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能量转移1:热化学

你需要的东西

材料

  • 电脑
  • 3 250毫升或更大的烧杯或刻度气缸
  • 氯化钙,固体形式
  • 硝酸铵,固体形式
  • 3个温度计
能量转移1:热化学©2012 Clipart.com.

目的

通过进行热/冷组件实验,帮助学生掌握热化学。


语境

本课程是第一个有关能量转换的三部分系列。所有三个课程都具有提高学生对能源转移的理解的一般目的,其在化学变化中的作用以及可能影响这种变化的因素。然后每个课程都有特定的目的。能量1或2的转移可以按任何顺序完成;然而,建议在能量3转移之前完成能量1和2的转移。

能量转移1:热化学旨在提高学生对热和化学反应的理解。

能量转移2:电化学旨在增加学生对电子转移及其在化学变化中的作用的理解。

能量3的转移3:防锈和腐蚀通过暴露于他们在生活中观察到的过程来增强学生对热化学和电化学的理解。本课程允许学生了解能源转移如何在生锈和腐蚀的化学变化中,并了解影响这一过程的因素。

在小学结束时,学生应该了解有关能源转换的几点。学生应该知道,当暖和物体放在较冷的物体(距离或彼此相邻)时,较温暖的物体将内部能量(发射为热)转移到冷却器,直到它们都达到相同的温度。他们应该了解发出热量的东西也可以发出其他各种能量,包括光。而且,任何时候都会产生一件事摩擦别的东西和机械和电机的热量。学生还应该知道一些材料传播比其他材料更好的热量(导体差的材料可以减少来自物体的热量)。

这种先决条件知识有助于中学生学习以下四个关于能源转型的四点:

  • 无法创建或销毁能量,但只从一种形式改变到另一个形式。
  • 宇宙中的大部分事情 - 从爆炸星星和生物生物增长到机器的运作和人们的运动 - 涉及某种形式的能量被转化为另一个形式。热量的能量几乎总是能量变换的产品之一。
  • 通过辐射通过原子的碰撞或横跨空间通过材料转移热量。如果材料是流体的,则将在其上设立电流,以帮助热量传递。
  • 能量出现不同的形式。热能在分子的无序运动中;化学能量处于原子的排列;机械能处于动身体或弹性扭曲的形状;引力能量在分离相互吸引的肿块中。

在这个早期阶段,学生们可能会在能量和能量来源之间产生一些混淆。专注于能量转换或许能在某种程度上解决这个问题。食物、汽油和电池显然会耗尽。但是它们所包含的能量并没有消失;它通过物理或化学过程转化为其他形式的能量。

热量本身对学生来说是一个令人惊讶的艰难的想法,他们将其与温度的想法彻底混淆。学生需要大量的工作,让学生成功地进行区分,热/温度区别可以加入质量/重量,速度/加速,以及电力/能量区别作为主题,即出于素养,不值得非凡的话学习他们所需的时间。由于散热能量处于较低的温度下,一些学生对热量和温度的混乱导致它们推断出的能量量减少了。另一方面,一些学生的想法,即散热能量被“耗尽”或“消耗”可能是可抵御的真理。

最适用于热化学的研究显示了关于热,温度和化学变化的以下信息:

热水和温度
经过多年的教学,学生在解释热现象时不能很好地区分热和温度。他们认为温度是热的度量单位,这种信念特别不易改变。需要长期的教学干预,高中学生开始区分热和温度。(科学素养基准,p。337.。)

传热
有些中学生很难从热量传递的角度解释加热和冷却的过程。有些人认为“冷”正在从一个较冷的物体传递到一个较热的物体,另一些人认为“热”和“冷”同时传递。初中生和高中生都难以将热交换现象解释为相互作用。例如,一些学生认为物体会自动冷却或释放热量——也就是说,没有接触到较冷的物体。即使经过了指导,学生们还是很难放弃他们天真的想法,认为一些物质(如面粉、糖或空气)不能加热,或者金属能很快变热是因为“它们吸热”、“吸收热量”或“保温好”。中学生甚至认为,在相同的环境中,不同的材料如果感觉不同(比如金属感觉比木头冷),其温度也会不同。因此,学生没有认识到温度均衡的普遍趋势。很少有学生(初中和高中)知道传热的分子基础,即使在教学后。虽然特别设计的教学,而不是传统的教学似乎给学生更好的理解传热,一些困难往往仍然存在。(科学素养基准,PP。337-338.。)

