Урок 11. Формулировка закона сохранения массы и энергии

Технологическая карта по химии к уроку по теме “Законы сохранения массы и энергии в химии” 11 класс
методическая разработка по химии (11 класс)

Технологическая карта по химии к уроку по теме “Законы сохранения массы и энергии в химии” 11 класс по Рудзитису, Фельдман

Скачать:

Вложение Размер
teh_karta_zakon_sohr_massy_i_energii_11_kl.docx 21.42 КБ

Как сдать ЕГЭ на 80+ баллов?

Репетиторы Учи.Дома помогут подготовиться к ЕГЭ. Приходите на бесплатный пробный урок, на котором репетиторы определят ваш уровень подготовки и составят индивидуальный план обучения.

Бесплатно, онлайн, 40 минут

Предварительный просмотр:

Технологическая карта урока по химии по теме: «Законы сохранения массы и энергии в химии»

Тема учебного занятия

«Законы сохранения массы и энергии в химии»

Цель и задача учебного занятия

Повторить основные законы стехиометрии — закон сохранения массы веществ и закон постоянства состава веществ.

Закон сохранения массы веществ. Закон сохранения и превращения энергии. Дефект массы.

Тип и форма учебного занятия

урок – изучение нового материала

Планируемые результаты обучения

Знать стехиометрические законы — закон сохранения массы веществ и закон постоянства состава. Уметь применять эти законы в конкретных условиях.

Технологии обучения или элементы технологий

Технология развития критического мышления, игровые технологии, проблемно- развивающее обучение, здоровьесберегающие технологии, ИКТ

Средства обучения, дидактическое обеспечение урока

Проектор, презентация, интерактивная доска, учебник, рабочая тетрадь, ПСХЭ

Организационная структура урока

I. Организационный момент

Приветствие учеников. Выявление отсутствующих. цели и задач урока, этапов урока и времени каждого этапа.

Настраивание на восприятие материала урока.

II. Актуализация знаний

Ребята давайте повторим из курса 8 класса

  • Что такое вещества молекулярного и немолекулярного строения?
  • Кто открыл закон сохранения массы веществ?
  • Как формулировался закон сохранения массы в-в?

Работа на местах

III. Постановка проблемы урока

(мотивация и целеполагание)

Ребята, из курса физики вы изучили закон сохранения энергии. Как вы думаете можно ли объединить эти два закона?

Ребята выдвигают гипотезы и определяют тему урока.

Отвечают на вопросы учителя.

IV. Изучение нового материала

Этот урок можно провести в форме фронтальной беседы, уточняя формулировки понятий.

Учащиеся рассказывают из курса 8 класса закон сохранения массы веществ и формулируют основные понятия.

Ломоносов этот закон рассматривал вместе с законом сохранения энергии и понимал его как закон природы.

Закон сохранения энергии сформулировал немецкий ученый Майер, а взаимосвязь суммы и энергии доказал Эйнштейн. E = mc 2 . Где Е – энергия покоя собственного тела, m – масса тела и С – скорость света в вакууме.

Закон постоянства состава справедлив только для веществ молекулярного строения. На это надо обратить внимание. Вещества немолекулярного строения не обладают строго постоянным составом. Их состав зависит от условий получения.

Современная формулировка закона постоянства состава веществ:

Всякое чистое вещество молекулярного строения независимо от способа получения имеет постоянный качественный и количественный состав.

Для веществ с молекулярным строением нужно использовать понятие «валентность», а для веществ с немолекулярным строением — «степень окисления».

Работают на местах с тетрадями и учебником и у доски

V. Закрепление изученного материала

В конце урока учитель напоминает учащимся алгоритмы решения расчетных задач по уравнениям химических реакций, используя такие величины, как масса, объем и количество вещества. Учащиеся самостоятельно решают предложенные учителем расчетные задачи.

Задача на с. 9, упр. 4

Решение: 3Н2 + N2 = 2NH3

n(H2) = 67.2/22.4 = 3 моль

n(N2) = 44.8/22.4 = 2 моль

по реакции видим, что образовалось 2 моль аммиака, необходимо взять 3 моль (Н2) и 1 моль (N2). А мы нашли, что 3 моль (Н2) вступило в реакцию с 2 моль N2 , т.е. азота взяли больше ровно в 2 раза, поэтому аммиак будет загрязнен азотом, так как он взят в избытке.

Работа на местах с тетрадями и учебником

Попробуем подвести итоги. Основные выводы:

  • Что такое вещества молекулярного и немолекулярного строения?
  • Кто открыл закон сохранения массы веществ?
  • Как формулировался закон сохранения массы в-в?
  • Кто сформулировал закон сохранения энергии?

Итак, ребята. Над какой темой мы сегодня работали? Поделитесь своими впечатлениями об уроке. Что вы нового узнали? Что хотели бы узнать? Что вызвало затруднения?

Участвуют в эвристической беседе

VII. Итоги урока

Выставление оценок. Домашнее задание: п. 1, с. 4-6; Тестовые Задания

Тему сформировали учащиеся правильно. Была поставлена цель и задачи . Цель и задачи были достигнуты.

Планируемые результаты сформулированы, взаимосвязь с физикой установлена.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Технологическая карта по химии к уроку “Галогены”, 9 класс Рудзитис, Фельдман.

Технологическая карта по химии к уроку “Гидролиз солей” 9 класс Рудзтитс, Фельдман.

