Заключение к главе «Законы 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

Основные законы химии

Закон сохранения массы и энергии

Один из фундаментальных и общих законов природы — закон сохранения массы — был открыт М.В.Ломоносовым и Л.Лавуазье независимо друг от друга:

Общая масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна общей массе веществ, образующихся в результате реакции.

Из закона сохранения массы веществ следует важный следствие закона сохранения массы: количество атомов каждого элемента до и после реакции остается постоянным.

Реакция между Н 2 и О 2 с образованием Н 2 О — подтверждение следствия из закона сохранения массы: количество атомов каждого элемента, которые содержатся в исходных веществах, равно числу атомов этого элемента в продуктах реакции.

Сам Ломоносов считал, что закон сохранения массы веществ является частью более общего закона природы и может быть распространен на другие формы движения материи. Он утверждал, что тело, которое своим толчком возбуждает другое тело к движению, теряет от своего движения столько же, сколько отдает другому. Согласно гипотезе Ломоносова изменения в природе происходят так, что если к чему-то несколько прибавилось, то это отнимется у чего-то другого.

Эта гипотеза была развита только после открытия второй части универсального закона природы — закона сохранения энергии (Майер, 1842 г.):

Энергия не возникает и не исчезает бесследно, а лишь превращается из одной формы в другую в эквивалентных количествах.

Законы сохранения массы и энергии отражают принцип сохранения материи и движения , сущность которого заключается в современном виде формулируется так:

В изолированной системе сумма масс и энергий является постоянной, то есть суммарные массы и энергии веществ, вступающих в реакцию, равны суммарным массам и энергиям продуктов реакции.

Закон сохранения энергии как философский принцип не выводится из более общих постулатов. С физической точки зрения он является следствием однородности времени, то есть тот факт, что законы природы в течение времени не изменяются.

Энергия — это мера движения и взаимодействия различных видов материи. При любых процессах в изолированной системе энергия не возникает и не уничтожается, она может только переходить из одной формы в другую. Например, энергия химического взаимодействия может превращаться в тепловую энергию излучения.

Закон постоянства состава

Сущность закона постоянства состава (Пруст, 1801 г.) заключается в том, что каждое химическое соединение независимо от способа и условий ее добычи имеет определенный массовый состав.

Соотношение между массами элементов, входящих в состав определенной соединения, являются постоянными и не зависят от способа получения этого соединения.

Этот закон не имеет абсолютного обобщенного характера, поскольку в природе существует два типа соединений — с постоянным и с переменным составом.

Соединения, которые имеют постоянный состав и целочисленное атомное соотношение компонентов, называются Дальтониды .

К ним относятся вещества, которые в обычных условиях находятся в газообразном (СО2 , NH3 , NO, HCl) или жидком (Н2О, С6Н6) состоянии или могут быть легко переведены в них, а также кристаллические вещества с молекулярной структурой (I2 , лед).

Соединения переменного состава, в которых стехиометрические соотношения компонентов не соответствуют целым числам, называются бертоллидами .

Бертоллиды не имеют молекулярной структуры. К ним относится подавляющее большинство кристаллических соединений переходных d- и f- элементов: оксиды, гидриды, нитриды, сульфиды, карбиды и другие бинарные соединения. Следует заметить, что на постоянство состава влияет и изотопный состав, например, в обычной воде Н2О и в тяжелой воде D2О массовые доли кислорода различаются.

Итак, состав химических соединений зависит от типа химической связи, агрегатного состояния веществ, изотопного состава и условий их добычи и может быть как постоянным, так и переменным. Поэтому в настоящее формулировки закона постоянства состава внесены некоторые уточнения:

Если химическое соединение имеет молекулярную структуру, то независимо от условий добычи состав ее остается постоянным. Состав химического соединения, не имеющего молекулярной структуры, может изменяться в определенных пределах в зависимости от условий добычи.

Закон объемных соотношений Гей-Люссака

В химических реакциях с участием газов очень часто наблюдается изменение объема реакционной системы. В отличие от постоянства массы веществ, участвующих в реакции и образуются вследствие нее, при взаимодействии газов объем реакционной системы может увеличиваться, уменьшаться или оставаться неизменным. Соотношение между объемами газов устанавливает закон объемных соотношений Гей-Люссака (1808 г.):

Соотношение объемов газов, вступающих в реакцию и образующихся в результате нее, представляет собой соотношение простых чисел, которые являются кратными стехиометрических коэффициентов, стоящих в уравнении реакции перед формулами соответствующих газов.

Этот закон справедлив только в том случае, когда объемы газов измерены при одинаковых условиях.

Из закона Гей-Люссака следует, что стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции являются кратными к объемам газов, которые взаимодействуют и образуются.

С помощью закона объемных соотношений можно рассчитать объемы газов или устанавливать состав исходного газа.

Закон Авогадро

Одним из важнейших газовых законов является закон Авогадро:

В равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое количество молекул:

N=const, если P,V,T=const, где NN — количество молекул; P, V, T — давление, объем, температура соответственно.

Но поскольку число молекул в реальных образцах вещества очень велико, то была введена универсальная количественная характеристика, которая описывает численный состояние веществ:

Количество вещества ν (или n ) — это физическая величина, определяемая числом частиц — структурных элементов вещества: молекул, атомов, ионов, ионных ассоциатов и тому подобное.

Единицей ее измерения является [ моль ] — одна из основных единиц системы СИ.

Моль — это количество вещества, содержащее столько же структурных элементов вещества, сколько атомов содержится в изотопе углерода-12 массой 12 · 10 -3 кг.

Установлено, что масса одного атома изотопа углерода-12 составляет 19,92 · 10 -27 кг. Тогда число атомов N в 12 · 10 -3 кг равна:

Число, равное 6,02 · 10 23 моль -1 , называется постоянной Авогадро.

Постоянная Авогадро обозначается NA и указывает на число частиц — структурных элементов веществе, количество которой составляет 1 моль и поэтому имеет размерность моль -1 .

Итак, моль любых структурных элементов — это такое количество вещества, которое содержит 6,02 · 10 23 частиц. Например, 1 моль Н2О состоит из 6,02 · 10 23 молекул Н2О и содержит 2 моль (или 2 · 6,02 · 10 23 ) атомов Н и 1 моль (или 6,02 · 10 23 ) атомов В ; 1 моль SO4 2- содержит 6,02 · 10 23 ионов SO4 2- , в том числе 1 моль (6,02 · 10 23 ) атомов S и 4 моль (4 * 6,02 · 10 23 ) атомов О .

Количество вещества связано с числом частиц N и постоянной Авогадро NA зависимостью ν=N/NA.

Масса одного моля вещества называется молярной массой этого вещества, она обозначается через М .

Молярная масса — это физическая величина, определяемая отношением массы вещества к количеству вещества, которое ей отвечает: M=m/ν.

Единицей измерения молярной массы в системе СИ является [кг / моль], но в химии чаще пользуются внесистемной величиной [г / моль], или [г × моль -1 ].

Молярная масса М связана с относительной молекулярной массой Mr и постоянной Авогадро NA зависимостью M=Mr⋅NA⋅1а.в.м.

Например, относительная молекулярная масса оксида углерода равна Mr(CO2)=12+2⋅16=44, а атомная единица массы составляет 1 а.о.м. = 1,66 × 10 -24 г, тогда молярная масса будет М (СО2 ) = 44 × 6,02 · 10 23 · 1,66 · 10 -24 = 44г / моль.

То есть молярная масса численно равна относительной молекулярной массе, но имеет совсем другой физический смысл: Мr характеризует массу одной молекулы, а М — массу одного моля, то есть 6,02 · 10 23 молекул .

Закону Авогадро подлежат все газы независимо от размеров их молекул. Не подлежат ему газы в условиях низких температур и высокого давления, а также вещества в жидком или твердом состоянии. Это объясняется так. Как известно, объем, занимает определенное количество вещества, определяется тремя параметрами: числом составляющих частиц, расстояниями между ними и их размерами. В газах в условиях высоких температур и низкого давления расстояния между молекулами в тысячи раз больше их размеры, поэтому размерами молекул можно пренебречь. В результате объем газа будет оговариваться уже только двумя параметрами: числом молекул и расстояниями между ними. Но при одинаковых условиях (давление и температура) расстояния между молекулами в различных газах одинаковы, поэтому в этом случае равные объемы различных газов содержат одно и то же число молекул.

