Урок в 8-м классе "Кипение"

Цель урока:  Изучить процесс парообразования – кипение. Осмыслить общее и различие в процессах испарения и кипения.

Оборудование:  колба с водой, спиртовка, горючее, насос, таблица, ацетон в пробирке, термометр, таблица «Что надо знать о явлении».

Цели:
Образовательные: Обеспечение восприятия, осмысления и первичные запоминание знаний, связей между явлениями испарения и кипения, выявление пробелов, неверных представлений и их коррекция.
Развивающие:     Обеспечение мотивации и принятия учащимися цели учебно-познавательной деятельности, актуализация опорных знаний и умений.
Воспитательные:   На данном уроке идет формирование умения наблюдать, оно важно для подготовки учащихся к практической деятельности выполнения экспериментальных работ. Восприятие, мышление и речь учащихся объединяются при наблюдении в единый процесс умственной деятельности.

Учитель: Вещества могут находиться 3-х агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном. (Например: лед, вода, водяной пар). При определенных условиях вещества могут переходить из одного агрегатного состояния в другое.

Твердые тела могут переходить в жидкое состояние (рис.1).  Этот процесс называется плавлением.

Жидкости – в газообразное состояние (рис.2). Этот процесс называется парообразованием.
Твердые тела тоже могут переходить в газообразное  состояние. Это процесс называется сублимацией. (Лед испаряется →белье сохнет на морозе).
Мы знаем два способа перехода жидкости в газообразное состояние – испарение и кипение. Процесс испарения мы с вами изучали на прошлом уроке, а кипение – эта тема сегодняшнего урока. Но вначале мы с вами проведем фронтальный опрос по пройденной теме. По вашим ответам можно будет установить правильность и осознанность усвоения процесса испарения. По количеству поднятых рук, дополнений, можно судить о вашей подготовке к уроку. Ну и ваши ответы, ваше внимание помогут вам усвоить тему «Кипение». Итак, внимание.

Учитель: Какое явление называется испарением ?

• Парообразование, происходящее с поверхности жидкости называется испарением.

Учитель: Каковы внешние признаки процесса испарения?

• В открытом сосуде масса жидкости вследствие испарения уменьшается.

Учитель: От каких причин зависит и как зависит скорость испарения жидкости?

• От рода вещества: одни жидкости испаряются быстро (спирт), другие медленно (масло растительное). Причина: различная сила притяжения между молекулами.
• От температуры: чем больше t , тем процесс испарения протекает быстрее.
• Наличие ветра над поверхностью жидкости. При ветре процесс испарения увеличивается.
• От площади поверхности жидкости. Чем больше площадь поверхности, тем быстрее скорость испарения жидкости. 

Учитель: Почему испарение может происходить при любой t? А испаряющаяся жидкость охлаждается? На каком опыте это можно доказать?

•    При любой t найдутся молекулы, у которых скорость, а следовательно и кинетическая энергия будет больше средней кинетической энергии остальных молекул. Они то и покидают жидкость при испарении, а средняя кинетическая энергия остающихся в жидкости молекул уменьшается. И если нет притока энергии к жидкости извне, испаряющаяся жидкость охлаждается. Например, если спиртом или эфиром смочить руку, то мы будем ощущать охлаждение. (Можно прослушать дополнительный материал, подготовленный учащимися об учитывании процесса испарения в практической жизни).

Учитель: На доске записано определение процесса кипения, а также план изложения нового материала.
 Кипение – это процесс перехода жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.
«Что надо знать о явлении».

1. Внешние признаки явления.
2. Условия, при которых протекает  явление.
3. Сущность явления и механизм его протекания.
4. Определение явления.
5. Связь данного явления с другими.
6. Использование явления на практике.

Опыт 1.

Учитель.    Будем нагревать воду в открытом сосуде.

При нагревании испарение с поверхности  воды усиливается – появляется туман: это водяной пар конденсируется в воздухе  при охлаждении. Сам пар невидим.

На рис.4 можно увидеть изменения, происходящие с пузырьками воздуха внутри жидкости при нагревании от комнатной температуры  до температуры кипения.
Учитель: Проследим за ростом одного из пузырьков, образовавшегося на дне сосуда       (Рис.4 А).

Что это за пузырьки?

• Это растворенный в воде воздух.

Учитель. При нагревании излишек воздуха выделяется из воды в виде пузырьков. Внутрь этих пузырьков и происходит испарение. Они оседает на микроцарапинах на стенках сосуда.
Учитель. По мере нагревания воды пузырьки становятся крупнее, многочисленнее. Почему они поднимаются вверх?

• На них действует сила Архимеда.

Учитель. Увеличение объема пузырька приводит к увеличению силы Архимеда.
F = rж qV, которая заставляет его оторваться. (Рис. 4Б).
Поднимающийся пузырек, попадая в верхние, более холодные слои воды, уменьшаются в размере, т. к. содержащийся в нем пар конденсируется, и пузырек захлопывается  Рис. 4.В). Захлопывание пузырька происходит быстро. Быстрые изменения объема пузырьков вызывают характерный шум жидкости перед ее кипением. Это явление называют кавитацией.
Наконец, когда вся вода прогреется, поднимающиеся пузырьки не будут уменьшаться в размере и достигают поверхности, выбрасывая пар во внешнее пространство. Рис. 4.Г). Шум при этом прекращается и начинается «бульканье» - вода закипела. Температура пара кипящей жидкости и есть температура кипения. Следовательно, жидкость кипит при такой температуре, при которой давление пара внутри пузырька равно внешнему давлению. Температура кипения - эта температура при которой жидкость кипит.
Температура кипения  различных жидкостей С
(при нормальном атмосферном давлении).