Технологическая карта по химии к уроку “Реакции ионного обмена” 9 класс Рудзитис, Фельдман.

Технологическая карта по химии к уроку на тему “Предмет органической химии. Теория химического строения” Рудзитиса , Фельдмана рассчитана на 2 часа.

Технологическая карта по химии к уроку “Распределение электронов в атомах элементов больших периодов” 11 класс Рудзитис, Фельдман.

Технологическая карта по химии к уроку “Относительная атомная масса химических элементов. Знаки химических элементов” 8 класс Рудзитис, Фельдман.

Технологическая карта по химии к уроку “Химические формулы. Относительная молекулярная масса” 8 класс Рудзитис, Фельдман.

Химия. 11 класс

Конспект урока

Химия, 11 класс

Урок № 1. Химический элемент. Нуклиды. Изотопы. Законы сохранения массы и энергии в химии

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме

Урок посвящён изучению основных понятий химии (химический элемент, изотоп, нуклид) и двум важнейшим законам природы – закону сохранения массы и закону сохранения энергии. Учащиеся узнают о важнейших характеристиках химического элемента, смогут назвать различие между понятиями «химический элемент», «нуклид», «изотоп» и научатся применять закон сохранения массы веществ при составлении уравнений химических реакций.

Атом – это наименьшая частица химического элемента, которая несет все его свойства.

Изотопы – это нуклиды с одинаковым зарядом ядра, но разным массовым числом и числом нейтронов

Нейтрон – это незаряженная элементарная частица.

Нуклиды – это различные виды ядер, которые отличаются зарядом или массовым числом.

Протон – это положительно заряженная элементарная частица.

Элементарная частица – это объект, который нельзя разделить на более мелкие составляющие.

Радиоактивный распад – это превращение ядер нуклидов, сопровождающиеся изменением числа протонов или нейтронов в ядре и испусканием элементарных частиц, гамма-квантов или кластеров.

Химический элемент – это вид атомов с определенным зарядом ядра.

Электроны – это отрицательно заряженные элементарные частицы, которые движутся по орбиталям вокруг ядра.

Ядро – это положительно заряженная центральная часть атома.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Одним из основных понятий химии является атом. Атом – это наименьшая частица химического элемента, которая несет все его свойства. Согласно планетарной модели, атом состоит из ядра и электронов. Электроны – это отрицательно заряженные элементарные частицы, которые движутся по орбиталям вокруг ядра. Ядро – это положительно заряженная центральная часть атома. Ядра атомов превращаются друг в друга в ходе ядерных реакций.

Ядро состоит из двух типов элементарных частиц: протонов (Z) и нейтронов (N). Заряд нейтронов равен нулю. Протоны обладают зарядом +1. Общее число нейтронов и протонов в ядре называется массовым числом (А). Оно близко, но не равно по значению к атомной массе элемента, указанной в Периодической таблице. Заряд ядра равен числу протонов и порядковому номеру элемента в Периодической системе.

Вид атомов с определенным зарядом ядра называется химическим элементом. Химический элемент существует в виде простого вещества (металла или неметалла) или соединений с другими элементами. К характеристикам химического элемента относятся: атомный номер, относительная атомная масса, изотопный состав, положение в Периодической системе, строение атома, электроотрицательность, степени окисления, валентность, энергия ионизации, сродство к электрону, распространенность в природе.

Нуклидами называют различные виды ядер, которые отличаются зарядом или массовым числом. Они обозначаются следующим образом: вверху перед символом нуклида пишется массовое число, внизу – порядковый номер элемента. Нуклиды с одинаковым зарядом ядра, но разным массовым числом и числом нейтронов называются изотопами. Изотопы одного элемента обладают одинаковыми химическими свойствами и почти не отличаются по физическим свойствам. Элементы представляют собой совокупность изотопов с разными массовыми числами, поэтому атомные массы многих элементов представлены дробными числами.

Химические реакции подчиняются законам сохранения массы и энергии. Закон сохранения массы веществ впервые сформулировал великий ученый М.В. Ломоносов. Экспериментально его доказал А.Л. Лавуазье. Формулируется закон следующим образом: масса исходных веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе продуктов реакции. В ходе реакции атомы веществ только перегруппировываются.

В двадцатом веке ученые обнаружили, что закон сохранения массы не соблюдается в случае ядерных реакций. После того, как А. Эйнштейн открыл взаимосвязь между массой и энергией, выраженную в его знаменитой формуле E=mc2, стало понятно, что закон сохранения массы лишь частный случай закона сохранения энергии. Закон сохранения энергии гласит: в изолированной системе энергия системы не исчезает и не появляется, а только переходит из одного вида в другой. Для составления ядерных реакций важно помнить, что суммарный заряд ядер и массовое число сохраняются.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Решение задачи на работу с Периодической системой.

Условие задачи: Введите формулу простого вещества, при бета-распаде которого образуется висмут.

Решение: Висмут – элемент с порядковым номером 83. При бета распаде один из нейтронов превращается в протон, таким образом заряд ядра атома увеличивается на единицу. Следовательно, химический элемент, образующий исходное вещество, находится на одну клетку левее висмута. Это свинец.

2.Решение задачи на закон сохранения массы или закон сохранения числа атомов.

Условие задачи: Расставьте коэффициенты в реакции и выберите правильное значение их суммы.

Решение: Составим электронный баланс. Каждый атом алюминия присоединил 3 электрона, а каждый атом серы отдал два электрона. Тогда коэффициенты 2Al + 3S = Al2S3

Закон сохранения механической энергии

О чем эта статья:

Энергия: что это такое

Если мы погуглим определение слова «Энергия», то скорее всего найдем что-то про формы взаимодействия материи. Это верно, но совершенно непонятно.

Поэтому давайте условимся здесь и сейчас, что энергия — это запас, который пойдет на совершение работы.

Энергия бывает разных видов: механическая, электрическая, внутренняя, гравитационная и так далее. Измеряется она в Джоулях (Дж) и чаще всего обозначается буквой E.

Механическая энергия

Механическая энергия — это энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу.

Она представляет собой совокупность кинетической и потенциальной энергии. Кинетическая энергия — это энергия действия. Потенциальная — ожидания действия.

Представьте, что вы взяли в руки канцелярскую резинку, растянули ее и отпустили. Из растянутого положения резинка просто «полетит», как только вы ей позволите это сделать. В этом процессе в момент натяжения резинка обладает потенциальной энергией, а в момент полета — кинетической.

Еще один примерчик: лыжник скатывается с горы. В самом начале — на вершине — у него максимальная потенциальная энергия, потому что он в режиме ожидания действия (ждущий режим 😂), а внизу горы он уже явно двигается, а не ждет, когда с ним это случится — получается, внизу горы кинетическая энергия.

Кинетическая энергия

Еще разок: кинетическая энергия — это энергия действия. Величина, которая очевиднее всего характеризует действие — это скорость. Соответственно, в формуле кинетической энергии точно должна присутствовать скорость.

Кинетическая энергия

Ек = (m*v^2)/2

Ек — кинетическая энергия [Дж]

m — масса тела [кг]

Чем быстрее движется тело, тем больше его кинетическая энергия. И наоборот — чем медленнее, тем меньше кинетическая энергия.

Задачка раз

Определить кинетическую энергию собаченьки массой 10 килограмм, если она бежала за мячом с постоянной скоростью 2 м/с.

Решение:

Формула кинетической энергии Ек = (m*v^2)/2

Ек = (10*2^2)/2 = 20 Дж

Ответ: кинетическая энергия пёсы равна 20 Дж.

Задачка два

Найти скорость бегущего по опушке гнома, если его масса равна 20 килограммам, а его кинетическая энергия — 40 Дж

Решение:

Формула кинетической энергии Ек = (m*v^2)/2

Ответ: гном бежал со скоростью 2 м/с.

Потенциальная энергия

В отличие от кинетической энергии, потенциальная чаще всего тем меньше, чем скорость больше. Потенциальная энергия — это энергия ожидания действия.

Например, потенциальная энергия у сжатой пружины будет очень велика, потому что такая конструкция может привести к действию, а следовательно — к увеличению кинетической энергии. То же самое происходит, если тело поднять на высоту. Чем выше мы поднимаем тело, тем больше его потенциальная энергия.

Потенциальная энергия деформированной пружины

Еп — потенциальная энергия [Дж]

k — жесткость [Н/м]

x — удлинение пружины [м]

Потенциальная энергия

Еп = mgh

Еп — потенциальная энергия [Дж]

m — масса тела [кг]

g — ускорение свободного падения [м/с^2]

На планете Земля g ≃ 9,8 м/с^2

Задачка раз

Найти потенциальную энергию рака массой 0,1 кг, который свистит на горе высотой 2500 метров. Ускорение свободного падения считать равным 9,8 м/с^2.

Решение:

Формула потенциальной энергии Еп = mgh

Eп = 0,1 * 9,8 * 2500=2450 Дж

Ответ: потенциальная энергия рака, свистящего на горе, равна 2450 Дж.

Задачка два

Найти высоту горки, с которой собирается скатиться лыжник массой 65 килограмм, если его потенциальная энергия равна 637 кДж. Ускорение свободного падения считать равным 9,8 м/с^2.

Решение:

Формула потенциальной энергии Еп = mgh

Переведем 637 кДж в Джоули.

637 кДж = 637000 Дж

h = 637 000/(65 * 9,8) = 1000 м

Ответ: высота горы равна 1000 метров.

Задачка три

Два шара разной массы подняты на разную высоту относительно поверхности стола (см. рисунок). Сравните значения потенциальной энергии шаров E1 и E2. Считать, что потенциальная энергия отсчитывается от уровня крышки стола.

Решение:

Потенциальная энергия вычисляется по формуле: E = mgh

По условию задачи

Таким образом, получим, что

E1 = m*g*2h = 2 mgh,

Ответ: E1 = E2.

Закон сохранения энергии

В физике и правда ничего не исчезает бесследно. Чтобы это как-то выразить, используют законы сохранения. В случае с энергией — Закон сохранения энергии.

Закон сохранения энергии

Полная механическая энергия замкнутой системы остается постоянной.

Полная механическая энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергий. Математически этот закон описывается так:

Закон сохранения энергии

Еполн.мех. = Еп + Eк = const

Еполн.мех. — полная механическая энергия системы [Дж]

Еп — потенциальная энергия [Дж]

Ек — кинетическая энергия [Дж]

const — постоянная величина

Задачка раз

Мяч бросают вертикально вверх с поверхности Земли. Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. Как изменится высота подъёма мяча при увеличении начальной скорости мяча в 2 раза?