При низких температурах и под высоким давлением расстояния между молекулами в газах уменьшаются и становятся соизмеримыми с размерами самих молекул, поэтому объем газа зависит от размеров молекул, а газы перестают подлежать закону Авогадро.

Очень часто бывает необходимым знать молярную массу воздуха, которая исчисляется как и молярная масса любой смеси газов с учетом объемной доли φφ каждого газа.

Объемные доли кислорода и азота в воздухе примерно составляют φ(O2)≈0,2 (или 20%), φ(N2)≈0,8 (или 80%). Тогда молярная масса воздуха:

М воздуха =φ(O2)× М (О 2 ) + φ(N2) × М (N2 ) = 0,2 × 32 + 0,8 × 28 = 29г / моль.

1-е следствие закона Авогадро

Один моль любого газа при нормальных условиях (н.у.) занимает объем примерно 22,4 л (0,0224 м 3 ).

Эта величина называется молярным объемом , обозначается V M и измеряется в [л / моль] или [м 3 / моль].

Нормальными условиями считаются: Р = 101325Па (

10 5 Па) = 1 атм = 760мм рт.ст., Т = 273,15К или t = 0 0 С.

Молярный объем — это эмпирически установленная величина на основе соотношений:

где ρρ — плотность газа, [г / л], или [кг / м 3 ].

Молярный oбьем газов: при н.у. V M = 22,4л / моль

Молярный объем в отличие от молярной массы не является постоянной величиной, а зависит от условий (Р, Т), поэтому VM как понятие употребляют обычно для газов при н.у. Молярный объем связан с другими величинами (объемом V , количеством вещества ν , молярной массой М , плотностью ρ, Числом Авогадро NA и количеством частиц N ) соотношениями:

2-е следствие закона Авогадро

Отношение плотности одного газа в плотности другого газа при одинаковых условиях равна отношению их молярных масс М или относительных молекулярных масс Мr .

Эта величина называется плотностью одного газа по другому и обозначается буквой d или D:

ρ1= ρ2⋅ d2ρ1=ρ2⋅d2 (газа 1), ρ2= ρ1/ d2ρ2=ρ1/d2 (газа 1)

М (газа 1) = d 2 (1) × M (газа 2) M (газа 2) = M (газа 1) / d 2 (газа 1).

Относительная плотность d — это величина безразмерная, она показывает, насколько один газ тяжелее другого.

Основные газовые законы

Состояние газа характеризуется его объемом, давлением и температурой. Между этими величинами экспериментально были установлены следующие законы:

  1. Закон Бойля-Мариотта (изотермический) сокращенно записывается так:
    • при Т = const
    • Р 1 · V 1 = Р 2 · V 2 , или Р · V = const;
  2. Закон Гей-Люссака (Изобарный)
    • при Р = const
    • V 1 / T 1 = V 2 / T 2 , или V / T = const.
  3. Закон Шарля (Изохорный)
    • при V = const
    • Р 1 / T 1 = Р 2 / T 2 , или Р / T = const.

Все три закона можно объединить в один универсальный газовый закон , который описывается уравнением Клапейрона:

Зависимость для одного моля газа была выведена Менделеевым, поэтому называется уравнением Менделеева-Клапейрона. Оно содержит постоянную величину -универсальную газовую постоянную R.

Расчеты значений универсальной газовой постоянной R

Закон эквивалентов

Из закона постоянства состава следует, что элементы сочетаются друг с другом в определенных количественных соотношениях, для характеристики которых было введено понятие эквивалента и эквивалентной массы (слово эквивалентный в переводе означает равноценный ).

Эквивалентом называется условная или реальная частица вещества, которая может присоединять, замещать, отдавать или взаимодействовать иным образом с одним ионом водорода Н + или гидроксила ОН в кислотно-основных (или ионообменных) реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Например, эквивалентом азотной (азотной) кислоты реальная частица — молекула HNO3 , содержащей один ион Н + ; эквивалентом ортофосфатной (фосфорной) кислоты — условная частица, соответствует 1/3 молекуле Н3РО4 , в состав которой входят три иона Н + .

Но эквиваленты одного элемента могут быть разными — в зависимости от валентности элемента. Так же сложное соединение может иметь разные эквиваленты, что обусловлено характером ее химического взаимодействия. Например, в реакции нейтрализации ортофосфорная кислота калий гидроксидом

только два атома Н кислоты замещаются атомами К (то есть кислота показывает основность 2). Тогда согласно определению, эквивалентом H3PO4 будет условная частица, которая составляет 1 / 2H3PO4 , поскольку на один атом Н приходится именно половина молекулы H3PO4.

