Применение физических и химических свойств газообразных алканов в двигателях внутреннего сгорания с применением информационных технологий

Министерство образования Самарской области

Государственное автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Самарский техникум городского хозяйства

и строительных технологий им. П. Мачнева

Методическая разработка

мастер-класс

Тема: «Применение физических и химических свойств газообразных алканов в двигателях внутреннего сгорания с применением информационных технологий»

Преподаватели:

Смирнова Т.Е.- преподаватель химии

Кубасова Н.А.- преподаватель информатики

Тема урока: «Применение физических и химических свойств газообразных алканов в двигателях внутреннего сгорания с применением информационных технологий»

Форма проведения урока: Интегрированный (химия, информатика).

Методы: проблемно-поисковые, интерактивные.

Тип урока: комбинированный

Цели урока:

Образовательная

Рассмотреть практическое применение химических и физических свойств алканов в двигателях внутреннего сгорания;

Закрепить знания общих принципов работы табличного процессора и умения использовать таблицы при решении задач по химии и физики;

Приобрести навыки в создании диаграмм различного типа;

Формировать представления о вычислениях в ЭТ как наиболее важных в изучении информатики и ИКТ, широко применяемых на других уроках.

Развивающая

Формирование научно-теоретического и логического мышления;

Умение использовать полученные знания для решения практических задач из разных предметных областей;

Развитие навыков индивидуальной и групповой исследовательской работы;

Умение сравнивать и обобщать (при выполнении исследовательской работы).

Воспитательная

Повышение интереса к учению за счёт интеграции учебных дисциплин;

Осознанное усвоение материала;

Воспитание экологической культуры;

Расширение кругозора.

Методическая цель:

Показать на примере урока применение различных видов контроля знаний учащихся: тестирование, фронтальный опрос, решение графической задачи с применением мультимедийных технологий, а также продемонстрировать формирование активности личности учащегося в результате применения некоторых элементов интерактивных технологий:

а) работа в малых группах;
б) ролевая игра (работа в исследовательской лаборатории).

Межпредметные связи:

химия, информатика, физика, устройство автомобилей, информатика и ИКТ, экология.
Прикладное программное обеспечение и оборудование:

Табличный процессор MS Excel.

Сопровождающая компьютерная презентация в программеPowerPoint.

Раздаточный дидактический материал на ПК;

а) тест созданный в среде Айрен;

б) кроссворд на ПК создан в MSExcel

Видеопроектор;

Экран.

Основные элементы структуры урока:

Организационная часть.

Определение и разъяснение целей занятия.

Установление связи с ранее изученным материалом.

Актуализация знаний учащихся:

фронтальный опрос с использованием видеопроектора;

компьютерное исследование с использованием табличного процессора MSExcel;

решение кроссворда;

Самостоятельная работа учащихся, оценка её результатов.

Подведение итогов.

Вступительное слово:

Сегодня мы проводим обобщающий урок по химии и информатике. Нам понадобятся знания полученные по физике, спецтехнологии, экологии и вы лишний раз убедитесь, что имеющиеся у вас знания имеют самое прямое отношение к вашей будущей профессии.

Преподаватель химии:

Прежде чем вы приступите к изучении новой темы, мы с вами повторим класс органических соединений «Алканы»

Фронтальный опрос:

Общая форма алканов? (CnH2n+2)

Гомологический ряд алканов? (название, формулы)

Какое агрегатное состояние будет у алканов до бутана? (газообразное)

Именно газообразные алканы, метан, пропан, бутан применяют в качестве газового топлива в двигателях внутреннего сгорания либо в сжатом, либо в сжиженном виде.

А теперь вспомним реакцию горения, ведь работа ДВС основана на реакции горения углеводородов.

Какой газ потребляется при горении? (О2)?

Какой газ выделяется при горении? (СО2)?

Т .е. в общем виде реакция горения будет выглядеть следующим образом.

