вещества на один градус Цельсия без фазового перехода (из твердого в жидкое, из жидкого в газообразное и т. д.).

тепловая энергия: Энергия объекта из-за движения его частиц. Также называется тепловой энергией.

термометр: Прибор для измерения температуры, особенно имеющий градуированную стеклянную трубку с колбой, содержащую жидкость (обычно ртуть или подкрашенный спирт), которая расширяется и поднимается в трубке по мере повышения температуры.

Оценка

Предварительная оценка

Предсказание: Предложите учащимся предсказать, какой материал лучше всего аккумулирует тепловую энергию (или удержит тепло дольше всех), и запишите свои предположения в рабочих листах.

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист: Предложите учащимся следить за выполнением задания и записывать измерения в разделе «Сколько тепла он будет удерживать?». Рабочий лист. После того, как учащиеся заполнили свой рабочий лист, попросите их сравнить ответы со своими сверстниками. Просмотрите их ответы, чтобы оценить их мастерство в предмете.

График: Предложите учащимся построить график зависимости времени от температуры для конкретного материала на своем рабочем листе.

Оценка после деятельности

Заключительное обсуждение: Учитель должен измерить температуру горячей воды и воды со льдом в течение 10 минут в качестве контроля. Это можно использовать в качестве сравнения в конце обсуждения тепловых потерь температуры воды в воздух в помещении.

Анализ прогнозов: Предложите учащимся сравнить свои первоначальные прогнозы с результатами тестов, записанными в рабочих листах. Попросите учащихся объяснить, как они понимают, какие материалы обладают высокой теплоемкостью, а какие — низкой.

Инженерный анализ: Предложите учащимся сравнить свои графики с графиками других команд и определить, какой материал обладает наибольшей теплоемкостью (наиболее долго сохраняет тепло). Какой из измеренных классом материалов выбрал бы инженер для утепления дома зимой? (Ответ: те, которые обладают высокой теплоемкостью.) Какой из материалов инженер использовал бы, чтобы спроектировать хороший контейнер для хранения продуктов для супа? (Ответ: с высокой емкостью накопления тепловой энергии.) Какой из материалов инженер использовал бы для проектирования продукта, который нужно быстро нагреть? (Ответ: Что-то с низкой теплоемкостью.)

Советы по устранению неполадок

Предупредите учащихся, что сначала нужно насыпать плотные материалы, такие как песок, порошкообразный бетон или грязь, в контейнер, поместить термометр в контейнер, а затем продолжить его заполнение.

Ученики не должны втыкать термометр в плотный материал, так как термометр может сломаться.

Некоторые материалы, такие как песок (после использования), необходимо собирать в отдельный контейнер, пока они не вернутся к комнатной температуре, поскольку в результате эксперимента они могут быть некоторое время холодными или теплыми. Плотные материалы медленно набирают и отдают тепло. Чтобы получить правильное количество материалов, учащиеся могут оценить 200 мл песка или других материалов в 250-миллилитровом стакане.

Получите горячую воду из-под крана (около 85 °C) или учитель может нагреть большую емкость с водой (85 °C) и раздать воду ученикам.

Расширения деятельности

Если время, попросите учащихся либо записать количество минут, которое потребовалось каждому материалу, чтобы снизить температуру на два градуса после нагревания, либо записать, сколько времени потребовалось каждому материалу, чтобы нагреться на два градуса после охлаждения.

Предложите учащимся снова выполнить задание, принося из дома другие необычные материалы. Создайте список классов, ранжируя теплоемкость различных материалов от наибольшей к наименьшей.

Предложите учащимся сделать термос, используя маленькую банку внутри большой банки и используя один из материалов этого задания в качестве буфера вокруг маленькой банки. Предложите учащимся налить в термос горячую или ледяную воду и через равные промежутки времени измерить температуру, чтобы проверить, насколько эффективен термос.

Масштабирование активности

Для продвинутых учащихся создайте комбинированную диаграмму класса со всеми данными для каждого тестового материала. Предложите учащимся построить линейный график, показывающий изменение температуры каждого материала при помещении в горячую ванну и при помещении в ванну с ледяной водой. Какой из них имел наибольшую теплоемкость (наиболее долго сохранял тепло)?

использованная литература

Тестирование теплоаккумулирующих материалов План урока . Планы уроков по возобновляемым источникам энергии, Infinite Power, Управление энергосбережения штата Техас. По состоянию на 5 октября 2005 г. (Источник активности) http://www.infinitepower.org/lessonplans.htm

Авторские права

© 2005 Регенты Колорадского университета

Авторы

Сэйбер Дюрен; Джефф Линг; Малинда Шефер Зарске; Дениз В.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *