Урок - мастерская 9 класс

Урок - мастерская
9 класс
(интегрированный урок: физика, химия - 2ч.)
по теме
«Я знаю об автомобиле….»
•
Цель урока: Непосредственная связь с жизнью! Показать необходимость
приобретения знаний и применение на практике.
•
обобщить и расширить знания, полученные на уроках химии и физики,
рассмотреть строение и функции двигателей и получение топлива для
автомобилей, научить определять качество бензина.
•
пробудить у учащихся стремление к развитию аналитического мышления;
•
воспитывать коммуникабельность (умение слушать учителя и товарищей,
отстаивать свою точку зрения);
•
прививать любовь к экологии и научить охранять окружающую среду,
развивать интерес к физике и химии;
•
воспитывать в детях гуманное отношение к окружающим, прививать чувство
доброты, толерантности по отношению к тем, кто рядом.
•
вовлечение каждого ученика в активный процесс получения и переработки
знаний.
•
самоизменение учащихся, их личностный рост.
Тип урока:
Урок формирования новых знаний и закрепление их в процессе
исследования.
Форма урока: Урок поиска и исследования.
Способ организации деятельности: Творческая мастерская .
(Возможен
вариант совмещения мастерской с экскурсией на автозаправочную станцию)
Форма организации обучения: Групповая.
Методы обучения: Частично-поисковый, исследовательский.
Оборудование: Модель двигателя внутреннего сгорания. Реактивы: пробирки с
исследуемым бензином, безводный сульфат меди (белый), порошок перманганата
калия, растительное масло, газеты, , подкисленный раствор перманганата калия,
раствор бромной воды, раствор сульфида натрия, раствор иодида калия, раствор
ацетата свинца., раствор этилового спирта, вода. Видеоматериалы.
Этапы урока: В основу урока положен алгоритм урока-мастерской, когда все:
ученики и учитель заняты общей работой - «чтением, как
трудом
и
исследованием», когда «читатель» сам должен участвовать в событиях, иметь к
ним свое отношение. Мастерская дает возможность раскрыться и высказаться
каждому, а не одиночкам. Это особая форма организации творческой
самостоятельной деятельности учащихся на уроке.
Системообразующим
элементом урока является проблемная ситуация, вопрос. Проблемная ситуация это состояние ученика, которое требует открытия новых знаний о предмете и
способах применения знаний в обычной жизни.
1 этап-теоретический
Вступительное слово учителя: Обычная улица, обычная дорога, поток
автомобилей:
картинка, которую вы наблюдаете ежедневно.(видеоролик
«Движение автотранспорта ») Многие из вас не понаслышке знакомы с этим
средством передвижения. Тема нашего урока: Я знаю об автомобиле… Что???
(беседа с учениками) Но задумывался ли кто - нибудь из вас, что заставляет
двигаться автомобиль? Как называется «сердце автомобиля», как оно устроено?
Что необходимо для работы двигателя?
В процессе беседы по данным вопросам, учитель выясняет, что знакомо ученикам
из курса физики 8 класса, а что нет и предлагает составить вместе с учениками
план и вопросы которые должны рассмотреть во время урока. Этими вопросами
оказались:
1. Как устроен двигатель внутреннего сгорания? Что происходит в «сердце»
автомобиля?
2. Какие марки бензина существуют и что такое «октановое число»?
3. Как и из чего получают бензин?
4. Каковы продукты сгорания бензина?
5. Что стоит за фальсификацией автомобильных бензинов?
Учитель химии: По всей видимости, нам не обойтись без учителя физики.
Посмотрите, как связаны знания химии и физики, в будущем, вы, возможно
встретитесь с наукой «Физической химией» . Однако ответы на все заданные
вопросы вы должны попытаться найти сами уже сейчас, а мы будем играть роль
консультантов. Учитель предлагает разделиться на 5 групп, для изучения того
направления, к которому они проявляют больший интерес (желательно
предварительно спросить мнения ребят и разделить на группы). Раздает
необходимую литературу, учебники и задания, в которых рекомендации: о
включении всей группы в работу, о записи тезисов по изучаемому вопросу. У
каждой группы цветной лист для тезисов (синий, желтый, красный, зеленый,
белый).
