Министерство образования и науки Республики Казахстан Техническое и профессиональное образование

Министерство образования и науки Республики Казахстан
Техническое и профессиональное образование
Уральский колледж газа, нефти и отраслевых технологий
Открытый интегрированный урок
по дисциплинам «Прикладная информатика» и
«Природные и искусственные газы»
в группе МГ-122
специальности 1405000 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем
газоснабжения»
Тема урока: «Решение задач по дисциплине природные и искусственные газы с
помощью табличного процессора MS в Excel»
Подготовила: преподаватель информатики
Казмагамбетова Катима Гайисовна.
Уральск – 2014 г
«Решение задач по дисциплине природные и искусственные газы с помощью табличного
процессора MS в Excel»
Цели урока:
1.
Образовательные:
- закрепить знание газовых законов термодинамики для изопроцессов, определение объема и
упругости насыщенных паров жидких углеводородных смесей путем решения задач;
- сформировать у учащихся умение решать химические задачи, используя среду электронной
таблицы;
- закрепить умения и навыки учащихся: ввод и редактирование данных в таблицу, выполнение
расчетов, использование функции автозаполнения, построение графиков и диаграмм в
среде Excel.
2.
Развивающие:
-формирование критического и творческого мышления;
-формирование умения практически применять знания, умения и навыки в различных
ситуациях;
-развивать мыслительную деятельность учащихся.
3.
Воспитательные:
-формирование в сознании учащихся научной картины мира, самостоятельности и активности в
учебном процессе;
-использование информационных технологий с целью повышения интереса к изучению
информатики и химии.
4.
Оборудование:
-компьютеры
- программное обеспечение: табличный процессор Excel
- презентация в среде PowerPoint;
- опорный конспект к уроку для учащихся
5.
План урока:
1. Организационный момент
2. Актуализация знаний: Информатика и Химия
5. Моделирование решения физической задачи:
6. Анализ и обсуждение решения задачи
7. Нахождение решения задачи с помощью MS Excel
8. Построение с помощью MS Excel графиков и диаграмм, отражающих зависимости различных
величин
9. Анализ полученных результатов, графиков и диаграмм
10. Подведение итогов
11. Домашняя работа
Ход урока
Организационный момент.
Учитель химии:
Сегодня у нас не совсем обычный урок. Во-первых, в нем соединены два предмета –
прикладная информатика и природные и искусственные газы. Сегодня на уроке вы будете решать
задачи по химии и анализировать физические процессы, используя среду электронной таблицы.
Во-вторых, в рамках реализации проекта, который мы с вами выполняем, данный урок является
первым шагом, чтобы показать прикладное значение прикладной информатики при изучении
химии.
Учитель по прикладной информатике:
Эпиграфом к нашему уроку можно взять слова Аристотеля "Ум заключается не только в
знании, но и в умении прилагать знание на деле". Сегодня на уроке мы еще раз должны
подтвердить эти слова. Но прежде чем мы приступим к основной цели нашего урока -
составлению модели решения химических задач, немного повторим вопросы химии и прикладной
информатики.
Актуализация знаний:
Учитель химии:
Так как сейчас мы изучаем "Основы термодинамики", поэтому и задачи будут на применение
первого закона термодинамики.
Учитель информатики:
1. В чем заключаются возможности табличного процессора MS Excel?
Табличный процессор относится к программным средствам, позволяющим автоматизировать
табличные расчеты, создавать, редактировать и печатать ведомости.
2. Какого вида информацию можно вводить в ячейки таблицы?
Вычислительные возможности табличного процессора MS Excel позволяет создавать любые
документы, содержащие текстовые и числовые данные, рисунки, диаграммы.
3. Какие типы данных можно вводить в табличный процессор MS Excel?
Табличный процессор MS Excel поддерживает три типа данных: текстовые данные, числовые
константы, формулы.
4. Что такое формула? Как записывается формула в ячейку таблицы?
Формула представляет собой последовательность значений, ссылок на ячейки, имен, функций
или операндов и вычисляют новое значение на основе существующих. Формула всегда
начинается со знака равенства «=»
5. В чем отличие относительной и абсолютной адресации?
При перемещении или копирование формулы относительные ссылки автоматически обновляются
в зависимости от нового положения. Если при копирование формулы необходимо сохранить
ссылку на конкретную ячейку, то необходимо использовать абсолютную ссылку.
6. Диаграмм. Как построить диаграмму в табличный процессор MS Excel?
Excel позволяет улучшить наглядность представления данных с помощью различных диаграмм.