Учитель. Какова температура кипения воды? Спирта? Эфира? Ацетона?

• 100^оС, 78^оС, 35^оС, 57^оС – при нормальном атмосферном давлении.

Учитель. При кипении температура жидкости не изменятся, а только увеличивается процесс парообразования.  С увеличением атмосферного давления температура кипения жидкости повышается, а с его уменьшением - понижается. Этот вывод подтверждается опытом.
Опыт 2. Кипение воды при пониженном давлении. Рис.5

На рис.6 приведен график зависимости температуры кипения воды от внешнего давления.
Вода кипит при 100 С только при нормальном атмосферном давлении. При давлении 10 атм. температура кипения поднимается до 180 С. А на высоких горах, где атм. давление равно, например, 350 мм. рт. ст., вода закипает уже при 80 С. Если же внешнее давление снизить до 4,5мм. рт. ст., то вода будет кипеть при 0 С. Зависимость температуры кипения от внешнего давления используется:
а) в медицине; б) в жизни; в) в производстве.
а) В медицинских учреждениях в герметически закрытых сосудах – автоклавах t кипения значительно выше 100^оС. Автоклавы применяют для стерилизации хирургических инструментов, т.к. не все микробы погибают при 100^оС.
б) При подъеме в горы атмосферное давление уменьшается, поэтому уменьшается t кипения. На высоте 7134 м (пик Ленина на Памире) вода кипит при 70^оС. Сварить мясо в этих условиях невозможно.
в) Выпаривание сахарного сиропа при пониженном давлении и низкой t в сахарном производстве, чтобы не подгорел сахар.
Учитель. При неизменном внешнем давлении температура кипящей жидкости не повышается, даже если продолжать подвод тепла, т. к. подводимая энергия идет на образование пара. Поэтому ожоги паром опаснее, чем кипятком.
Опыт 3. Наблюдение явления кипения ацетона. (Опустить пробирку с ацетоном в горячую воду и пронаблюдать кипение ацетона. Ацетон кипит при температуре 52 С).
При наблюдении кипения ацетона использовать 1-6 пункты «Что надо знать о явлении» и рассказать процесс кипения ацетона согласно указанным пунктам, т. е
вначале образуются мелкие пузырьки воздуха на дне и стенках сосуда, а затем внутри всего объема жидкости. С увеличением температуры объемы пузырьков возрастают и они начинают подниматься вверх. На поверхности жидкости пузырьки лопаются, находящийся в них водяной пар выходит в атмосферу-жидкость кипит (кипение-процесс объемный).
Учитель.  Каковы отличительные признаки процесса испарения от процесса кипения?
Заполняется на доске таблица.

Учитель. Для различных жидкостей одной и той же массы требуется различное количество теплоты для обращения их в пар при t кипения.
l - удельная теплота парообразования  - физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость в пар массой 1кг без изменения t. 
Удельная теплота парообразования некоторых веществ, Дж/кг
(при температуре кипения и нормальном атмосферном давлении)

Учитель. Что означает lв=2,3 ∙10⁶?

• для того, чтобы 1кг воды при 100^оС превратить в пар, требуется 2,3∙10⁶Дж теплоты.

Учитель. А сколько энергии потребуется для превращения в пар 2кг воды при t кипения?

• в два раза больше, т.е. 4,6 10 Дж

Учитель. Следовательно, количество теплоты для парообразования m кг жидкости при температуре кипения этой жидкости будет иметь вид: Q=l∙m
Учитель. Соприкасаясь с холодным предметом, водяной пар конденсируется, при этом выделяется энергия, поглощенная при образовании пара. Точные опыты показывают, что конденсируясь, пар отдает то количество энергии, которое пошло на его образование. Количество теплоты, выделяющееся при конденсации, определяется той же формулой.
Q= -l ∙m
Задача. Какое количество теплоты требуется для превращения воды массой 300г, взятой при температуре 20^оС в пар.
Дано: m=0,3кг

Изобразим процесс нагревания воды и процесс кипения на графике Рис.7.

Учитель. Что происходит на участке графика АВ?

• Нагревание воды от 20^оС до 100^оС.

Учитель. Как определить Q при нагревании воды от 20^оС до 100^оС.

• Q=mcDt=mc(t₂-t₁)

Д/З §19,20. Упр. 11(4).
Если останется время, проводится проверочная работа на 12 -15 минут.

К уроку:
1. Таблица («Что надо знать о явлении»)
2. Опыт 1. Процесс кипения (колба с водой, насос, термометр, пробка, горючее).
3. Опыт 2. Кипение воды при пониженном давлении.
4. Опыт 3. (Сосуд с горячей водой – 70-75^о, пробирки с ацетоном, сверху закрыт ватой).
5. Тестовые работы 2-х видов на 2 варианта.
а) Качественные задачи по проверке усвоения теоретического материала – 6 мин.
б) Графическое распознавание процессов плавления, отвердения, кипения – 6 мин.