Итак, эквивалент — это фактически один вид молекулы, которая соответствует одному атому Н или иона Н + .

Число, показывающее, какая часть молекулы или иной частицы вещества соответствует эквиваленту, называется фактором эквивалентности fЕ .

Эквивалент и фактор эквивалентности: а) fЕ (HCl) = 1; б) fЕ (CaCl2 ) = 1/2; в) fЕ (AlCl3 ) = 1/3; г) fЕ (CCl4 ) = 1/4; д) fЕ (PCl5 ) = 1/5; е) fЕ (SCl6 ) = 1/6. (Эквиваленты соединений окрашенные темным оттенком):

Поскольку эквиваленты элемента и эквиваленты сложного соединения могут быть разными, то как следствие, и фактор эквивалентности тоже будет иметь разные значения, для вычисления которого существуют простые формулы:

# физика | Загадочная энергия. Закон сохранения массы и энергии

Вселенная, включающая в себя Землю и другие объекты в космическом пространстве, состоит из материи. Материей является все, что занимает определенное пространство и обладает массой, определяющей количество материи. Метрической единицей измерения массы является грамм (г). На Земле материя принимает три основные формы: твердую, жидкую и газообразную. Вес объекта позволяет определить его массу. Чем больше его вес, тем больше масса. Разумеется, при одинаковых гравитационных условиях. Продолжаем начатое с работы повествование об энергии рассказом о том, почему Вселенная всегда содержит одинаковый объем массы и энергии. Вы сможете даже проверить это в ходе очень простого научного эксперимента.

Из чего состоит Вселенная?

«Строительными блоками» материи являются атомы. Базовые химические вещества, состоящие из атомов одного типа, называются элементами. Соединяясь вместе, атомы образуют связи. Вещества, состоящие из нескольких типов атомов, называют сложными. Существует два типа таких соединений — молекулярные и ионные соединения.

Примером ионного соединения является хлорид натрия (поваренная соль). Такие соединения состоят из ионов (атомов или групп атомов, обладающих электрическим зарядом). Молекулярные соединения (например вода), состоят из молекул. Молекула является мельчайшей физической частицей молекулярного соединения.

В восемнадцатом столетии французский химик Антуан Лавуазье впервые в истории человеческой цивилизации обнаружил, что в ходе химической реакции (процесса, в ходе которого атомы формируют новое вещество), материя не образуется и не исчезает. Просто химические элементы в реагентах формируют новую структуру.

При этом общая масса вещества в ходе химической реакции сохраняется, оставаясь неизменной. Масса итогового вещества равна сумме масс реагентов. Это свойство материи стало называться законом сохранения массы. Химические реактивы обладают химической энергией, которая удерживает атомы вместе. Химическая энергия является одной из форм потенциальной энергии и называется химической потенциальной энергией. Эта энергия реализуется, когда связь между атомами разрушается в процессе химической реакции.

В девятнадцатом столетии это явление стали называть законом сохранения энергии, который впервые был описан немецким ученым Юлиусом Робертом фон Майером. Согласно этому физическому закону, при обычных условиях энергия может менять свою форму, но общий ее объем во Вселенной всегда остается неизменным.

Иными словами, как и материя, никогда не возникает новой энергии и она никуда не исчезает. Только трансформируется, переходя из одной формы в другую. К примеру, когда вы поднимаете коробку с пола, энергия, которую вы получили от пищи, передается поднимаемой вами коробке.

Атом состоит из ядра (центральная часть атома), которое содержит протоны (положительно заряженные частицы) и нейтронов (частицы без заряда), а также электронов (отрицательно заряженных частиц). В 1905 году Альберт Эйнштейн выдвинул теорию, согласно которой при экстраординарных условиях масса может преобразоваться в энергию, а энергия в массу. Эти специальные условия называются ядерной реакцией, когда изменения происходят в ядре атома.

Чтобы учесть эти исключительные условия, законы сохранения были объединены в закон сохранения массы и энергии. Этот физический закон утверждает, что материя и энергия могут переходит друг в друга. При этом сумма всех масс и всей энергии во Вселенной остается неизменной. Если одного из них становится больше, то другого — меньше.