Решение:

Должен выполняться закон сохранения энергии:

В начальный момент времени высота равна нулю, значит Еп = 0. В этот же момент времени Ек максимальна.

В конечный момент времени все наоборот — кинетическая энергия равна нулю, так как мяч уже не может лететь выше, а вот потенциальная максимальна, так как мяч докинули до максимальной высоты.

Это можно описать соотношением:

Еп1 + Ек1 = Еп2 + Ек2

Разделим на массу левую и правую часть

Из соотношения видно, что высота прямо пропорциональна квадрату начальной скорости, значит при увеличении начальной скорости мяча в два раза, высота должна увеличиться в 4 раза.

Ответ: высота увеличится в 4 раза

Задачка два

Тело массой m, брошенное с поверхности земли вертикально вверх с начальной скоростью v0, поднялось на максимальную высоту h0. Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. Чему будет равна полная механическая энергия тела на некоторой промежуточной высоте h?

Решение

По закону сохранения энергии полная механическая энергия изолированной системы остаётся постоянной. В максимальной точке подъёма скорость тела равна нулю, а значит, оно будет обладать исключительно потенциальной энергией Емех = Еп = mgh0.

Таким образом, на некоторой промежуточной высоте h, тело будет обладать и кинетической и потенциальной энергией, но их сумма будет иметь значение Емех = mgh0.

Ответ: Емех = mgh0.

Задачка три

Мяч массой 100 г бросили вертикально вверх с поверхности земли с начальной скоростью 6 м/с. На какой высоте относительно земли мяч имел скорость 2 м/с? Сопротивлением воздуха пренебречь.

Решение:

Переведем массу из граммов в килограммы:

m = 100 г = 0,1 кг

У поверхности земли полная механическая энергия мяча равна его кинетической энергии:

Е = Ек0 = (m*v^2)/2 = (0,1*6^2)/2 = 1,8 Дж

На высоте h потенциальная энергия мяча есть разность полной механической энергии и кинетической энергии:

mgh = E — (m*v^2)/2 = 1,8 — (0,1 * 2^2)/2 = 1,6 Дж

h = E/mg = 1,6/0,1*10 = 1,6 м

Ответ: мяч имел скорость 2 м/с на высоте 1,6 м

Переход механической энергии во внутреннюю

Внутренняя энергия — это сумма кинетической энергии хаотичного теплового движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. То есть та энергия, которая запасена у тела за счет его собственных параметров.

Часто механическая энергия переходит во внутреннюю. Происходит этот процесс путем совершения механической работы над телом. Например, если сгибать и разгибать проволоку — она будет нагреваться.

Или если кинуть мяч в стену, часть энергии при ударе перейдет во внутреннюю.

Задачка

Какая часть начальной кинетической энергии мяча при ударе о стену перейдет во внутреннюю, если полная механическая энергия вначале в два раза больше, чем в конце?

Решение:

В самом начале у мяча есть только кинетическая энергия, то есть Емех = Ек.

В конце механическая энергия равна половине начальной, то есть Емех/2 = Ек/2

Часть энергии уходит во внутреннюю, значит Еполн = Емех/2 + Евнутр

Емех = Емех/2 + Евнутр

Ответ: во внутреннюю перейдет половина начальной кинетической энергии

Закон сохранения энергии в тепловых процессах

Чтобы закон сохранения энергии для тепловых процессов был сформулирован, было сделано два важных шага. Сначала французский математик и физик Жан Батист Фурье установил один из основных законов теплопроводности. А потом Сади Карно определил, что тепловую энергию можно превратить в механическую.

Вот что сформулировал Фурье:

При переходе теплоты от более горячего тела к более холодному температуры тел постепенно выравниваются и становятся едиными для обоих тел — наступает состояние термодинамического равновесия.

Таким образом, первым важным открытием было открытие того факта, что все протекающие без участия внешних сил тепловые процессы необратимы.

Дальше Карно установил, что тепловую энергию, которой обладает на­гретое тело, непосредственно невозможно превратить в механиче­скую энергию для производства работы. Это можно сделать, только если часть тепловой энергии тела с большей температурой передать другому телу с меньшей температурой и, следовательно, нагреть его до более высокой температуры.

Закон сохранения энергии в тепловых процессах

При теплообмене двух или нескольких тел абсолютное количество теплоты, которое отдано более нагретым телом, равно количеству теплоты, которое получено менее нагретым телом.

Математически его можно описать так:

Уравнение теплового баланса

Q отд = Q пол

Qотд — отданное системой количество теплоты [Дж]

Q пол — полученное системой количество теплоты [Дж]

Данное равенство называется уравнением теплового баланса. В реальных опытах обычно получается, что отданное более нагретым телом количество теплоты больше количества теплоты, полученного менее нагретым телом:

Это объясняется тем, что некоторое количество теплоты при теплообмене передаётся окружающему воздуху, а ещё часть — сосуду, в котором происходит теплообмен.

Задачка раз

Сколько граммов спирта нужно сжечь в спиртовке, чтобы нагреть на ней воду массой 580 г на 80 °С, если учесть, что на нагревание пошло 20% затраченной энергии.

Удельная теплота сгорания спирта 2,9·10^7Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°С).

Решение:

При нагревании тело получает количество теплоты

где c — удельная теплоемкость вещества

При сгорании тела выделяется энергия

где q — удельная теплота сгорания топлива

По условию задачи нам известно, что на нагревание пошло 20% затраченной энергии.

cmΔt =0,2 * qmсгор

mсгор = cmΔt / 0,2 q

Ответ: масса сгоревшего топливаа равна 33,6 г.

Задачка два

Какое минимальное количество теплоты необходимо для превращения в воду 500 г льда, взятого при температуре −10 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь. Удельная теплоемкость льда равна 2100 Дж/кг*℃, удельная теплота плавления льда равна 3,3*10^5 Дж/кг.

Решение:

Для нагревания льда до температуры плавления необходимо:

Qнагрев = 2100 * 0,5 * (10-0) = 10500 Дж

Для превращения льда в воду:

Qпл = 3,3 * 10^5 * 0,5 = 165000 Дж

Q = Qнагрев + Qпл = 10500 + 165000 = 175500 Дж = 175,5 кДж

Ответ: чтобы превратить 0,5 кг льда в воду при заданных условиях необходимо 175,5 кДж тепла.

Урок 11. Формулировка закона сохранения массы и энергии

В уроке 11 «Формулировка закона сохранения массы и энергии» из курса «Химия для чайников» дадим определение закону сохранения массы и закону сохранения энергии, познакомимся с открытием Ломоносова, а также повторим некоторые основы химии из прошлой главы. Этим уроком мы открываем следующий раздел курса, под названием «Закон сохранения массы и энергии». Поэтому, чтобы у вас не возникало вопросов по урокам, обязательно изучите все уроки из первого раздела «Атомы, молекулы и ионы».

Мысль о том, что все в мире состоит из атомов, зародилась еще до нашей эры. Древнегреческий философ Демокрит полагал, что вся материя состоит из неделимых микрочастиц — атомов, что каждый атом обладает индивидуальными свойствами, что свойства веществ определяются их взаимным расположением относительно друг друга. Таким образом его идеи являются примитивным вариантом того, что изложено в разделе 1 «Атомы, молекулы и ионы». Напрашивается вопрос: почему же тогда древние греки не воспользовались гипотезой Демокрита и не научились получать атомную энергию? Почему прошло еще 2000 лет, прежде чем наука достигла своего современного уровня? Одна из причин заключалась в том, что древние греки понятия не имели о законах сохранения вещества, ну и конечно же о законе сохранения энергии.

Закон сохранения массы и энергии

Великий русский ученый М.В. Ломоносов в 1748 году стал первым, кто осознал, что масса является фундаментальным свойством, сохраняющимся в процессе химических реакций. Он установил закон который гласит, что суммарная масса всех продуктов химического превращения должна точно совпадать с суммарной массой исходных веществ. Помимо суммарной массы веществ, в химических реакциях сохраняется также число атомов каждого сорта независимо от того, в сколь сложных превращениях они участвуют и как переходят из одних молекул в другие.

В химических реакциях должна сохраняться также и энергия. Химически важный вывод из этого закона заключается в том, что поглощение или выделение тепла (теплота реакции) в конкретной химической реакции не зависит от того, каким путем осуществляется реакция — в одну или несколько стадий. Например, тепло, выделяющееся напрямую при сгорании газообразного водорода и графита (одна из форм углерода), должна совпадать с теплом, выделяющимся, когда водород и углерод используются для получения синтетического бензина, а заем этот бензин используется в качестве топлива. Если бы количество тепла, выделяемого в одной из двух описанных выше вариантов реакции, было неодинаковым, можно было бы воспользоваться этим и проводить более эффективную реакцию в одном направлении, а менее эффективную — в обратном. В результате получился бы циклический бестопливный источник тепла, непрерывно дающий даровую энергию. Но это всего лишь мечты о вечном двигателе, создание которого разрушается об незыблемую стену закона сохранения массы и энергии.

Закон сохранения массы: в процессе химической реакции не происходит образования или разрушения атомов.

Закон сохранения энергии: если сумма двух реакций представляет собой новую, третью реакцию, то теплота третьей реакции равна сумме теплот первых двух реакций. Говорят, что тепловые эффекты реакций аддитивны. Более подробно о законе сохранения тепла вы узнаете в конце данной главы, где все станет просто и ясно.

Кстати, в 1756 году Ломоносов экспериментально подтвердил химический закон сохранения массы, путем обжига металлов в запаянных сосудах. Вместо обжига металлов можно в запаянном сосуде сжечь фтор, закон сохранения массы все равно соблюдается:

Повторюсь, что не плотность или объем, а именно масса является фундаментальным свойством, сохраняющимся в процессе химических реакций. И как только химики это поняли, они сразу бросились в поиски правильной шкалы атомных масс для каждого элемента. В уроке 3 «Строение молекулы» мы отмечали, что молекулярная масса молекулы вычисляется через сумму всех атомных масс входящих в ее состав атомов. А из урока 5 «Моль и молярная масса» нам известно, что моль любого вещества — это такое его количество, в котором число частиц этого вещества равно 6,022·1023. Масса одного моля вещества в граммах называется молярной массой. Моль и молярная масса являются важнейшими понятиями, без которых невозможно проводить химический расчет.

Моль — это просто средство подсчитывать атомы и молекулы порциями по 6,022·1023. Если известно, что две молекулы газообразного водорода H2 реагируют с одной молекулой газообразного кислорода O2, с образованием двух молекул воды H2O, то можно предсказать, что 2 моля H2, т.е. 4,032 г, будут реагировать с 1 молем O2, т.е. с 31,999 г, с образованием 2 молей H2O, т.е.36,031 г). Контрольное суммирование 4,032+31,999=36,031 подтверждают, что в этой реакции выполняется химический закон сохранения массы.