Для создания диаграмм используется МАСТЕР ДИАГРАММ, состоящий из четырех шагов.
7. Перечислите физические и тепловые свойства газов?
К физическим свойствам газа относятся –плотность, влажность, вязкость, молярная масса. К
тепловым свойствам газа относят – теплоемкость, теплопроводность, теплосодержание и теплота
сгорания?
8. Что такое влажность?
Влажностью называется содержание в газе водяного пара.
9. Что такое точка росы?
Температура при которой газ, находящийся под определенным давлением, насыщен до предела
водяными парами называется точкой росы?
10. Что понимают под низшей и высшей теплотой сгорания?
Низшей теплотой сгорания топлива называют количество теплоты, выделяющейся при полном
сгорания топлива при отсутствии конденсации водяных паров в продуктах сгорания
Высшей теплотой сгорания топлива называют количество теплоты, выделяющейся при полном
сгорания топлива при условии конденсации водяных паров в продуктах сгорания, образующихся
при горении.
11. Что такое горение топлива и почему теплотехнические расчеты производят по низшей
теплоте сгорания?
Горение - это химическая реакция соединения горючих компонентов топлива с кислородом с
выделением теплоты.
Потому что температура уходящих газов , отводимых из топливоиспользуемых установок,
превышают 1000С, следовательно конденсации водяного пара в продуктах сгорания не
происходит, поэтому теплотехнические расчеты выполняют на основе низшей теплоты сгорания
топлива.
Моделирование решения химических задач
Учитель информатики:
Так как вам нужно решить химические задачи с помощью Ms Excel, то я напомню вам этапы
решения задачи:
Этапы решения задачи:
1. Анализ условия, поиск общего решения задачи.
2. Решение задачи с помощью компьютера (MS Excel).
3. Анализ полученных результатов.
Задачи перед вами следующие:
Следующий шаг в составлении модели решения задачи - это решение задачи с помощью
компьютера. На рабочем столе находится файл Задачи по химии.xls, в котором записаны
необходимые данные для решения задачи. Необходимо правильно записать формулы для
вычисления вышеуказанных величин в соответствующих ячейках. Какой вид адресации мы буем
использовать? Почему?
Решение задач
Задача № 1
Определить упругость насыщенных паров при температурах 20 0С; 35 0С; 400С газовых смесей,
состоящих из 70 % пропана, 27 % нормального бутана и 3 % этана. Построить диаграмму
упругости паров данной смеси.
Решение:
По таблице находим
t =20 0С
рС3Н8=0,85 МПа
рС4Н10 =0,21 МПа
рС2Н6 = 3,8 МПа
0
t =35 С,
рС3Н8=1,26 МПа
рС4Н10 =0,34 МПа
рС2Н6 = 5,4 МПа
t = 400С
рС3Н8= 1,43 МПа
р С4Н10 =0,39 МПа
рС2Н6 = 5,9 МПа
Р1= ( 0,7х0,85+0,27х0,21+0,03х3,8) = 0,595+0,056+0,114=0,765 МПа
Р2= (0,7х1,26+0,27х0,34+0,03х5,4) =0,882+0,091+0,162=1,135 МПа
Р3=(0,7х1,43+0,27х0,39+0,03х5,9) =1+0,10+0,177=1,277 МПа
Задача № 2
а) Определить точку росы смеси пропана, изобутана и н-бутана при атмосферном давлении,
состоящей из 25% пропана, 55% н-бутана и 20% изобутана.
б) Определить точку росы смеси пропана, изобутана и н-бутана при атмосферном давлении,
состоящей из 45% пропана, 45% н-бутана и 10% изобутана.
в) Определить точку росы смеси пропана, изобутана и н-бутана при атмосферном давлении,
состоящей из 35% пропана, 55% н-бутана и 10% изобутана.
Задача № 3
Вычислить молекулярную массу бензола, зная, что масса 600 мл его паров при 87°С и давлении
83,2 кПа равна 1,3 г.
Решение. Выразив данные задачи в единицах СИ
(Р = 8,32.104 Па; V = 6 . 10-4 м3; т = 1,3.10-3 кг; Т = 360 К)
и подставив их в уравнение Клапейрона – Менделеева, находим:
PV 
mRT
M
3
,
отсюда
M
mRT
PV
3
M  18,,332101084 ,63110360
кг / моль  78г / моль .
 4  78  10
.
0,29.103
Задача № 4
Имеется смесь газов под давлением 2,94.103кПа. Молярная концентрация первого газа у1 = 0,4;
второго у2 = 0,2; третьего у3 =1,3 и четвертого
у4 = 0,1.Определить парциальное давление
этих компонентов в смеси.
Решение. Согласно закону Дальтону
pi  y i P ,
Закон гласит: в данном объеме газа при постоянной температуре полное давление смеси газов,
равняется сумме парциальных давлений ее компонентов:
тогда:
р1 = 0,4 . 2,94.103 =1,18.103 кПа
р2 = 0,2 . 2,94.103 =0,59.103 кПа
р3 = 0,3 . 2,94.103 =0,88.103 кПа
р4 = 0,1 . 2,94.103 =0,29.103 кПа
_______________________
. 3
Итого Рсм =1,18 10 + 0,59.103 + 0,88.103 + 0,29.103 =2,94.103кПа
Задача № 5
Определить плотность, теплоту сгорания, теоретический объем кислорода необходимый для
сгорания, объем и состав продуктов сгорания природного газа следующего состава: СН4 - 90,0%;
С2Н6 - 3,0%; С3Н8 - 2,6%; С4Н10 – 1,4%; СО2 – 1,0%; N2 - 2,0%.
Решение:
1.Плотность при нормальных условиях определяем по формуле:
ρ0 = 0,01 (ρ1 V1 + ρ2 V2+…….+ ρn Vn)
ρ0 = 0.01(0.717 СН4 + 1.35 С2Н6 + 2.00 С3Н8 + 2.703 С4Н10 + 1.25 N2 + 1.98 СО2) = 0.01(0.717 . 90.0
+ 1.35 . 3,0 + 2.00 . 2,6 + 2.703 . 1,4 + 1.25 . 2,0 + 1.98 . 1,0) = 0,82 кг/м3.
Ответ: ρ0 = 0,82 кг/м3.
2.Теплоту сгорания (низшую) определяем по формуле:
Qн = Σ Qi xi
Qн = 0.358 СН4 + 0.636 С2Н6 + 0.91 С3Н8 + 0.88 С4Н10 = 0,38 . 90,0 + 0,636 . 3,0 +0,91. 2,6 + 0,88 .
1,4 = 37,73 МДж/м3.
Ответ: Qн = 37,73 МДж/м3.
3. Теоретический объем кислорода при сжигании газа, находим по формуле:
V ТO2 = 0,01[  x СmHn ],
где x-коэффициент; СmHn , - компоненты горючего газа, % по объему
VO2 = 0,01(2СН4+3,5С2Н6+5С3Н8+6,5С4Н10) =
0,01(2.90,0+3,5 . 3,0+5 . 2,6+6,5 . 1,4)=2,126 м3
Ответ: VO2 =2,126 м3
Задача №6. Сжиженный газ состоит из пропана 40%, изо-бутана 25% и н-бутана 35%.
Определить парциальное давление компонентов при 400С и состав паровой фазы.
Решение. Согласно закону Рауля
Pi  xi Pi1
упругость паров Рi1 чистых компонентов при 400С равна (см. таблица 5) Рi1 (С3Н8) =1,43МПа,
Рi1 (и-С4Н10) =0,55МПа, Рi1 (н-С4Н10) =0,39МПа.
Парциальное давление компонентов будет равно:
р1 = 0,4 . 1,43 =0,572
р2 = 0,25 . 0,55 =0,137
р3 = 0,35 . 0,39 = 0,136
Р = р1+р2+р3= 0,572+0,137+0,136= 0,845МПа.
Далее находим состав паровой фазы по формуле;
1
P
y i  xi i
Pi
y1 
0.4  1.43
 0.676 (67,6%);пропан(С3Н8)
0.845
y2 
0.25  0.55
 0.162 (16,2%);изобутан(и-С4Н10)
0.845
y3 
0.35  0.39
 0.162 (16,2%);н- бутан(н-С4Н10)
0.845
Подведение итогов
Учитель химии:
Давайте проанализируем полученные вами результаты. Как можно охарактеризовать каждый
процесс, происходящий с кислородом, используя графики? Какие еще данные можно извлечь,
исходя из данных графических зависимостей?
О чем свидетельствует диаграмма, полученная вами?
Учитель информатики:
В чем преимущества и недостатки оформления решения задач с помощью компьютера?
Выставление оценок.
Домашняя работа.
Составьте модель решения следующей задачи с помощью табличного процессора MS Excel:
Давление газа под поршнем цилиндра 8·105 Па, а температура 1500С. Какую работу совершает
1 кмоль газа и какая его температура, если газ, нагреваясь изобарно расширился до объема вдвое
больше начального. Начальный объем равен 3 л.
Спасибо за урок!