Впрочем, в повседневной жизни законы сохранения массы и энергии применяются раздельно. Когда речь идет о потере или обретении энергии, понятно, что говорится о переходе энергии из одного состояния в другое. Исключением являются только ядерные реакции, в ходе которых расщепляется ядро атома и происходит трансформация материи в энергию или наоборот.

Эксперимент

А теперь сами убедимся в том, что масса сохраняется. В ходе эксперимента следует соблюдать аккуратность, вся посуда должна быть одноразовой и утилизироваться после проведения эксперимента.

Материалы и оборудование
Два 90-миллилитровых картонных стаканчика
Мерные ложки
Водопроводная вода
Одна столовая ложка (5 миллилитров) аптечного сульфата магния
Ложка
Жидкий школьный клей
Кухонные весы
Бумажное полотенце

Ход эксперимента
1. В один из картонных стаканчиков добавьте 2 столовые ложки (10 миллилитров) водопроводной воды и сульфат магния. Перемешивайте до тех пор, пока сульфат магния не растворится или полностью, или по крайней мере его осадок будет небольшим.

2. Во второй стаканчик влейте 1 столовую ложку (5 миллилитров) жидкого школьного клея.

3. Взвесьте оба стаканчика на весах. Запишите массу каждого стаканчика и их общую массу. Обратите внимание на внешний вид содержимого каждого из стаканчиков.

4. Влейте водный раствор сульфата магния в стаканчик с клеем. Перемешайте содержимое стаканчика. Обратите внимание на его внешний вид.

5. Взвесьте пустой стаканчик и стаканчик с раствором. Запишите массу каждого из них по отдельности и общую массу. Сравните общую массу с той, которая была при предыдущем взвешивании.

6. Теперь, сопоставив массы, извлеките лопаткой белый сгусток твердого вещества, который образовался в стаканчике и переместите его на бумажное полотенце. Оберните полотенце вокруг сгустка и сожмите его, чтобы выжать лишнюю жидкость. Чем отличается сгусток от тех веществ, которыми он был образован?

Результат
Вначале один из стаканчиков содержит прозрачную жидкость, образованную сульфатом магния и водой, а второй — белый жидкий клей. После смешивания образуется белый твердый сгусток и некоторый излишек жидкости. Массы стаканчиков остаются прежними до и после смешивания.

Почему так происходит?
Смесь сульфата магния и воды формирует раствор (вещество, растворенное в жидкости). Жидкий клей тоже является раствором, состоящим из различных веществ, растворенных в воде. Когда эти два раствора соединяются, происходит химическая реакция между ее компонентами, которая ведет к образованию белого твердого материала.

Даже когда исходные реагенты распадаются на частицы и переформируются в новом порядке, все они остаются в стаканчике. По этой причине, когда вы повторно взвешиваете стаканчики, не происходит никаких изменений в их общей массе. На этом простом примере продемонстрировано сохранение массы в ходе химической реакции.

Загадок энергии немало, читайте дополнительные материалы о них в соответствующей рубрике, которая будет пополняться по мере рассмотрения все новых и новых вопросов, касающихся энергии.

Эволюция закона сохранения массы – энергии – материи

13.3. Эволюция закона сохранения массы – энергии – материи.

Все многообразие окружающего нас мира нужно рассматривать, как проявление свойств материи. Материя существует вне нас, она отображается и познается нашими органами чувств. Качественная формулировка закона сохранения материи как неучтожимой и несотворимой основы всего существующего была известна еще с античных времен.

Материя не существует вне движения и наоборот, движение не существует без материи. Качественная формулировка этого положения существовала до начала нашей эры.

В настоящем курсе мы рассмотрены и введены меры, характеризующие количество матери – массу и движение материи – энергию.

С появлением математического аппарата в физике появились и математические формулировки законов сохранения массы и энергии. Закон сохранения массы был сформулирован французским химиком А.Л. Лавуазье (1743-1794) в конце 18-го века. Он не требует специальных комментариев. Закон сохранения энергии трансформировался на протяжении полутора веков. Первоначально немецкий ученый Г.В.Лейбниц (1646-1716) сформулировал закон сохранения для механической энергии. В его формулировке утверждалось, что сумма потенциальной и кинетической энергии замкнутой системы остается постоянной во времени.