Урок 11 «Формулировка закона сохранения массы и энергии» является повторением уже пройденного материала перед погружением в более серьезный раздел химии. Надеюсь вы открыли в этом уроке для себя что-то новое и интересное. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Урок 11. Формулировка закона сохранения массы и энергии

Раздел ОГЭ по физике: 1.18. Механическая энергия. Закон сохранения механической энергии. Формула для закона сохранения механической энергии в отсутствие сил трения. Превращение механической энергии при наличии силы трения.

1. Энергия тела – физическая величина, показывающая работу, которую может совершить рассматриваемое тело (за любое, в том числе неограниченное время наблюдения). Тело, совершающее положительную работу, теряет часть своей энергии. Если же положительная работа совершается над телом, энергия тела увеличивается. Для отрицательной работы – наоборот.

  • Энергией называют физическую величину, которая характеризует способность тела или системы взаимодействующих тел совершить работу.
  • Единица энергии в СИ 1 Джоуль (Дж).

2. Кинетической энергией называется энеpгия движущихся тел. Под движением тела следует понимать не только перемещение в пространстве, но и вращение тела. Кинетическая энергия тем больше, чем больше масса тела и скорость его движения (перемещения в пространстве и/или вращения). Кинетическая энеpгия зависит от тела, по отношению к которому измеряют скорость рассматриваемого тела.

  • Кинетическая энергия Ек тела массой m, движущегося со скоростью v, определяется по формуле Ек =mv 2 /2

3. Потенциальной энергией называется энергия взаимодействующих тел или частей тела. Различают потенциальную энергию тел, находящихся под действием силы тяжести, силы упругости, архимедовой силы. Любая потенциальная энергия зависит от силы взаимодействия и расстояния между взаимодействующими телами (или частями тела). Потенциальная энергия отсчитывается от условного нулевого уровня.

  • Потенциальной энергией обладают, например, груз, поднятый над поверхностью Земли, и сжатая пружина.
  • Потенциальная энергия поднятого груза Еп = mgh .
  • Кинетическая энергия может превращаться в потенциальную, и обратно.

4. Механической энергией тела называют сумму его кинетической и потенциальной энергий. Поэтому механическая энеpгия любого тела зависит от выбора тела, по отношению к которому измеряют скорость рассматриваемого тела, а также от выбора условных нулевых уровней для всех разновидностей имеющихся у тела потенциальных энергий.

  • Механическая энергия характеризует способность тела или системы тел совершить работу вследствие изменения скорости тела или взаимного положения взаимодействующих тел.

5. Внутренней энергией называется такая энергия тела, за счёт которой может совершаться механическая работа, не вызывая убыли механической энергии этого тела. Внутренняя энеpгия не зависит от механической энергии тела и зависит от строения тела и его состояния.

6. Закон сохранения и превращения энергии гласит, что энеpгия ниоткуда не возникает и никуда не исчезает; она лишь переходит из одного вида в другой или от одного тела к другому.

  • Закон сохранения механической энергии: если между телами системы действуют только силы тяготения и силы упругости, то сумма кинетической и потенциальной энергии остается неизменной, то есть механическая энергия сохраняется.

Таблица «Механическая энергия. Закон сохранения энергии».

7. Изменение механической энергии системы тел в общем случае равно сумме работы внешних по отношению к системе тел и работы внутренних сил трения и сопротивления: ΔW = Авнешн + Адиссип

Если система тел замкнутавнешн = 0), то ΔW = Адиссип, то есть полная механическая энергия системы тел меняется только за счёт работы внутренних диссипативных сил системы (сил трения).

Если система тел консервативна (то есть отсутствуют силы трения и сопротивления Атр = 0), то ΔW = Авнешн, то есть полная механическая энергия системы тел меняется только за счёт работы внешних по отношению к системе сил.

8. Закон сохранения механической энергии: В замкнутой и консервативной системе тел полная механическая энергия сохраняется: ΔW = 0 или Wп1 + Wк1 = Wп2 + Wк2 . Применим законы сохранения импульса и энергии к основным моделям столкновений тел.

  • Абсолютно неупругий удар (удар, при котором тела движутся после столкновения вместе, с одинаковой скоростью). Импульс системы тел сохраняется, а полная механическая энергия не сохраняется:

  • Абсолютно упругий удар (удар, при котором сохраняется механическая энергия системы). Сохраняются и импульс системы тел, и полная механическая энергия:

Удар, при котором тела до соударения движутся по прямой, проходящей через их центры масс, называется центральным ударом.

Схема «Механическая энергия.
Закон сохранения энергии. Углубленный уровень«

Конспект урока по физике «Механическая энергия. Закон сохранения энергии». Выберите дальнейшие действия:

Урок 11. Формулировка закона сохранения массы и энергии

«Зна­ния, не про­ве­рен­ные опы­том, ма­те­рью вся­кой до­сто­вер­но­сти, бес­плод­ны и полны оши­бок»

Лео­нар­до да Винчи

Из данного урока вы узнаете, в чем заключается сущность химической реакции с позиции атомно-молекулярной теории. Урок посвящен изучению одного из важнейших законов химии – закона сохранения массы веществ.

I. Сущность химической реакции с позиции атомно-молекулярной теории

Во­прос о сущ­но­сти хи­ми­че­ско­го пре­вра­ще­ния дол­гое время оста­вал­ся за­гад­кой для есте­ство­ис­пы­та­те­лей. Толь­ко с раз­ви­ти­ем атом­но-мо­ле­ку­ляр­ной тео­рии стало воз­мож­ным пред­по­ло­жить, как на уровне ато­мов и мо­ле­кул про­ис­хо­дят хи­ми­че­ские ре­ак­ции.

В со­от­вет­ствие с атом­но-мо­ле­ку­ляр­ной тео­ри­ей, ве­ще­ства со­сто­ят из мо­ле­кул, а мо­ле­ку­лы – из ато­мов. В ходе хи­ми­че­ской ре­акции атомы, вхо­дя­щие в со­став ис­ход­ных ве­ществ, не ис­че­за­ют и не по­яв­ля­ют­ся новые атомы.

Тогда, мы можем пред­по­ло­жить, что в ре­зуль­та­те хи­ми­че­ской ре­ак­ции про­дук­ты ре­ак­ции об­ра­зу­ют­ся из ато­мов, ко­то­рые ранее вхо­ди­ли в со­став ис­ход­ных ве­ществ. Вот мо­дель хи­ми­че­ской ре­ак­ции:

Про­ана­ли­зи­ро­вав дан­ную мо­дель, мы можем вы­дви­нуть ги­по­те­зу (на­уч­но обос­но­ван­ное пред­по­ло­же­ние):

Сум­мар­ная масса про­дук­тов ре­ак­ции долж­на быть равна сум­мар­ной массе ис­ход­ных ве­ществ.

Еще Лео­нар­до да Винчи ска­зал: «Зна­ния, не про­ве­рен­ные опы­том, ма­те­рью вся­кой до­сто­вер­но­сти, бес­плод­ны и полны оши­бок». Зна­чит, ги­по­те­за ни­ко­гда не ста­нет за­ко­ном, если ее не под­твер­дить экс­пе­ри­мен­таль­но.

Экс­пе­ри­мен­таль­ный метод в химии начал ши­ро­ко ис­поль­зо­вать­ся после ис­сле­до­ва­ний Р. Бойля в 17 в. Ан­глий­ский есте­ство­ис­пы­та­тель про­ка­ли­вал ме­тал­лы в неза­па­ян­ных со­су­дах – ре­тор­тах и об­на­ру­жил, что после про­ка­ли­ва­ния масса ме­тал­ла ста­но­ви­лась боль­ше.

Ос­но­вы­ва­ясь на этих опы­тах, он не учи­ты­вал роль воз­ду­ха и сде­лал непра­виль­ный вывод, что масса ве­ществ в ходе хи­ми­че­ских ре­ак­ций из­ме­ня­ет­ся.

М.В. Ло­мо­но­сов, в от­ли­чие от Р. Бойля, про­ка­ли­вал ме­тал­лы не на от­кры­том воз­ду­хе, а в за­па­ян­ных ре­тор­тах и взве­ши­вал их до и после про­ка­ли­ва­ния. Он до­ка­зал, что масса ве­ществ до и после ре­ак­ции оста­ет­ся неиз­мен­ной и что при про­ка­ли­ва­нии к ме­тал­лу при­со­еди­ня­ет­ся воз­дух (кис­ло­род в то время не был еще от­крыт). Но Ло­мо­но­сов не опуб­ли­ко­вал ре­зуль­та­ты своих ис­сле­до­ва­ний.

В 1774 г. опыты Р. Бойля по­вто­рил А. Ла­ву­а­зье с со­вер­шен­но та­ки­ми же ре­зуль­та­та­ми, как и Ло­мо­но­сов. Но он сде­лал новое, очень важ­ное, на­блю­де­ние, а имен­но, что толь­ко часть воз­ду­ха за­па­ян­ной ре­тор­ты со­еди­ни­лась с ме­тал­лом и что уве­ли­че­ние веса ме­тал­ла, пе­ре­шед­ше­го в ока­ли­ну, равно умень­ше­нию веса воз­ду­ха в ре­тор­те. Вме­сте с тем часть ме­тал­ла оста­лась в сво­бод­ном виде.

Таким об­ра­зом, неза­ви­си­мо друг от друга, М.В. Ло­мо­но­сов и А. Ла­ву­а­зье под­твер­ди­ли спра­вед­ли­вость пред­по­ло­же­ния о со­хра­не­нии массы ве­ществ в ре­зуль­та­те хи­ми­че­ской ре­ак­ции.

II. Сущность закона сохранения массы

Се­год­ня закон со­хра­не­ния массы ве­ществ фор­му­ли­ру­ет­ся так:

Масса ве­ществ, участ­ву­ю­щих в ре­ак­ции, равна массе про­дук­тов ре­ак­ции.

Вывод: масса веществ до и после реакции не изменилась.

От­кры­тие за­ко­на со­хра­не­ния массы ве­ществ имело огром­ное зна­че­ние для даль­ней­ше­го раз­ви­тия химии. На ос­но­ва­нии за­ко­на со­хра­не­ния массы ве­ществ про­из­во­дят важ­ней­шие рас­че­ты и со­став­ля­ют урав­не­ния хи­ми­че­ских ре­ак­ций.

III. Закон сохранения энергии в химических реакциях

Закон сохранения массы веществ М. В. Ломоносов связывал с законом сохранения энергии. Он рассматривал эти законы в единстве. В 1905 г. А. Эйнштейн установил взаимосвязь массы и энергии. Взгляды Ломоносова подтверждены современной наукой. Закон сохранения энергии действует во всех случаях и повсюду, где одна форма энергии переходит в другую.

Закон сохранения энергии:

Количество тепловой энергии, принесённой в зону взаимодействия веществ равно количеству энергии, вынесенной веществами из этой зоны.

Конспект урока “Закон сохранения массы веществ”

Конспект урока составлен в соответствии с УМК Г.Е. Рудзитиса, Ф.Г. Фельдмана

Цель урока: формировать знания о законе сохранения массы веществ как одном из основных законов, его значении для развития химии как науки, дать понятие химических уравнений, применения закона сохранения массы для решения задач.

Планируемые результаты обучения:

Предметные. Знать суть закона сохранения массы веществ, уметь его объяснять с точки зрения атомно-молекулярного учения.

Метапредметные. Развивать критическое мышление, умение устанавливать причинно-следственные связи, прогнозировать, делать выводы, планировать и регулировать свою учебную деятельность.

Личностные. Формировать ответственное отношение к учебной деятельности, познавательную и информационную культуру, умение сотрудничать с учителем, одноклассниками.

Содержимое разработки

УМК Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман

План-конспект урока химии 8 класс

Тема урока. Закон сохранения массы веществ

Цель урока: формировать знания о законе сохранения массы веществ как одном из основных законов, его значении для развития химии как науки, дать понятие химических уравнений, применения закона сохранения массы для решения задач.

Планируемые результаты обучения

Предметные. Знать суть закона сохранения массы веществ, уметь его объяснять с точки зрения атомно-молекулярного учения.

Метапредметные. Развивать критическое мышление, умение устанавливать причинно-следственные связи, прогнозировать, делать выводы, планировать и регулировать свою учебную деятельность.

Личностные. Формировать ответственное отношение к учебной деятельности, познавательную и информационную культуру, умение сотрудничать с учителем, одноклассниками.

Оборудование: периодическая система химических элементов, весы с разновесами, двухколенные пробирки, реактивы.

1. Организационный этап. Создание позитивной рабочей атмосферы.

2. Проверка домашнего задания.

3. Сообщение темы, цели урока, ожидаемых результатов. Мотивация учебной деятельности.

3. Актуализация опорных знаний

1. Чем характеризуются физические и химические явления? Что происходит с молекулами и атомами при химических реакциях?

2. Сформулируйте основные положения атомно-молекулярного учения.

3. Что такое валентность? Составить формулы соединений:

1 вариант – формулы оксидов натрия, кальция, алюминия;

2 вариант – водородные соединения углерода, азота, серы.

4. Усвоение новых знаний

Проблемный вопрос. В печи сожгли уголь массой 10кг, а масса образовавшейся золы составила всего 3кг. Почему?

Учитель. Изучая химические явления, вы узнали, что при их осуществлении одни вещества превращаются в другие. Вы высказали предположение, что в

химических реакциях атомы переходят из одних веществ в другие. Следовательно, продукты реакции состоят из тех атомов, которые входили в состав реагентов. Что вы можете сказать о массе реагентов и продуктов?

Учащиеся высказывают свои предположения.

Учитель рассказывает об опытах, проводимых М.В. Ломоносовым и

А. Лавуазье, формулирует закон сохранения массы веществ.

Учащиеся рассматривают анимации (электронное приложение к учебнику).

Учитель. Мы с вами тоже можем экспериментально проверить этот закон.

Демонстрация опытов, иллюстрирующих закон.

Взаимодействие мела с кислотой.

Взаимодействие хлорида бария и сульфата натрия.

Обсуждение результатов опытов. Учащиеся делают вывод.

Учитель. Таким образом, закон сохранения массы веществ дает возможность не только записывать ход реакции, составлять уравнения, но и делать по ним расчеты.

5. Закрепление. Использование полученных знаний

Работа по учебнику. Вопросы №1 – 4, стр.65 (устно).

Решение задач на закон сохранения массы веществ

Магний соединяется с серой в соотношении 3:4. Сколько потребуется исходных веществ для получения 70г сульфида магния?

Согласно закону сохранения массы веществ, при взаимодействии 3г магния и 4г серы образуется 7г сульфида магния. Так как необходимо получить 70г сульфида магния, то массы реагентов нужно увеличить в 10 раз, то есть взять 30г магния и 40г серы.

Какая масса водорода прореагировала с кислородом массой 16г, если образовалось 18г воды?

В соответствии с законом сохранения массы веществ суммарная масса водорода и кислорода равна массе воды.

6. Контроль и коррекция полученных знаний

10г кальция вступило в реакцию с 4г кислорода. Определите массу полученного оксида кальция.

При сгорании 8г метана образовалось 22г углекислого газа и 18г воды. Какая масса кислорода участвовала в химической реакции?

7. Домашнее задание

Изучить параграф 19, выполнить тестовые задания №1,2,

дополнительно: подготовить вопросы одноклассникам по закону сохранения массы веществ.

Комментарии к домашнему заданию.

8. Итог урока. Рефлексия

Достигли ли вы ожидаемых результатов?

Над какими навыками, умениями необходимо дополнительно поработать дома?

Что понравилось на уроке? Что не понравилось? Что для вас было наиболее сложным?

О чем хотели бы услышать на следующем уроке?

Читайте также:
Урок 16. Кислоты и основания
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: