Тема урока: Топливо. Виды топлива.

Тема урока: Топливо. Виды топлива.
Цель урока: изучить новую тему «Топливо. Виды топлива»,
познакомить учащихся с видами топлива и изучить их свойства; подготовить
проект по данной теме используя ИКТ.
Оборудование: мультимедийный проектор, ноутбук, экран.
Ход урока:
1.Организационный момент.
2.Изучение темы.
Уголь и нефть – важные виды топлива, из-за них возникают войны и
сменяются режимы (вспомним, например, события в Ираке). Нефть мощный стимул развития технической мысли.
Когда нам нужно получить некоторое количество теплоты чтобы
вскипятить воду, приготовить еду в походе, протопить дом или поехать на
автомобиле, мы используем газ, дерево, уголь, бензин. Все это - самые
распространенные виды топлива.
А приходилось ли вам задумываться, что такое топливо? Что именно
вы хотели бы узнать о топливе? Что такое топливо? Какие виды топлива
бывают? Чем отличаются одни виды топлива от других? Какие требования
нужно предъявить к топливу?
На первый взгляд, кажется, что в качестве топлива можно использовать
любое горючее вещество. Их очень много, например: твердые – уголь, сера,
фосфор, некоторые металлы; жидкие – нефть, бензин, спирт, ацетон;
газообразные – водород, метан, пропан, ацетилен. Все они при сгорании
выделяют тепло. Казалось бы, это все, что требуется от топлива. Но есть еще
другие важные качества, которые горючее вещество делают именно
топливом.
При горении топлива выделяется тепло, образуются продукты
сгорания. Нефть, сгорая, выделяет особенно много копоти и сажи, а это
естественно плохо влияет на окружающую среду.
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 можно из всех горючих веществ выбрать те, продукты сгорания
которых наносят как можно меньше вреда человеку и окружающей среде.
Такое топливо – экологически чистое. К сожалению, этому требованию в
наибольшей мере удовлетворяет только водород.
Вид топлива
Состав по массе, %
C
H
S
N
Торф
Дрова
Бурый уголь
Каменный уголь
24,7
30,3
43,7
55,2
2,6
3,6
3,0
3,8
0,1
0,2
3,2
1,1
0,4
0,6
1,0
Природный
(метан)
Мазут
Бензин
газ 74,0 25,0
-
1
83,0 10,4 2,8
85,0 14,9 0,05
-
В таблице приведены сведения о химическом составе некоторых видов
топлива. Все виды топлива содержат углерод и водород. Процент
содержания в топливе углерода и водорода выше, чем других элементов.
Из курса химии вам известно, что при полном окислении углерода
образуется углекислый газ, а при окислении водорода – водяной пар.
C + O2 = CO2 + Q;
2H2+O2=2H2O.
Эти продукты сгорания безвредны для человека.
А вот содержание серы и азота в составе топлива приводит к
образованию оксидов, вредных для человека и животных. Даже специально
очищенные виды топлива при сгорании выделяют определенное количество
вредных веществ. Поэтому сегодня предъявляются строгие требования к
топливу: при его использовании должно выделяться как можно вредных
продуктов сгорания. Кроме того, предусматриваются специальные меры по
улавливанию вредных веществ фильтрами. Итак, что такое топливо? Какие
горючие вещества могут быть топливом?
Топливо – это горючее топливо, дающее тепло, являющееся
источником энергии. Топливо может быть горючее вещество, продукты
сгорания которого безвредны.
Но главное предназначение топлива – давать тепло! Значит, чем
больше выделяется тепла при его сгорании, тем лучше.
Сравнивать количество теплоты, выделяющиеся при сгорании разных
видов топлива, можно только при условии, что сгорели одинаковые массы.
Разные виды топлива массой 1 кг при полном сгорании выделяют
разное количество теплоты.
Количество
12,3 МДж тепла
1 кг дерева
теплоты,
выделяющееся при полном сгорании 1
15,7 МДж тепла
1 кг бурого угля
кг
топлива,
называется
теплотой
сгорания топлива. Теплота сгорания
44 МДж тепла
1 кг бензина
обозначается латинской буквой q и
измеряется в джоулях на килограмм.
В
1 кг природного
газа
45,6 МДж тепла
таблице
дана
теплота
сгорания
основных видов топлива. Наибольшая
теплота сгорания – у водорода, 119,7
1 кг водорода
119,7 МДж тепла
Дж/ кг.
Теплота сгорания природного газа равна
45,6 МДж/кг. Это число означает, что при полном сгорании 1 кг газа
выделяется количество теплоты 45,6 МДж.
При полном сгорании 1 кг водорода выделяется количество теплоты
119,7МДж, что примерно в 10 раз больше, чем при сгорании 1 кг дров (12,3
МДж).
3.Закрепление.
Сопоставьте сведения о составе и теплоте сгорания топлива разных
видов. Выскажите предположения о том, какие химические элементы в
составе топлива определяют преимущественно величину теплоты сгорания.
Анализируя таблицы, мы видим, что количество теплоты сгорания
топлива определяется преимущественно содержанием углерода и водорода в
его составе. Например, природный газ содержит 74,0% углерода и25,0%
водорода. Теплота его сгорания больше, чем у дров и угля.
Какого топлива – дерева или бензина – потребуется меньше, чтобы
получить необходимое количество теплоты? Почему?
Сравнивая теплоту сгорания дерева, 12,3 МДж/ кг, и бензина, 44 МДж/
кг, мы видим, что для получения необходимого количества теплоты меньше
потребуется бензина.
А как рассчитать количество теплоты, которое выделится при сгорании
не 1 кг, а m кг топлива?
Чтобы рассчитать количество теплоты, выделяющееся при полном
сгорании m кг топлива, нужно теплоту сгорания умножить на массу
сгоревшего топлива: Q=qm.
А какие еще требования предъявляются к топливу?
Небольшая температура воспламенения – важное требование к
веществу, которое будет использоваться как топливо. Топливом могут стать
широко распространенные, сравнительно простые в добыче и удобные для
транспортировки вещества.
сформулируйте основные требования, предъявляемые к топливу:
- большая теплота сгорания;
- отсутствие вредных продуктов сгорания;
- низкая температура воспламенения;
- распространённость в природе;
- сравнительная простота добычи и транспортировки.
Большинство традиционных видов топлива (таких, как уголь, нефть,
торф) образовывались на протяжении целых геологических эпох из останков
растений и животных.
Это чаще всего невозобновляемые ресурсы
нашей планеты. Вот
почему сегодня учёные заняты поисками альтернативных источников тепла и
созданием энергосберегающих технологий. В связи с этим каждый
нагреватель,
тепловой
двигатель
или
даже
целая
электростанция
характеризуются особой величиной, называемой коэффициентом полезного
действия. Она показывает, какая часть количества теплоты, выделяющегося
при сгорании топлива, расходуется полезно. Коэффициент полезного
действия, сокращённо КПД, обозначается буквой греческого алфавита Ƞ.
Если, например, при сгорании топлива выделилось Qзатр, а на пользу
пошло только только Qпол, то Ƞ=Qпол/Qзатр 100%.
Известно, что температура пламени наибольшая в верхней его части.
Почему же, 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, т. е. сжечь в
единицу времени больше топлива.
4.Домашнее задание.
Сколько дров понадобится, чтобы истопить кирпичную русскую печь?
Масса печи 1.5 т, в процессе протапливания её температура менялась от 100
о
С до 700 оС, а КПД равен 25%. (ответ.26 кг.)
5.Итог урока. Выставление оценок