.

Первоначально теплота и механическая энергия рассматривались независимо друг от друга. Теплоту считали невидимой жидкостью, которая могла перетекать от горячего тела к холодному при контакте. До сих пор сохранились отголоски такого представления; например, говорят о “перетекании” тепла, о “теплоемкостях”. Интересно, что в рамках имеенно такого представления о теплоте Н.Л.С.Карно (1796-1832) удалось разработать теорию тепловых машин.

Первым на эквивалентность теплоты и работы обратил внимание немецкий ученый – естествоиспытатель и врач Ю.Р.Майер (1814-1878). В медицине в то время часто применялось кровопускание. Майер обратил внимание на то, что цвет крови человека меняется при изменении температуры внешней Среды температуры. В тропиках, где температура выше, цвет крови был более алым. Кровь содержала больше кислорода, который необходим для работы мышц тела. Проанализировав эти факты, Ю.Р.Майер пришел к выводу, что чем больше теплоты подводится в систему, тем меньше требуется затрат энергии из самой системы на совершение работы. Он в 1842 году рассчитал механический эквивалент теплоты.

Позднее на основе этих положений был сформулирован закон сохранения энергии, который называется первым началом термодинамики. Этот закон гласит, что теплота Q, подводимая к системе идет на совершение системой работы A и на изменение внутренней энергии системы DU. Математически первое начало термодинамики записывается так:

.

Таким образом, к середине 19-го века были окончательно сформулированы законы сохранения массы и энергии, которые трактовались как законы сохранения материи и движения.

В начале 20-го века оба эти закона подверглись коренному пересмотру в связи с появлением специальной теории относительности. Как уже отмечалось релятивистская масса зависит от скорости, следовательно, характеризует не только количество материи, но и ее движение. В разделе 12.3 выведена самую знаменитую формула 20-го века – формулу (12.10), связывающую массу и энергию тела:

.

В специальной теории относительности естественным образом слились законы сохранения массы и энергии, существовавшие в классической механике порознь. По отдельности эти законы не выполняются. Невозможно охарактеризовать количество материи (ее массу), не учитывая движения (взаимодействия) материи. Это является отражением философской концепции о неразделимости материи и движения.

Формулу иногда ошибочно интерпретируют, как тождественность массы и энергии. Это не правильно. Данная формула означает, что между энергией (мерой движения) и массой (мерой количества матери) существует взаимосвязь. Энергия и масса могут взаимно превращаться друг в друга. Количественное соотношение, определяющее этот переход и дается формулой (13.4).

В настоящее время обобщенный закон сохранения энергии можно сформулировать в следующем виде. Полная энергия замкнутой системы, включающая энергию, эквивалентную массе этой системы, не изменяется во времени.

Естественно, что вплоть до наших дней, до развития такой области физики, как атомная и ядерная физика, нельзя было найти отклонения от законов сохранения массы и энергии в их первоначальных формулировках. Конечно, если мы увеличим скорость тела, то его масса изменится. Но, для реальных тел макроскопического размера никакими весами и сейчас мы не сможем найти изменение этой массы. Например, если скорость движения человека массой 100 кг равна 100 м/с, то его энергия движения равна 1000000 Дж. Эта энергия эквивалентна массе 10 -11 кг, которую невозможно определить никакими современными методами на фоне собственной массы в 100 кг. Этот пример показывает, что на современном этапе развития техники как правило можно пользоваться старой формулировкой закона сохранения энергии.

Приведем еще один пример, показывающий, когда нужно применять новую формулировку закона сохранения энергии, и позволяющий дать интерпретацию нового закона сохранения энергии. При делении ядра урана сумма масс дочерних ядер меньше исходного ядра. Разность этих масс в соответствии с формулой (13.4) переходит в кинетическую энергию осколков деления – дочерних ядер. Масса системы (т.е. ядра) уменьшается, но увеличивается кинетическая энергия системы. Энергия при полном делении всего 1 г урана как раз и равна энергии взрыва бомбы над Хиросимой в 1945 году.