节能减排
对于那些每天都在使用“能源”这个术语的初高中学生来说,节能的想法似乎是反直觉的。然而,在传授节能理念的同时传授散热理念可能有助于缓解这一困难。初中和高中学生倾向于用他们对能量的直观概念来解释节能理念。例如,一些学生将“能量既不创造也不毁灭”的概念解释为能量储存在系统中,甚至可以以其原始形式再次释放。尽管适应学生在能量方面的困难的教学方法似乎比传统的科学教学更成功,但尽管这些方法存在上述主要缺陷。(科学素养基准,PP。338.。)

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动机

为了学习这门课,学生们应该用他们的热化学是什么?学生表格访问热化学在Chem4kids网站上,将被引入热化学主题。

向学生询问以下问题。这些问题在网站上涉及学生在此级别的常见误解中的信息。在每个问题之后给学生时间让他们有时间写出他们的想法热化学是什么?学生表。接下来,让学生分享他们写下的内容。

注意:问题4-6涉及一些学生普遍存在的误解,因此你可能希望在进入下一部分之前更详细地讨论这些问题的答案。

  • 什么是寒冷,何时何地,为什么我们觉得它?
    (“冷”是没有热量的。我们感到一种耐寒物质,因为该物质从我们的皮肤上取出动能,从我们的皮肤转移到较冷的物质。我们感觉到这种变化为“冷”。
  • 化学反应如何剥夺或吸收热量?
    (原子之间的化学反应形式和断裂键。不同的键含有不同数量的能量 - 净能量丧失作为“热量”,并将能源的净增益作为“冷。”
  • 温度计如何读取温度?
    (能量从溶液转移到温度计灯泡。灯泡内的流体 - 通常是酒精或汞,随着能量的流入而膨胀。温度计的渐变测量膨胀量。)
  • 什么是内部能量,热量是什么,以及温度是多少?
    (内能是组成一个物体的分子的总动能;热是这种能量传递的方式;温度是一个物体的组成原子的平均动能。)
  • 鉴于一滴水加热至95摄氏度,加热到90摄氏度的加仑水,具有更大的内部能量?哪个温度越大?
    (加仑具有更大的内部能量,因为在一加仑水中有更多的水分子。由于加热至95摄氏度的水分子,水分子比加热至90摄氏度的水分子具有更高的平均动能。)
  • 当柜台上留出一罐热水并冷却到室温,热量在哪里?
    (热量散失到周围环境中,包括空气中。)

接下来,向学生解释这与节能概念有关:房间的总能量最初等于空气中的能量和水罐中的能量;在锅中冷却后,空气中的能量增加,罐中的能量降低,但房间的总能量是相同的。


发展

在这部分课程中,您和您的学生将进行实验,其中您将确定水与氯化钙或硝酸铵混合时水的温度如何变化。

分手冷热包装学生的学生表随时随地追随并完成实验。你可以参考冷热包装教师表,了解学生表中的问题。

冷热包装实验程序

  • 服用三种250毫升或更大的烧杯,用水填充它们,然后加一个温度计。记录温度。
  • 然后,将大约25克氯化钙添加到一个烧杯,25克硝酸铵到第二次,并在没有任何化学物质的情况下离开第三个。
  • 连续搅拌以确保混合(学生志愿者应该能够帮助),并随着时间的推移观察温度的变化。
  • 每五分钟记录每五分钟的温度,共30分钟。
  • 让学生志愿者回答学生表上列出的问题。必要时帮助学生回答。

评估

通过问这些问题来复习学生在冷热包实验中学到的知识:

  • 在商用热包装和冷包装中,这两种化学品在使用前是如何分开保存的?
    (它们通过脆弱的连接分成袋子。对包装的急剧吹吹干并产生所需的效果。)
  • 将两倍的化学品产生两倍的温差?
    (不,在能量的两倍将被释放或吸收,能量将与外部环境更加容易地交换。该过程比化学品与水的反应更快。对于商业包,科学家们确定了添加剂的最佳比例创造适当的温度。)
  • 什么是热化学?
    (这是化学部门,研究化学反应中的温度。)

延期

跟随本课的下两个课程在能量转移系列:


可以找到更多引人入胜的热化学实验吸热和放热反应在化学网站About.com上。看看页面底部的两个反应!


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课程细节

成绩 主题 类型 项目2061基准 国家科学标准

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