ЗАДАНИЕ ДЛЯ 1 ГРУППЫ
1. Изучи, как устроен двигатель внутреннего сгорания. Что происходит в
«сердце» автомобиля? Для этого ты должен воспользоваться материалом
на стр.53-55 учебника «Физика-8» А.В.Перышкина, стр.59-60 « химия-10»
О.С.Габриеляна,
а
также
дополнительной
литературой
и
КОНСУЛЬТАЦИЕЙ УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ.
2. Приготовься объяснить просто и доступно своим товарищам.
ЗАДАНИЕ ДЛЯ 2 ГРУППЫ
1. Изучи какие марки бензина существуют и что такое «октановое число»?
Для этого ты должен воспользоваться материалом учебника стр.59-60 «
химия-10» О.С.Габриеляна, а также дополнительными источниками,
лежащими на столе и КОНСУЛЬТАЦИЕЙ УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ или
ХИМИИ
2. Приготовься объяснить просто и доступно своим товарищам.
Детонационная стойкость автомобильного бензина.
Решающим показателем, определяющим соотношение компонентов в товарном
бензине является детонационная стойкость. Высокая детонационная стойкость
достигается путями:
1) использование в качестве базовых бензинов наиболее высокооктановых
сортов переработки нефти или увеличение их доли в товарных бензинах.
2) предусматривается широкое использование высокооктановых компонентов в
товарные бензины. 3) состоит в применении антидетонационных присадок.
В настоящее время широко используют все три пути повышения стойкости.
Для отдельных групп УВ, входящих в состав бензинов, можно сделать следующие
заключения об их стойкости.
УГЛЕВОДОРОДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ БЕНЗИНА
Алканы нормального строения: начиная с пентана углеводороды этого ряда
характеризуются низким октановым числом, причём чем выше их молекулярная масса,
тем октановое число меньше. Существует почти линейная зависимость от их
молекулярной массы.
Алканы разветвлённого строения: разветвление молекул предельного ряда
увеличивает детонационную стойкость, так у октана октановое число 20, а у 2,2,4 триметилгексана 26. Нибольшие октановые числа отмечаются для изомеров с
парными метильными углеводородного атома (неогексан, триптан, эталонный
изооктан), а также у др} изомеров октана. Благодаря высоким антидетонационным
свойствам изоалканы желательные компоненты бензина.
Алкены: появление двойной связи в молекуле у/в нормального строения вызывает
повышение детонационной стойкости, по сравнению с соответствующими
углеводородами.
Циклоалканы: первые представители рядов циклопентана и циклогексана
обладают большой детонационной стойкостью, особенно это относится к
циклопентану. Эти углеводороды являются ценными составными частями бензина,
как и у/в нормального строения при увеличении молекулярной массы ведет к
снижению их октанового числа. При этом, чем длиннее цепь, тем ниже октановые
числа, а увеличение боковых цепей повышает детонационную стойкость.
Арены: почти все простейшие арены ряда бензола имеют октановые числа около
или близко к высокооктановым. Однако содержание аренов в бензинах следует
ограничить - 50%. Чрезмерно ароматизированное топливо повышает общую
температуру сгорания и увеличивает теплонапряжённость двигателя.
ЗАДАНИЕ ДЛЯ 3 ГРУППЫ
1. Изучи как и из чего получают бензин? Для этого ты должен
воспользоваться материалом учебника стр.56-59 « химия-10»
О.С.Габриеляна, а также дополнительными источниками, лежащими на
столе и КОНСУЛЬТАЦИЕЙ УЧИТЕЛЯ ХИМИИ.
2. Приготовься объяснить просто и доступно своим товарищам
ЗАДАНИЕ ДЛЯ 4 ГРУППЫ
1. Изучи каковы продукты сгорания бензина? Для этого ты должен
воспользоваться материалом учебника « химия-10» О.С.Габриеляна,
учебника «Экология», а также дополнительными источниками, лежащими
на столе и КОНСУЛЬТАЦИЕЙ УЧИТЕЛЯ ХИМИИ.
2. Приготовься объяснить просто и доступно своим товарищам.
С момента запуска двигателя в камере сгорания топлива происходят много
разных процессов. Причём получаемые продукты прямо зависят от состава бензина;
антидетонационной добавки. В случае использования кислородсодержащих при
горения будет образовываться преимущественно вода, и вред экологии будет
минимум,если в бензине содержится ароматика, то продуктами горения такого
бензина будут ароматические соединения, которые являются канцерогенами.
Особенно большой вред экологии и двигателю автомобиля наносят этилированный.
При сгорании топлива ТЭС разлагается. При этом образуются активные радикалы:
Pb(C2H5)4 -> РЬ(С2Н5)3" + С2Н5'
Эти радикалы имитируют окисление углеводородов, обычно стабильных в
обычных условиях. Образующиеся гидроперекиси способствуют более мягкому
горению. Но побочными при использовании ТЭС зачастую являются продукты его
окисления. Например, (C2H5)2Pb(OH)2; (C2H5)2Pb(OR)2 ; (C2H5)2PbOROH; PbO.
Эти вещества накапливаются в двигателе и приводят к его поломке. Кроме того
это наносит большой вред экологии, так как свинец является канцерогеном.
2.4 Вредные химические вещества, образующиеся при сгорании топлива в
двигателе.
Оксид углерода СО (угарный газ). Образуется в результате неполного сгорания
в моторном топливе. Ядовитый газ без цвета и запаха. При вдыхании связывается с
гемоглобином, вытесняя из нее кислород, в результате чего наступает кислородное
голодание прежде всего в центральной нервной системе.
Диоксид углерода СО2 (углекислый газ) обладает наркотическим действием,
действует на кожу и слизистые оболочки. Выброс СО 2 автомобилями вносит свой
вклад в долю парникового эффекта и кислотные осадки, вызывающие разрушение
строительных материалов и другие нежелательные последствия.
Сернистый газ SO2 с парами воды в атмосфере образует аэрозоли сернист
ого характера, в результате фотохимического окисления превращается в серный
ангидрид SO3. В конечном итоге образуются аэрозоли серной кислоты - одни из
главных вредных осадков.
Альдегиды относятся к отравляющим веществам, раздражающе действующие
на дыхательные пути, поражающие центральную нервную систему, почки и печень.
Канцерогенные вещества (в частности, бензпирен) чрезвычайно опасны даже
малой концентрации, поскольку обладают свойством аккумулироваться в организме.
Сажа. Окрашенность дыма отработанных газов двигателя автомобиля зависит от
частиц сажи, - чем больше сажи, тем чернее дым. Как любая мелкая пыль, сажа
вредна для дыхания, но главная опасность заключается в том, что на поверхности
частиц
сажи
скапливаются
канцерогенные
вещества.
Свинцовые соединения - яды, поражающие органы и ткани организма,
желудочно-кишечный тракт, а также нарушающие обменные процессы. По данным
десятках городов России концентрация свинца в воздухе превышает принятые в
странах Европы; (по свинцу 0,3 мкг/м3). Опасность отравления соединениями свинца
усугубляется еще и тем,что канцерогенные вещества не удаляются из организма,
а задерживаются в больших концентрациях. Вблизи автомагистралей свинец
накапливается
в
почве
и
растениях.
Оксиды азота МОХ образуются при сгорании любых видов топлива - природного газа
или мазута. Приблизительно 90% годового выброса в атмосферу оксидов азота ископаемого топлива, половина этого количества выбросов приходится на
автотранспорт.
Углеводороды СХНY - несгоревшие химические составляющие топлива, одних только
этих веществ на перекрестках и у светофоров в несколько раз больше, чем у
магистрали. Вместе с диоксидом азота под действием солнечного света углеводороды
превращаются во вторичные загрязняющие вещества.
ЗАДАНИЕ ДЛЯ 5 ГРУППЫ
1. Изучи что стоит за фальсификацией автомобильных бензинов? Для этого
ты должен воспользоваться дополнительными источниками, лежащими
на столе и КОНСУЛЬТАЦИЕЙ УЧИТЕЛЯ ХИМИИ.
2. Приготовься объяснить просто и доступно своим товарищам.
Фальсификация автомобильных бензинов.
Фальсификация в России автомобильного топлива- национальная традиция.
Говорят, сейчас только в странах Западной Европы можно заправиться
настоящим бензином, отвечающим всем необходимым требованиям. Если вы
полагаете, что на престижных бензоколонках вы свой автомобиль заправляете
высококачественным бензином, то вы очень сильно заблуждаетесь,- на
большинстве российских АЗС бензин не соответствует никаким стандартам.
Потому что на самом деле эта жидкость желтого цвета есть ни что иное, как
смесь углеводородной основы(с октановым числом), воды, антифриза,
технического спирта и других дешевых добавок, повышающих октановое число
Если на этом бензине продолжительное время эксплуатировать автомобиль,
придется покупать новую машину. Бензин не только разбавляют водой, но и
превращают солярку в 98-й.
В США и странах Европы фальсифицированный бензин определяют с
помощью прибора-анализатора качества бензина. Портативный прибор стоит
очень дорого и не рассчитан на очень грубый подлог.
При разбавлении углеводородной основы электролитом для повышения
октанового числа имеет место быть «большое пробивное электрическое
напряжения топлива». Оно приводит к тому, что при запуске и работе двигателя
искра не проскакивает, топливо перестает подаваться и двигатель прекращает
работать. Так же работа на таком топливе сильно влияет на экологию.
После обсуждения вопроса и консультации учителей физики и химии ребята
выступают с кратким сообщением за что получают оценки.
Общее задание для всех групп:
Запишите уравнения реакций сгорания метана, пропана, бензола.
II этап- исследовательский
Как определить качество бензина?
Этот вопрос всплывает сам по себе после обсуждения темы о
фальсификации бензинов.
Этим же группам предлагают провести исследования:
1.Как обнаружить воду в бензине?
2. Как обнаружить масло в бензине?
3.Как отличить бензин прямой перегонки от крекинг бензина?
4.Как отличить этилированный бензин от неэтилированного?
5.Как ведет себя бензин по отношению к спирту и воде?
Ученикам раздают инструкции к лабораторным работам и набор
оборудования.
ИНСТУКЦИЯ -1.
Лабораторная работа «Обнаружение воды в бензине».
Реактивы: пробирки с исследуемым бензином, безводный сульфат меди
(белый), порошок перманганата калия.
Ход работы:
1.Определите физические свойства бензина: цвет, запах.
2. Возьмите две пробирки с бензином , В одну из них добавьте воду. Что
наблюдаете? Добавьте в обе пробирки несколько крупинок сульфата меди.
Что наблюдаете?
Цвет бензина изменился на голубой в той пробирке, где была смесь
бензина с водой. Это произошло в результате взаимодействия:
CuSO4 + n H2 O = CuSO4 * n H2 O (медный купорос)
Белый
Голубой
ИНСТРУКЦИЯ -2.
Лабораторная работа «Обнаружение масла в бензине».
Реактивы: пробирки с исследуемым бензином А-95, А-80 ,А-92;
растительное масло, газеты.
Ход работы:
1.Определите физические свойства бензина: цвет, запах.
2. Возьмите три пробирки с бензином. Нанесите по несколько капель
на газету и быстрыми размахивающими движениями подсушите. Там , где
на газете , после подсушивания, вы обнаружите жирное пятно, было
большое содержание жира.
3. Если в процессе опыта жир вы не обнаружите, то капните каплю
растительного масла в бензин и проделайте эту же операцию ещё раз.
Молекулы бензина быстро испаряются, а молекулы масла
пропитывают газетную бумагу и оставляют след.
Инструкция -3.