Эволюция закона сохранения энергии интересна с двух точек зрения. С одной стороны, законы сохранения, будучи почерпнутыми из опыта, нуждаются в постоянной экспериментальной проверке, в уточнении. Нельзя быть уверенным, что с расширением пределов человеческого опыта данный закон (или его конкретная формулировка) останутся справедливыми и не потребуют уточнения границ, в рамках которых они остаются справедливыми. С другой стороны, в законе сохранения энергии теснейшим образом переплелись физика и философия. Этот закон, все более уточняясь, постепенно превратился из абстрактного и неопределенного философского высказывания в точную количественную формулу.

Другие законы сохранения (импульса, момента импульса, заряда и т.д.) возникли практически сразу в количественной формулировке и не требовали в дальнейшем уточнения.

Законы сохранения массы и энергии

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Предмет и структура курса

Лекция 1

Введение в технологии продуктов питания

1. Предмет и структура курса

2. Пищевая технология

3. Основные законы (сохранения массы и энергии)

4. Материальный баланс, энергетический баланс, уравнение материального баланса.

5. Перенос энергии и перенос массы

6. Движущая сила переноса (равновесны и неравновесные системы)

7. Классификация основных переносов.

8. Принципы оптимизации технологических процессов.

Курс «Введение в технологии продуктов питания» предназначен для студентов специальности 270500 «Технология бродильных производств и виноделие».

Целью предмета является изучение научно-теоретических основ технологических процессов в пищевой промышленности, рассмотрение основного и дополнительного сырья пищевой промышленности, а также требований к его качеству, условиям хранения и транспортирования.

В рамках курса предстоит изучить научно-теоретические основы технологии производства различных пищевых продуктов (сахара, хлеба, кондитерских и макаронных изделий, продуктов масло-жирового производства, солода, безалкогольных напитков и минеральных вод, хлебопекарных дрожжей, ликеро-водочных изделий, виноградных вин, чая, консервов и пищевых кислот).

Пищевая технология – это отрасль знания прикладного характера, занимающаяся изучением способов производства продуктов.

В данном случае нашей задачей является изучение основных отраслей пищевых производств, связанных с переработкой растительного и животного сырья (в большей степени растительного, поскольку технологии производства молока и мяса мы коснемся вскользь).

Технология пищевых производств, изучающая способы переработки сырья в продукты питания, базируется на за­кономерностях фундаментальных наук — физики, химии, био­логии.

В основе науки о технологических процессах лежат основные законы природы — закон сохранения массы и закон сохранения энергии.

Вместе с тем этой науке присущи свои специфические поня­тия и законы, которым подчиняются технологические процессы, последовательно превращающие сырье в продукты питания.

В основе пищевых технологий лежит целый комплекс фи­зико-химических, биохимических и микробиологических про­цессов, в результате которых и происходит превращение сырья в пищевые продукты.

Законы сохранения массы и энергии относятся к числу фундаментальных. В этом смысле, они чем-то концептуально похожи с основными законами философии

Например: переход количества в качество – от кол-ва привнесенного извне тепла…. Изменяется что?

(структура. Пример, денатурация белка)

На их основе построены теоретические методы расчета различных физических процессов.

Законы сохранения отражают изменения в окружающем нас материальном мире при переходе материи из одного состояния в другое.

Как правило, переход материи из одного состояния в другое сопровождается изменением энергии самой системы, поэтому законы сохранения массы и энергии рассматриваются совместно.

Впервые закон сохранения массы был сформулирован в трудах М.В.Ломоносова.

Суть закона заключается в том, что материя не исчезает и не возникает вновь, а переходит из одного состояния в другое в равных количествах.

Закон сохранения массы справедлив для любых процессов.

По закону сохранения масса поступающих веществ должна быть равна массе веществ получаемых в результате проведения процесса, без учета потерь. Материальный баланс процесса или отдельного аппарата составляется на основе закона сохранения массы.

При анализе технологических процессов закон сохранения массы применяется к системам в целом или отдельным его частям (в том числе и бесконечно малым).

Общим для всех производств является наличие хотя бы одного из 2-х возможных видов переноса на каждой стадии превращения сырья в полуфабрикат или конечный продукт.

Это перенос энергии или перенос массы. Это обстоятельство было выявлено при изучении технологических процессов.

Возьмем какой-либо аппарат, в котором осуществляется технологический процесс (рис. 1).