Преподаватель информатики:

Мы с вами повторим пройденный материал «MSExcel: основы работы»

Тест по химии и информатике на компьютере

Указать алкан в молекуле которого 10 атомов водорода:

А) Пропан;

Б) Этан;

В) Бутан;

Г) Пентан.

В электронной таблице имя ячейки образуется:

А) из имени столбца;

Б) из имени строки;

В) из имени столбца и строки;

Г) произвольно.

Общая формула алканов:

А) СnH₂n;

Б) СnH₂n_-2;

В) СnH2n+2.

Активная ячейка – это ячейка:

А) Для записи команд;

Б) Содержащая формулу, включающую в себя имя ячейки, в которой выполняется ввод данных;

В) Формула в которой содержит ссылки на содержимое зависимой ячейки;

Г) В которой выполняется ввод данных.

Указать какой газ выделяется при горении:

А) оксид азота;

Б) оксид серы;

В) Кислород;

Г) Углекислый газ.

6. В ЭТ формула не может включить в себя:

А) числа;

Б) имена ячеек;

В) текст;

Г) знаки арифметических операций.

7. Указать алкан в молекуле которого 1 атом углерода?

А) этан;

Б) метан;

В) пропан;

Г) бутан.

8. В ЭТ нельзя удалить?

А) столбец;

Б) строку;

В) имя ячейки;

Г) содержимое ячейки.

9. Выберите алканы, которые при н.у. будут иметь газообразное состояние:

А) пропан;

Б) пентан;

В) гексан;

Г) бутан.

10. основным элементом ЭТ является:

А) ячейка;

Б) строка;

В) столбец;

Г) таблица.

11. Указать газ, который потребляется при горении:

А) азот;

Б) кислород;

В) водород;

Г) углекислый газ.

12. Электронная таблица – это:

А) прикладная программа для обработки кодовых таблиц;

Б) устройство персонального компьютера, управляющее его ресурсами;

В) прикладная программа, предназначенная для обработки структурированных в виде таблицы данных;

Г) системная программа, управляющая ресурсами персонального компьютера при обработке таблиц.

13. Какие три макропараметра связывают уровни идеального газа:

А) объём, давление и температура;

Б) масса, объём, давление;

В) объём, масса, температура;

Г) масса, давление, температура.

14. Легенда в диаграмме:

А) условное обозначение;

Б) может размещаться только справа;

В) может размещаться в любом месте диаграммы;

Г) необязательна (при использовании одного цвета).

15. Какой изопроцесс протекает при постоянной температуре:

А) изобарный;

Б) изохорный;

В) изотермический;

Г) адиабатный.

16. Строки электронной таблицы:

А) именуются пользователями произвольным образом;

Б) обозначаются буквами русского алфавита;

В) обозначаются буквами латинского алфавита;

Г) нумеруются.

17. Чему равна малярная газовая постоянная?

А) 273;

Б) 8,31;

В) 6,02*10²³;

Г) 1,6*10^-19.

18. График функции можно создать в Excel при помощи:

А) строки формул;

Б) Мастера Функций;

В) Мастера шаблонов;

Г) Мастера Диаграмм.

19. Какие параметры связывают закон Бойля-Мариотта.

А)P; V;

Б)P; T;

В)V; T.

20. Форма графического представления числовых значений, позволяющая облегчить восприятие и интерпретацию числовых данных, называется:

А) чертежом;

Б) картой;

В) блок-схемой;

Г) диаграммой.

В конце выполненного задания, программа выставляет

Общий итог в %;

Оценка;

Предложено вопросов: (количество)

Набрано баллов: (например 5 из 6)

Преподаватель химии:

Урок у нас будет проходить в виде деловой игры. Условия игры следующие: имеется Центральная лаборатория – химико-физических исследований им. А.А. Петрова. Вы будете представлять её филиал, занимающихся исследованием выбросов ОГ в ДВС. К вам обращается представитель автопредприятия и просит провести исследование. А вот какое именно исследование это нам скажет представитель автопредприятия.

Представитель автопредприятия:

На автопредприятии я работаю менеджером по экологическим вопросам, прежде чем я озвучу суть заказа, позвольте представить вам небольшую презентацию.

«Автомобиль не роскошь, а средство передвижения» как сказал герой Ильфа и Петрова.

Автомобиль позволяет человеку быть мобильным и с комфортом передвигаться с большой скоростью и на большие расстояния с одной стороны является благом технического прогресса.

Но с другой стороны автомобиль негативно воздействует на окружающую среду и здоровье человека, так как является основным поставщиком в атмосферу токсичных веществ, таких как оксид углерода, оксид азота, серы и других веществ. Ученые обнаружили уже более 200 компонентов в ОТ; ДВС и только 5 из них не токсичны.

В крупных городах 60% загрязнения атмосферы приходится на автотранспорт. Люди страдают от участившихся случаев кашля, приступов астмы, острых хронических бронхитов, а так же заболевания сердца, страдают животные, растения, разрушаются постройки.

Наше автопредприятие хочет перевести весь автомобильный парк на газовое топливо. Газовое топливо более дешевое и с экологической точки зрения более чистое т.к. не содержит примесей в отличие от жидкого топлива и при работе ДВС в основном выделяется окись углерода. Один легковой автомобиль поглощает из атмосферы 4 тонны кислорода, столь необходимый для всего живого на земле и выделяется 800 кг окиси углерода, а если умножить эти цифры на 400 млн. единиц мирового парка. Поэтому сегодня во всех мировых автосалонах углекислый газ выделяющийся при работе ДВС считают чуть ни на граммы.

И мы обращаемся в ваш научный центр с заказом, чтобы вы выяснили:

Какое газовое топливо будет меньше выделять углекислый газ и меньше потреблять кислород при работе ДВС, что нам лучше использовать в качестве топлива: сжатый метан или пропано-бутановую смесь.

При каких условиях лучше хранить и перевозить газовое топливо.

Студенты выполняют работу, используя инструкционные карты.

Инструкционная карта

Цель работы:

Выяснить сколько молей углекислого газа выделяется при сжигании 1 моля метана (CH₄); 1 моля этана (C₂H₆); 1 моля пропана (C₃H₈); 1 моля бутана (C₄H₁₀);

Научиться создавать таблицы в табличном процессореMicrosoftExcel;

Научиться создавать диаграммы в табличном процессоре MicrosoftExcel.

Оборудование:компьютеры, принтер, проектор, экран, необходимое программное обеспечение (IBMPC - компьютеры с установленной операционной системой WindowsXP и выходом в Internet).

Содержание и последовательность выполнения задания

Порядок выполнения работы:

На рабочем столе находится папка «Химия», откройте папку.

В папке находится файл Задание, откройте файл.

Первая группа открывает (лист 1).

На листе 1 даны реакции горения, расставьте коэффициенты и внесите данные в таблицу.

С помощью таблицы Менделеева (которая находится в папке «Химия»), рассчитать малярную массу и полученные данные внести в таблицу.

ВыделитеСтолбец А и Б со строкой заголовка.

В меню Вставкавыберите команду Диаграмма. Или выберите кнопку Мастер Диаграмм.

В первом окне Мастера Диаграмм выберите тип диаграммы – гистограмма (обычная гистограмма отображает значения различных категорий). Далее (2 раза).

Заголовки – Название диаграммы «Количество СО₂, выделяющееся при сгорании 1 моля углеводорода» Готово.

Вывод:

Инструкционная карта

Цель работы:

Выяснить сколько молей кислорода требуется для сжигания 1 моля метана (CH₄); 1 моля этана (C₂H₆); 1 моля пропана (C₃H₈); 1 моля бутана (C₄H₁₀);

Научиться создавать таблицы в табличном процессореMicrosoftExcel;

Научиться создавать диаграммы в табличном процессоре MicrosoftExcel.

Оборудование:компьютеры, принтер, проектор, экран, необходимое программное обеспечение (IBMPC - компьютеры с установленной операционной системой WindowsXP и выходом в Internet).

Содержание и последовательность выполнения задания

Порядок выполнения работы:

На рабочем столе находится папка «Химия», откройте папку.

В папке находится файл Задание, откройте файл.

Вторая группа открывает (лист 2).

На листе 2 даны реакции горения, расставьте коэффициенты и внесите данные в таблицу.

С помощью таблицы Менделеева (которая находится в папке «Химия»), рассчитать малярную массу и полученные данные внести в таблицу.

ВыделитеСтолбец А и Б со строкой заголовка.

В меню Вставка выберите команду Диаграмма. Или выберите кнопку Мастер Диаграмм.

В первом окне Мастера Диаграмм выберите тип диаграммы – гистограмма (обычная гистограмма отображает значения различных категорий) и нажимаем). Далее (2 раза).

Заголовки – Название диаграммы «Количество О₂, требующееся для сгорания 1 моля углеводорода» Готово.

Вывод:

Инструкционная карта

Цель работы:

Выяснить функциональную зависимость давления от объёма.

Научиться создавать таблицы в табличном процессореMicrosoftExcel;

Научиться создавать диаграммы в табличном процессоре MicrosoftExcel.

Оборудование:компьютеры, принтер, проектор, экран, необходимое программное обеспечение (IBMPC - компьютеры с установленной операционной системой WindowsXP и выходом в Internet).

Содержание

Вычислить давление используя уравнение Менделеева - Клайперона на основании данных, указанных в таблице полученные результаты занести в таблицу, постройте диаграмму.

Содержание и последовательность выполнения задания

Порядок выполнения работы:

На рабочем столе находится папка «Физика», откройте папку.

В папке находится файл Задание, откройте файл.

Первая группа открывает (лист 1).

На листе 1 дана таблица, в неё нужно внести данные (R,T,ﬠ- постоянные).

Рассчитайте давление по формуле.

Выделите столбец A и B.

В меню Вставка выберите команду Диаграмма. Или выберите кнопку Мастер Диаграмм.

1 шаг. В Мастере Диаграмм выберите тип диаграммы – точечная (точечная диаграмма со значениями, соединенными сглаживающими линиями). Нажимаем далее.

2 шаг. Пропускаем его и нажимаем далее.

3 шаг. Даем название диаграмме « График зависимости давления от объема» и название оси X «V» и оси Y «P», нажимаем готово.

Вывод:

Инструкционная карта

Цель работы:

Выяснить функциональную зависимость объёма от давления.

Научиться создавать таблицы в табличном процессореMicrosoftExcel;

Научиться создавать диаграммы в табличном процессоре MicrosoftExcel.

Оборудование:компьютеры, принтер, проектор, экран, необходимое программное обеспечение (IBMPC - компьютеры с установленной операционной системой WindowsXP и выходом в Internet).

Содержание

Вычислить объём используя уравнение Менделеева - Клайперона на основании данных, указанных в таблице полученные результаты занести в таблицу, постройте диаграмму.

Содержание и последовательность выполнения задания

Порядок выполнения работы:

На рабочем столе находится папка «Физика», откройте папку.

В папке находится файл Задание, откройте файл.

Вторая группа открывает (лист 2).

На листе 2 дана таблица, в неё нужно внести данные (R,T,ﬠ- постоянные).

Рассчитайте объем по формуле.

Выделите столбец A и B.

В меню Вставка выберите команду Диаграмма. Или выберите кнопку Мастер Диаграмм.

1 шаг. В Мастере Диаграмм выберите тип диаграммы – точечная (точечная диаграмма со значениями, соединенными сглаживающими линиями). Нажимаем далее.

2 шаг. Пропускаем его и нажимаем далее.

3 шаг. Даем название диаграмме «График зависимости объем от давления» и название оси X «P» и оси Y «V», нажимаем готово.

Вывод:

Задание группы химиков № 1.

Задание группы химиков № 2.

Ответ на задание № 1:

Ответ на задание № 2:

Каждая команда после выполнения задания делает вывод и зачитывает его.

Вывод 1 группы: Мы исследовали количество СO₂ выделяющегося при сгорании 1 моля углеводорода, углекислый газ считается загрязняющим веществом окружающей среды. Расставить в уравнениях реакций коэффициенты мы получили следующие данные: при сгорании 1 моля CH₄образуется 1 мольСO₂,при сгорании 1 моля C₂H₆образуется 2 мольСO₂,при сгорании 1 моль C₃H₈образуется 3 моль СO₂,при сгорании 1 моль C₄H₁₀образуется 4 моль СO₂.Таким образом при сгорании метан будет в 3,5 раза меньше выделяться СO₂,и метан будет являться более экологичным топливом, меньше загрязнять окружающую среду.

Рассчитав относительные молекулярные массы углеводородов, мы так же пришли к следующему выводу, чем выше относительная молекулярная масса углеводорода, тем больше СO₂образуется при его сжигании.

Вывод 2 группы: Мы исследовали количество О₂ требующееся для сгорания 1 моля углеводорода, ведь кислород важнейшая составная атмосферы, при необходимом для всего живого на земле. Расставить в уравнениях реакций коэффициенты мы пришли к следующим результатам для сгорания 1 моля CH₄требуется 2 моля О₂, для сгорания 1 моля C₂H₆ требуется 3,5 моля О_2,для сгорания 1 моля пропана требуется 5 молейО₂ а для сгорания 1 моля C₄H₁₀требуется 6,5 молейО₂,такимобразом длясгоранияCH₄требуется меньше всего кислорода атмосферы и метан будет являться более экологичным топливом.

Мы, так же рассчитали относительные молекулярные массы углеводородов и вывели следующую закономерность:

При увеличении относительной молекулярной массы углеводородов количество О_2, требующееся для сгорания углеводорода увеличивается.

PV=עRTP=עRT / V

R= 8,31дЖ/мольК

T= 273 К1л = 10^-3м³

PV=עRTV=עRT / P

R= 8,31дЖ/мольК

T= 273 К1л = 10^-3м³

Ответ на задание № 1.

R= 8,31дЖ/мольК

T= 273 К1л = 10^-3м³

Вывод:Используя уравнение Менделеева-Клайперона, мы вывели зависимость давления от объёма. При увеличении объема, давление уменьшается.

Ответ на задание № 2.

R= 8,31дЖ/мольК

T= 273 К1л = 10^-3м³

Вывод: Используя уравнение Менделеева-Клайперона, мы вывели зависимость объёма от давления. При увеличении давления, объем уменьшается.

Вывод:

При постоянной температуре давление и объём связаны обратно пропорциональной зависимостью.

График представляет собой гиперболу.

Увеличивая давление газа, можно считать его до необходимого объёма. Это даёт возможности для его транспортировки и применения.

С помощью графика можно выбрать оптимальный вариант соотношения давления и объёма.

Центральная лаборатория химико-физических исследований

им. А.А. Петрова

(«ЦЛХФИ им. А.А. Петрова)

Филиал ФГУП НИЦ «Лаборатория»

Утверждаю:

Директор лаборатории

________ В.В. Сидоров

«»20___ г.

ЭКСПЕРТНОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вывод лаборатории химии:

Газовое горючее на основе метана будет более экологичным, т.к. при сгорании метана будет в 5,5 раза меньше потребляться кислорода атмосферы, и в 3,5 раза меньше выделяться в окружающую среду углекислого газа.

Вывод лаборатории физики:

Увеличивая давление газа, можно сжать его до необходимого объёма. Это даёт возможности для его транспортировки и применения.

С помощью графика можно выбрать оптимальный вариант соотношения давления и объёма.

Отв. исполнитель________ /______________

исследовательской группы:________ /______________

Оценочный лист

открытого урока по теме: «Исследование физических и химических свойств газообразных алканов в ДВС (двигатель внутреннего сгорания)».

Преподаватели:

Смирнова Т.Е.- преподаватель химии

Кубасова Н.А.- преподаватель информатики

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/102600-primenenie-fizicheskih-i-himicheskih-svojstv-