Лабораторная работа
от крекинг бензина?».
« Как отличить бензин прямой перегонки
Реактивы: пробирки с исследуемым бензином, подкисленный
раствор перманганата калия, раствор бромной воды.
Ход работы:
1.Определите физические свойства бензина: цвет, запах.
2. В процессе прямой перегонки нефти происходит разложение
углеводородов на фракции. В этом случае в бензин попадают молекулы
предельных углеводородов, циклопарафинов и аренов. В процессе
крекинга молекулы распадаются на предельные и непредельные
соединения. Появляются молекулы с двойными связями.
3. Возьмите две пробирки с бензином , В одну из них добавьте
подкисленный раствор перманганата калия, в другую раствор бромной
воды. . Что наблюдаете?
Если произошло обесцвечивание бромной воды и раствора
перманганата калия, значит в состав бензина входят непредельные
углеводороды. Такой бензин плохо хранится, т.к . алкены химически
очень активны.
C4 H8 + Br2 = C4 H8 Br2
Желтый прозрач
3 C2 H4+2 KMnO4 (р-р) +4H2 O= 3C2 H4 (ОН)2 + 2Mn O2 + 2KOH
малинов обесцвечивание
Инструкция -4.
Лабораторная работа « Определение тетраэтилсвинца в бензине».
Реактивы: пробирки с исследуемым бензином А-95, А-80 ,А-92;
раствор сульфида натрия, раствор иодида калия, раствор ацетата свинца.
Ход работы:
1. Определите физические свойства бензина: цвет, запах.
2. Возьмите две пробирки с бензином. Добавьте в одну раствор
сульфида натрия, а в другую раствор иодида калия . Что наблюдаете? Если
выпал осадок черного или желтого цвета, то в пробах был ион свинца. Если
же ничего не наблюдали, добавьте к другим двум пробиркам раствор
ацетата свинца. А затем прилейте раствор сульфида натрия и раствор иодида
калия. Что наблюдаете?
Для увеличения октанового числа, т.е. для улучшения качества бензина
вводят тетраэтилсвинец. Бензин называют этилированным. При его сгорании
выделяется много соединений свинца, что отрицательно влияет на
экологическую обстановку. Если осадки выпали , то бензин содержал ион
свинца.
Pb2+ + S2- = Pb S
Pb2+ + I- = Pb I2
черный осадок
желтый осадок
Инструкция -5.
Лабораторная работа «Растворимость бензина».
Реактивы: пробирки с исследуемым бензином, раствор этилового спирта,
вода. Ход работы:
1.Определите физические свойства бензина: цвет, запах.
2. Возьмите две пробирки с бензином , В одну из них добавьте воду, а в
другую раствор этилового спирта. Что наблюдаете?
3. Возьмите пробирку с бензином, затем прилейте воду и этиловый спирт
одновременно. Что наблюдаете?
При добавлении воды к бензину появляется эмульсия, которая вскоре
разделится на верхний бензиновый слой и воду.
При добавлении этилового спирта получается раствор. Бензин растворяется
в спирте.
Ребята выполняют и записывают результаты опытов на обратной стороне
цветного листа. Идет обсуждение исследовательской работы, ученики данные
записывают в тетрадь. Обсуждение результатов исследовательской работы.
Задача на закрепление:
В бензобак попала вода, двигатель отказывается заводиться. Что делать?
Ответ: В смесь бензина с водой необходимо добавить спирт, т.к. он растворяет
бензин и делает однородной смесь бензина, спирта и воды.
Домашнее задание: Какое топливо можно использовать вместо бензина?
Что зимой добавляют в бензин на Севере? Чем отличается двигатель
карбюраторный от дизельного? Составьте небольшое сообщение,
познакомившись подробнее с этими вопросом в интернете или в печати.
Литература
1.
2.
3.
4.
О.С.Габриелян учебник для 9-10 класса
А.В.Перышкин учебник для 8 класса
Учебники по экологии, вырезки из газет.
http://www.aferizm ru/poddelka/pp benzin