В аппарат подаются сырье в количестве Мд и Мд и технологические добавки в количестве Мс, а из аппарата выходят готовый продукт в количестве Мр и отходы производства М%. Воспользовавшись законом сохранения массы, получим

Ма + Мв + Мс = Мd + Me

Сумма М входящего = сумма М выходящих

| следующая лекция ==>
Александр Ноткин | Итак, мы поговорим о движущей силе переноса

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Технологическая карта темы «Химические реакции. Законы сохранения массы и энергии»

ФИО: Место работы: кафедра естественнонаучного образования НИРО г. Нижний Новгород Должность: доцент Предмет: химия Класс: 8 Тема: «Химические реакции. Закон сохранения массы и энергии» Базовый учебник: , , Химия, 8 класс, 2013.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА ТЕМЫ «ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ МАССЫ И ЭНЕРГИИ»

Вещества и химические явления с позиций атомно-молекулярного учения (41 ч)

Химические реакции. Законы сохранения массы и энергии (6 ч)

Основное содержание темы

Сущность химических явлений в свете атомно-молекулярного учения.

Признаки и условия протекания химических реакций. Причины и направления протекания химических реакций.

Тепловой эффект химических реакций. Экзо – и эндотермические реакции.

Законы сохранения массы и энергии, их взаимосвязь. Составление уравнений химических реакций.

Расчеты по уравнениям химических реакций.

Типы химических реакций: разложения, соединения, замещения, обмена

Термины и понятия

Химическая реакция; признаки и условия возникновения и течения реакций; экзо – и эндотермические реакции, тепловой эффект, термохимическое уравнение; закон сохранения массы веществ при химических реакциях, взаимопревращение видов энергии; химическое уравнение; коэффициент, индекс; реакции присоединения, реакции разложения, реакции замещения, реакции обмена

    Давать определение понятиям, обобщать понятия; осуществлять сравнение и классификацию; строить логические рассуждения, устанавливать причинно-следственные связи, создавать обобщения, делать выводы. Осознанно и произвольно строить речевые высказывания. Анализировать объекты с выделением существенных и несущественных признаков, осуществлять классификацию явлений. Проводить наблюдение и эксперимент под руководством учителя. Описывать самостоятельно проведенные эксперименты, используя язык химии. Объяснять явления, выявленные в ходе эксперимента. Понимать, обобщать и интерпретировать информацию, представленную в рисунках, схемах, графиках и таблицах. Использовать знаково-символические средства для решения задач. Работать с моделями молекул (в виде формул) и химических процессов (в виде уравнений реакций).

    Планировать учебную деятельность в соответствии с учебным заданием, в том числе при выполнении эксперимента в рамках предложенных условий. Преобразовывать практическую задачу в познавательную. Выполнять учебные действия в материализованной форме, учитывать алгоритмы и правила в планировании и контроле способа решения поставленной задачи. Уметь использовать речь для регуляции своей деятельности. Осуществлять само – и взаимоконтроль и коррекцию своей деятельности в процессе достижения результата в соответствии образцами (алгоритмами).

Организация образовательной среды

Кузнецова : 8 класс: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений / , , . – М.: Вентана-Граф, 2013. Гара : 8 класс: рабочая тетрадь для учащихся общеобразовательных учреждений / , . – М.: Вентана-Граф, 2013. Ахметов к государственной итоговой аттестации (ГИА): химия: 8-9 классы: учебное пособие для учащихся общеобразовательных учреждений /. – М.: Вентана-Граф, 2013.

Индивидуальные карточки с заданиями

Примеры химических реакций разных видов: разложение малахита, дихромата аммония, получение сульфида железа, горение магния, взаимодействие соляной кислоты с карбонатом натрия и др. Опыты, иллюстрирующие закон сохранения массы вещества: горение свечи на весах с поглощением продуктов горения, обменные реакции в приборах для иллюстрации закона. Набор моделей атомов.

Вычисления по химическим уравнениям массы, количества веществ: а) вступивших в реакцию; б) образовавшихся в результате реакции

Разделы «Атомно-молекулярное учение», «Закон сохранения и превращения энергии»

Разделы «Нахождение наименьшего общего кратного», «Вычисления по пропорциям», «Решение алгебраических линейных уравнений»

Урок 1. Сущность, признаки и условия протекания химических реакций. Тепловой эффект химической реакции

Читайте также:
Урок 25. Закон Бойля-Мариотта
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: :???: :?: :!: