Строение пламени свечи. Исследовательская деятельность на уроках химии Тема: «Горение. Строение пламени. Почему пламя свечи горит вертикально

Огонь сам по себе является символом жизни, значение его трудно переоценить, так как он с давних времен помогает человеку согреться, видеть в темноте, готовить вкусные блюда, а также защищаться.

История пламени

Огонь сопровождал человека еще с первобытного строя. В пещере горел огонь, утепляя и освещая ее, а отправляясь за добычей, охотники брали с собой горящие головни. На смену им пришли просмоленные факелы - палки. С помощью них освещались темные и холодные замки феодалов, а громадные камины отапливали залы. В античные времена греки использовали масляные лампы - глиняные чайнички с маслом. В 10-11 веках стали создавать восковые и сальные свечи.

В русской избе до многие столетия горела лучина, а когда в середине 19 века из нефти начали добывать керосин, в обиход вошли керосиновые лампы, позже - газовые горелки. Ученые и сейчас занимаются изучением строения пламени, открывая новые его возможности.

Цвет и интенсивность огня

Для получения пламени необходим кислород. Чем больше кислорода, тем лучше процесс горения. Если раздувать жар, то в него попадает свежий воздух, а значит - кислород, и когда тлеющие кусочки дерева или угольки разгораются, возникает пламя.

Пламя бывает разных цветов. Дровяное пламя костра танцует желтым, оранжевым, белым и голубыми цветами. Цвет пламени зависит от двух факторов: от температуры горения и от сжигаемого материала. Для того чтобы увидеть зависимость цвета от температуры, достаточно проследить за накалом электрической плиты. Сразу после включения спирали нагреваются и начинают светиться тусклым красным цветом.

Чем больше они накаляются, тем ярче становятся. И когда спирали достигают наивысшей температуры, они становятся яркого оранжевого цвета. Если бы можно было накалить их еще больше, они бы изменили свой цвет к желтому, белому, и, в конце концов, к голубому. Голубой цвет обозначал бы наивысшую степень нагрева. Подобное происходит и с пламенем.

От чего зависит строение пламени?

Оно мерцает разными цветами, в то время, когда фитиль сгорает, проходя сквозь тающий воск. Огонь требует доступ кислорода. Когда свеча горит, в середину пламени, возле дна, много кислорода не попадает. Поэтому оно выглядит более темным. Но вершина и бока получают много воздуха, поэтому там пламя очень яркое. Оно нагревается более чем 1370 градусов по Цельсию, это делает пламя свечи в основном желтого цвета.

А в камине или в костре на пикнике можно увидеть даже больше цветов. Дровяной огонь горит при температуре ниже, чем свеча. Поэтому он выглядит больше оранжевым, чем желтым. Некоторые частицы углерода в огне очень горячие и придают ему желтизны. Минералы и металлы, такие как кальций, натрий, медь, нагреты до высоких температур, придают огню разнообразные цвета.

Цвет пламени

Химия в строении пламени играет немалую роль, ведь его различные оттенки происходят от разных химических элементов, которые находятся в горящем топливе. Например, в огне может присутствовать натрий, который входит в состав соли. Когда натрий горит, он излучает яркий желтый свет. Еще в огне может быть кальций - минерал. Например, кальция очень много в молоке. Когда кальций нагревается, он излучает темно-красный свет. А если в огне присутствует такой минерал, как фосфор, он даст зеленоватый цвет. Все эти элементы могут быть как в самом дереве, так и других материалах, попавших в огонь. В конце концов, смешивание всех этих разных цветов в пламени может образовать белый цвет - совсем как радуга цветов, собранных вместе, образует солнечный свет.

Откуда берется огонь?

Схема строения пламени представляет собой газы в горящем состоянии, в которых находятся составные плазмы или твердые дисперсные вещества. В них происходят физические и химические превращения, которым сопутствует свечение, выделение тепла и нагрев.

Языки пламени образовывают процессы, сопровождаемые горением вещества. Если сравнивать с воздухом, газ имеет меньшую плотность, но под действием высокой температуры он поднимается вверх. Так и получаются долгие или короткие языки пламени. Чаще всего имеет место мягкое перетекание одной формы в другую. Чтобы увидеть такое явление, можно включить горелку обычной газовой плиты.

Огонь, воспламенившийся при этом, не будет равномерным. Зрительно пламя можно разделить на три главные зоны. Простое изучение строения пламени свидетельствует о том, что различные вещества горят с формированием разного типа факела.

При воспламенении газовоздушной смеси сначала формируется короткое пламя, с голубым и фиолетовым оттенком. В нем можно рассмотреть зелено-голубое ядро в форме треугольника.

Зоны пламени

Рассматривая, какое строение имеет пламя, выделяют три зоны: во-первых, предварительную, где начинается нагрев смеси, выходящей из отверстия горелки. После нее идет зона, где совершается процесс горения. Эта область захватывает верх конуса. Когда не хватает притока воздуха, сгорание газа идет частично. При этом образовываются оксид углерода и остатки водорода. Их горение происходит в третьей зоне, где присутствует хороший доступ кислорода.

Для примера представим строение пламени свечи.

Схема горения включает:

• первую - темную зону;
• вторую - зону свечения;
• третью - прозрачную зону.

Нитка свечи не поддается горению, а только совершается обугливание фитиля.

Строение пламени свечи представляет собой раскаленный поток газа, поднимающийся вверх. Процесс начинается с нагревания, пока не происходит испарение парафина. Зону, прилежащую к нити, именуют первой областью. Она имеет незначительное свечение голубого оттенка из-за избытка количества горючего материала, но малого поступления кислорода. Тут происходит процесс частичного сгорания веществ с образованием чадного газа, который затем окисляется.

Первую зону охватывает светящаяся оболочка. В ней находится достаточный объем кислорода, который способствует окислительной реакции. Именно здесь при интенсивном накаливании частичек оставшегося топлива и угольных частичек наблюдается эффект свечения.

Вторая зона охвачена чуть заметной оболочкой с высокой температурой. В нее проникает много кислорода, что содействует полному сгоранию топливных частичек.

Пламя спиртовки

Для различных химических опытов применяют мелкие резервуары со спиртом. Их именуют спиртовками. Строение пламени подобно свечному, но все же имеет свои особенности. Фитиль просачивается спиртом, чему содействует капиллярное давление. При достижении вершины фитиля происходит испарение спирта. В виде пара он воспламеняется и горит при температуре не больше 900 °C.

Строение пламени спиртовки имеет обычную форму, оно почти бесцветное, со слегка голубоватым оттенком. Его зоны более размытые, чем у свечи. В спиртовой горелке, основа пламени находится над калильной сеткой горелки. Углубление пламени ведет к снижению объема темного конуса, а из отверстия выходит светящаяся зона.

Химические процессы в пламени

Процесс окисления проходит в неприметной зоне, которая расположена вверху и имеет наивысшую температуру. В ней частички продукта горения поддаются окончательному сгоранию. А излишек кислорода и нехватка топлива ведут к сильному процессу окисления. Этой способностью можно пользоваться при быстром нагревании веществ над горелкой. Для этого вещество окунают в верхушку пламени, где горение совершается значительно быстрее.

Восстановительные реакции происходят в центральной и нижней части пламени. Тут находится достаточный запас горючего и небольшой доступ кислорода, необходимый для процесса горения. При добавлении в эти зоны кислородсодержащих веществ происходит отщепление кислорода.

Как восстановительное пламя рассматривают процесс распада железа двухвалентного сульфата. При проникновении FeSO 4 в середину факела, происходит сначала его нагрев, а потом распад на оксид трехвалентного железа, ангидрид и двуокись серы. В этой реакции происходит восстановление серы.

Температура огня

Для любой области пламени свечки или горелки свойственны свои показатели температуры, зависящие от доступа кислорода. Температура открытого пламени в зависимости от зоны может меняться от 300 °C до 1600 °C. Примером выступает диффузионное и ламинарное пламя, строение трех его оболочек. Конус пламени в темной области имеет температуру нагрева до 360 °C. Над ним расположена зона свечения. Ее температура нагрева варьируется от 550 до 850 °C, что приводит к расщеплению горючей смеси и процессу ее сгорания.

Наружная область слегка заметна. В ней нагрев пламени достигает 1560 °C, что объясняется свойствами молекул горящего вещества и скоростью поступления окислителей. Здесь процесс горения самый энергичный.

Очищающий огонь

В пламени заключается огромный энергетический потенциал, свечки используются в ритуалах очищения и прощения. А как приятно посидеть возле уютного камина тихими зимними вечерами, собравшись семьей и обсуждая все, что произошло за день.

Огонь, пламя свечи несут громадный заряд позитивной энергии, ведь недаром сидящие у камина ощущают покой, уют и умиротворение в душе.

В процессе горения образуется пламя, строение которого обусловлено реагирующими веществами. Его структура поделена на области в зависимости от температурных показателей.

Определение

Пламенем называют газы в раскаленном виде, в которых присутствуют составляющие плазмы или вещества в твердой дисперсной форме. В них осуществляются преобразования физического и химического типа, сопровождающиеся свечением, выделением тепловой энергии и разогревом.

Наличие же в газообразной среде ионных и радикальных частичек характеризует его электрическую проводимость и особое поведение в электромагнитном поле.

Что такое языки пламени

Обычно так называют процессы, связанные с горением. По сравнению с воздухом, газовая плотность меньше, но высокие температурные показатели обуславливают поднятие газа. Так и образуются языки пламени, которые бывают длинными и короткими. Часто происходит и плавный переход одних форм в другие.

Пламя: строение и структура

Для определения внешнего вида описываемого явления достаточно зажечь Появившееся несветящееся пламя нельзя назвать однородным. Визуально можно выделить три его основные области. Кстати, изучение строения пламени показывает, что различные вещества горят с образованием различного типа факела.

При горении смеси из газа и воздуха вначале происходит формирование короткого факела, цвет которого имеет голубые и фиолетовые оттенки. В нем просматривается ядро - зелено-голубое, напоминающее конус. Рассмотрим это пламя. Строение его разделяется на три зоны:

1. Выделяют подготовительную область, в которой происходит нагревание смеси из газа и воздуха при выходе из отверстия горелки.
2. За ней следует зона, в которой происходит горение. Она занимает верхушку конуса.
3. Когда имеется недостаток воздушного потока, газ сгорает не полностью. Выделяется углерода двухвалентный оксид и водородные остатки. Их догорание протекает в третьей области, где есть кислородный доступ.

Теперь отдельно рассмотрим разные процессы горения.

Горение свечи

Горение свечи подобно горению спички или зажигалки. А строение пламени свечи напоминает раскаленный газовый поток, который вытягивается вверх за счет выталкивающих сил. Процесс начинается с нагревания фитиля, за которым следует испарение парафина.

Самую нижнюю зону, находящуюся внутри и прилегающую к нити, называют первой областью. Она обладает небольшим свечением из-за большого количества топлива, но малого объема кислородной смеси. Здесь осуществляется процесс неполного сгорания веществ с выделением который в дальнейшем окисляется.

Первую зону окружает светящаяся вторая оболочка, характеризующая строение пламени свечи. В нее поступает больший кислородный объем, что обуславливает продолжение окислительной реакции с участием топливных молекул. Температурные показатели здесь будут выше, чем в темной зоне, но недостаточные для конечного разложения. Именно в первых двух областях при сильном нагревании капелек несгоревшего топлива и угольных частичек появляется светящийся эффект.

Вторая зона окружена слабозаметной оболочкой с высокими температурными значениями. В нее заходит много кислородных молекул, что способствует полному догоранию топливных частичек. После окисления веществ, в третьей зоне светящийся эффект не наблюдается.

Схематическое изображение

Для наглядности представляем вашему вниманию изображение горения свечи. Схема пламени включает:

1. Первую или темную область.
2. Вторую светящуюся зону.
3. Третью прозрачную оболочку.

Нить свечи не подвергается горению, а только происходит обугливание загнутого конца.

Горение спиртовки

Для химических экспериментов часто используют небольшие резервуары со спиртом. Их называют спиртовками. Фитиль горелки пропитывается залитым через отверстие жидким топливом. Этому способствует давление капиллярное. При достижении свободной верхушки фитиля, спирт начинает испаряться. В парообразном состоянии он поджигается и горит при температуре не более 900 °C.

Пламя спиртовки имеет обычную форму, оно практически бесцветное, с небольшим оттенком голубого. Его зоны не так четко видны, как у свечки.

У названной в честь ученого Бартеля, начало огня располагается над калильной сеткой горелки. Такое заглубление пламени приводит к уменьшению внутреннего темного конуса, а из отверстия выходит средний участок, который считается самым горячим.

Цветовая характеристика

Излучения различных вызывается электронными переходами. Их еще называют тепловыми. Так, в результате горения углеводородного компонента в воздушной среде, синее пламя обусловлено выделением соединения H-C. А при излучении частичек C-C, факел окрашивается в оранжево-красный цвет.

Трудно рассмотреть строение пламени, химия которого включает соединения воды, углекислого и угарного газа, связь OH. Его языки практически бесцветны, так как вышеуказанные частички при горении выделяют излучения ультрафиолетового и инфракрасного спектра.

Окраска пламени взаимосвязана с температурными показателями, с наличием в нем ионных частиц, которые относятся к определенному эмиссионному или оптическому спектру. Так, горение некоторых элементов приводит к изменению цвета огня в горелке. Отличия в окрашивании факела связаны с расположением элементов в разных группах системы периодической.

Огонь на наличие излучений, относящихся к видимому спектру, изучают спектроскопом. При этом было установлено, что простые вещества из общей подгруппы оказывают и подобное окрашивание пламени. Для наглядности используют горение натрия в качестве теста на данный металл. При внесении его в пламя, языки становятся ярко-желтыми. На основании цветовых характеристик выделяют натриевую линию в эмиссионном спектре.

Для характерно свойство быстрого возбуждения светового излучения атомарных частиц. При внесении труднолетучих соединений таких элементов в огонь горелки Бунзена происходит его окрашивание.

Спектроскопическое исследование показывает характерные линии в области, видимой для глаза человека. Быстрота возбуждения светового излучения и простое спектральное строение тесно взаимосвязаны с высокой электроположительной характеристикой данных металлов.

Характеристика

В основе классификации пламени лежат следующие характеристики:

• состояние агрегатное сгорающих соединений. Они бывают газообразной, аэродисперсной, твердой и жидкой формы;
• тип излучения, которое может быть бесцветным, светящимся и окрашенным;
• распределительная скорость. Существует быстрое и медленное распространение;
• высота пламени. Строение может быть коротким и длинным;
• характер передвижения реагирующих смесей. Выделяют пульсирующее, ламинарное, турбулентное перемещение;
• визуальное восприятие. Вещества горят с выделением коптящего, цветного или прозрачного пламени;
• температурный показатель. Пламя может быть низкотемпературным, холодным и высокотемпературным.
• состояние фазы топливо - окисляющий реагент.

Возгорание происходит в результате диффузии или при предварительном перемешивании активных компонентов.

Окислительная и восстановительная область

Процесс окисления протекает в слабозаметной зоне. Она самая горячая и располагается вверху. В ней топливные частицы подвергаются полному сгоранию. А наличие в кислородного избытка и горючего недостатка приводит к интенсивному процессу окисления. Этой особенностью следует пользоваться при нагревании предметов над горелкой. Именно поэтому вещество погружают в верхнюю часть пламени. Такое горение протекает намного быстрее.

Восстановительные реакции проходят в центральной и нижней части пламени. Здесь содержится большой запас горючих веществ и малое количество O 2 молекул, осуществляющих горение. При внесении в эти области осуществляется отщепление O элемента.

В качестве примера восстановительного пламени используют процесс расщепления железа двухвалентного сульфата. При попадании FeSO 4 в центральную часть факела горелки, происходит вначале его нагревание, а затем разложение на оксид трехвалентного железа, ангидрид и двуокись серы. В данной реакции наблюдается восстановление S с зарядом от +6 до +4.

Сварочное пламя

Данный вид огня образуется в результате сгорания смеси из газа или пара жидкости с кислородом чистого воздуха.

Примером служит формирование пламени кислородно-ацетиленового. В нем выделяют:

• зону ядра;
• среднюю область восстановления;
• факельную крайнюю зону.

Так горят многие газокислородные смеси. Различия в соотношении ацетилена и окислителя приводят к разному типу пламени. Оно может быть нормального, науглероживающего (ацетиленистого) и окислительного строения.

Теоретически процесс неполного сгорания ацетилена в чистом кислороде можно охарактеризовать следующим уравнением: HCCH + O 2 → H 2 + CO +CO (для реакции необходима одна моль O 2) .

Полученный же молекулярный водород и угарный газ реагируют с воздушным кислородом. Конечными продуктами является вода и оксид четырехвалентного углерода. Уравнение выглядит так: CO + CO + H 2 + 1½O 2 → CO 2 + CO 2 +H 2 O. Для этой реакции необходимо 1,5 моля кислорода. При суммировании O 2 получается, что 2,5 моль затрачивается на 1 моль HCCH. А так как на практике трудно найти идеально чистый кислород (часто он имеет небольшое загрязнение примесями), то соотношение O 2 к HCCH будет 1,10 к 1,20.

Когда значение пропорции кислорода к ацетилену меньше 1,10, возникает науглероживающее пламя. Строение его имеет увеличенное ядро, очертания его становятся расплывчатыми. Из такого огня выделяется копоть, вследствие недостатка кислородных молекул.

Если же соотношение газов больше 1,20, то получается окислительное пламя с кислородным избытком. Лишние его молекулы разрушают атомы железа и другие компоненты стальной горелки. В таком пламени ядерная часть становится короткой и имеет заострения.

Температурные показатели

Каждая зона огня свечи или горелки имеет свои значения, обусловленные поступлением кислородным молекул. Температура открытого пламени в разных его частях колеблется от 300 °C до 1600 °C.

Примером служит пламя диффузионное и ламинарное, которое образовано тремя оболочками. Конус его состоит из темного участка с температурой до 360 °C и недостатком окисляющего вещества. Над ним располагается зона свечения. Ее температурный показатель колеблется от 550 до 850 °C, что способствует разложению термическому горючей смеси и ее горению.

Внешняя область едва заметная. В ней температура пламени доходит до 1560 °C, что обусловлено природными характеристиками топливных молекул и быстротой поступления окисляющего вещества. Здесь горение наиболее энергичное.

Вещества воспламеняются при разных температурных условиях. Так, металлический магний горит только при 2210 °С. Для многих твердых веществ температура пламени около 350 °С. Возгорание спичек и керосина возможно при 800 °С, тогда как древесины - от 850 °С до 950 °С.

Сигарета горит пламенем, температура которого варьируется от 690 до 790 °С, а в пропан-бутановой смеси - от 790 °С до 1960 °С. Бензин воспламеняется при 1350 °С. Пламя горения спирта имеет температуру не более 900 °С.

Горение различных видов топлива обычно сопровождается пламенем. Пламя - это горящие газы или пары. Чтобы изучить строение пламени, воспользуемся свечой. Зажжем ее и присмотримся к внешнему виду пламени. В нем обнаруживаются три части: внутренняя, темная часть, прилегающая к фитилю, вокруг нее светящийся конус и снаружи едва заметная оболочка (рис. 37). Сам фитиль не горит (обгорает лишь загнутый конец его).

Рис. 37. Строение пламени свечи. а - внутренний "темный" конус, б - средний светящийся конус, в - наружная часть пламени

Исследуем состав каждой части пламени. Если во внутреннюю часть пламени ввести конец стеклянной трубки (рис. 38), то по ней будет выходить беловатый дымок, который можно зажечь. Это пары парафина. Итак, внутренний темный конус пламени образован парами парафина.

Внесем на короткое время холодный предмет; например фарфоровую чашечку, в среднюю часть пламени - светящийся конус. Чашечка закоптится, покроется сажей. Значит, в светящемся конусе содержится свободный углерод. Состав внешнего конуса пламени парафина нам известен; это конечные продукты горения парафина - водяной пар и двуокись углерода.

Внесем на короткое время в пламя лучинку, как показано на рисунке 39.

Лучинка обуглится лишь в тех местах, которые оказались во внешнем конусе. Значит, в нем температура пламени наивысшая.

Откуда же берется уголь в средней части пламени? При поднесении зажженной спички к фитилю парафин плавится и начинает испаряться. Пары, поднимающиеся от фитиля, загораются. Вследствие высокой температуры в средней части пламени происходит сухая перегонка парафина - разложение его паров на уголь и горючие газы. Газы сгорают за счет подтекающего к пламени снизу воздуха, а за счет выделяющейся при их горении теплоты частички угля раскаляются добела, они и придают пламени светимость. Увлекаясь во внешнюю часть пламени, эти частички в свою очередь сгорают в двуокись углерода, светимость пламени здесь утрачивается, а температура еще более возрастает.

Если в пламя свечи вдувать при помощи паяльной или стеклянной трубки воздух, пламя становится почти несветящимся и копоть на внесенной в него фарфоровой чашке не оседает. Это объясняется тем, что при обильном притоке воздуха частички угля быстро сгорают и не задерживаются в пламени.

Так же образуется пламя и в топках печей.

1. Опишите строение пламени и опыты, с помощью которых можно определить состав его частей. В какой из них температура пламени наивысшая?
2. * Если выставить горящую свечу на солнечный свет, то на поставленной за нею бумаге появится темная тень именно от той части пламени свечи, которая ярко светится. Почему?
3. Все ли вещества горят с образованием пламени?
4. Как сделать пламя некоптящим?

>> Практическая работа № I. Строение пламени

Практическая работа № I

Строение пламени. Простейшие операции в химическом эксперименте

Перед выполнением практической работы внимательно прочитайте правила техники безопасности в химическом кабинете (с. 22) и строго их соблюдайте.

Будьте осторожны, работая с огнем.

Опыт I

Изучение «строения» пламени

Зажгите свечу. Вы увидите, что пламя неоднородное (рис. 19). В нижней, темной, части пламени температура невысокая. Из-за недостатка воздуха горение здесь почти не происходит. Вещество, из которого изготовлена свеча, сначала плавится, а затем превращается в газообразные горючие вещества.

Рис. 19. Строение пламени

В средней части пламени температура выше.

Здесь часть веществ сгорает, а остальные распадаются с образованием горючих газов и частиц сажи. Твердые частицы раскаляются и светятся. Поэтому эта часть пламени самая яркая.

Докажите наличие частиц сажи, поместив в среднюю часть пламени фарфоровые чашку или шпатель. Что наблюдаете?

Верхняя часть пламени имеет самую высокую температуру. В ней все вещества сгорают полностью; при этом образуются углекислый газ и водяной пар.

Опыт 3

Переливание раствора

Осторожно перелейте часть раствора соли из стакана в пробирку до 1/3-1/4 ее объема. После этого перелейте примерно 2 мл раствора из этой пробирки в другую. Обе пробирки поставьте в штатив.

1 Учитель может заменить поваренную соль кальцинированной содой или окрашенным веществом (например, медным купоросом).

Опыт 4

Нагревание жидкости в пробирке, закрепленной в штативе

Пробирку с 2 мл раствора соли закрепите наклонно в лапке штатива ближе к отверстию. Зажгите спиртовку1. Отрегулируйте высоту положения лапки в штативе так, чтобы нижняя часть пробирки находилась в верхней части пламени. Возьмите спиртовку в руку и равномерно прогрейте всю пробирку. Затем поставьте спиртовку под пробирку и нагрейте раствор в ней до кипения. He допускайте выброса жидкости из пробирки!

Отставьте спиртовку, не гася ее, для следующего опыта.

Опыт 5

Нагревание жидкости в пробирке, закрепленной в пробиркодержателе

Закрепите вторую пробирку с раствором соли в пробиркодержателе. Сначала равномерно нагрейте всю пробирку, а потом - ту ее часть, где находится жидкость. Как только раствор закипит, отставьте спиртовку и погасите ее, накрыв колпачком.

He вынимая пробирку из пробиркодержателя, вылейте горячий раствор в стакан и положите пробирку вместе с пробиркодержателем на специальную подставку для охлаждения. He ставьте горячую пробирку в пластмассовый штатив!

14. Из каких частей состоит пламя? Охарактеризуйте их.
15. В каком случае жидкость в колбе закипит быстрее: когда пламя охватывает всю колбу или когда ее дно находится в верхней части пламени? Ответ обоснуйте.
16. Почему при нагревании пробирки нужно сначала всю ее прогреть?
17. В какую сторону следует направлять отверстие пробирки, в которой нагревают жидкость?
18. Почему нельзя ставить горячую пробирку в пластмассовый штатив?

1 Вместо спиртовки можно использовать сухое горючее.

Попель П. П., Крикля Л. С., Хімія: Підруч. для 7 кл. загальноосвіт. навч. закл. - К.: ВЦ «Академія», 2008. - 136 с.: іл.

Урок-исследование «Горение. Строение пламени»

Цели:

Через систему познавательных задач формирование знания о строении и составе пламени; формирование умения выдвигать гипотезу, проверять ее, устанавливать закономерности, искать новые факты, которые подтвердили бы правильность выдвинутой гипотезы и установленной за5кономерности; используя проблемный подход к обучению, направлять поисковую деятельность учащихся на решение системы взаимосвязанных внутри - и меж предметных учебных проблем;

Развивать познавательную активность, умение наблюдать окружающий мир, задумываться над его внутренней сутью.

Воспитывать аккуратность, самостоятельность

Реактивы и оборудование: углекислый газ и кислород (в колбах), скипидар, фарфоровая чашка,

Наборы: свеча, лучина, спички, спиртовка, тигельные щипцы, стеклянная трубка, предметное стекло, железная решетка, стеклянная воронка, химический стакан

Ход урока.

Этап 1. Актуализация знаний.

Цель данного этапа урока - создание эмоционального настроя учащихся, формирование интереса к уроку, постановка учебной задачи.

Звучит тихая музыка, под которую учитель зачитывает отрывок из поэмы Эсхила "Прикованный Прометей":

Слайд 1

"...Огонь
Я смертным дал и вот за что наказан,
Похитил я божественную искру,
Сокрыл в стволе сухого тростника,
И людям стал огонь любезным братом,
Помощником, учителем во всем…"

Сегодня я предлагаю вам исследовать "божественную искру", огонь, который, по преданиям, в далекой древности принес людям Прометей, узнать при этом много нового и интересного о, казалось бы, самых привычных явлениях

Слайд 2

Для чего это нужно?

Необходимость – Для осуществления многих процессов предметы, вещества нагревают в пламени горючих материалов. При горении расходуется топливо. Если процесс горения выйдет из-под контроля, может произойти пожар. Пожар – горение, которое человек стремится прекратить. Значит, знание строения пламени поможет разумно расходовать топливо и бороться с пожарами.

Личный интерес – Я использую горение при приготовлении и разогревании еды. Нужно знать, как правильно использовать огонь для нагревания, как бороться с пожаром.

А теперь посмотрите на демонстрационный стол, Перед вами две колбы, совершенно одинаковые на вид. В одной из них - кислород, в другой – углекислый газ. Как их распознать? В конце нашего занятия вы сможете ответить на этот вопрос, и даже экспериментально распознать эти вещества. Какое отношение имеют эти два газа к теме нашего урока? Оказывается, самое прямое. Чтобы убедиться в этом, я предлагаю вам исследовать строение и состав пламени.

Этап 2. Исследование. Поисковая деятельность учащихся.

Исследование строения пламени.

(Учитель зажигает свечу).

Перед вами пример экзотермической реакции – процесс горения свечи.

Какие реакции называют экзотермическими?

Так что же такое – пламя? Не правда ли, вопрос немного странный, как и вопрос «Что такое жизнь?» И все же мы попытаемся ответить на этот вопрос.

Наблюдение за горящей свечой – дело увлекательное, занимательное, интересное. Но любая практическая работа предусматривает соблюдения правил по технике безопасности. Какие правила по технике безопасности мы будем соблюдать сегодня на уроке?

Слайд 3

Техника безопасности

Инструкция №1

Не пробуйте вещества на вкус.

В случае ожога, пореза обращайтесь к учителю или лаборанту.

Не приступайте к выполнению опыта, не зная, что и как нужно делать.

Не загромождайте свое рабочее место предметами, которые не потребуются для выполнения опыта. Работайте спокойно, без суетливости, не мешая соседям.

Обращайтесь бережно с посудой, веществами и лабораторными принадлежностями.

Закончив работу, приведите рабочее место в порядок.

Слайд 4

Инструкция №2

Стекло – хрупкий материал, имеющий малое сопротивление при ударе и незначительную прочность при изгибе. Категорически запрещается использовать посуду, имеющую трещины и отбитые края.

Предметное стекло вначале прогревают полностью, а затем вносят в зону тёмного конуса горящей свечи.

Инструкция№3

Первая помощь при ожогах:

Ожог первой степени обрабатывают этиловым спиртом, затем, для снятия болевых ощущений, глицерином и накладывают сухую стерильную повязку. Во всех остальных случаях накладывают стерильную повязку после охлаждения места ожога и обращаются в медпункт.

Первая помощь при порезах:

а) в первую очередь, необходимо остановить кровотечение (давящая повязка, пережатие сосуда);

б) если рана загрязнена, грязь удаляют только вокруг неё, но ни в коем случае – из глубинных слоёв раны. Кожу вокруг раны обеззараживают йодной настойкой или раствором бриллиантовой зелени;

в) после обработки рану закрывают стерильной салфеткой так, чтобы перекрыть края раны, и плотно прибинтовывают обычным бинтом;

г) после получения первой помощи обратиться в медпункт.

Зажгите свечу. (Свечи бывают разные, мы с вами будем пользоваться парафиновой свечой)

Что вы наблюдаете?

(При горении видим свет, внизу под пламенем свечи плавится парафин, образуя круглую лужицу)

О каком явлении – физическом или химическом, это свидетельствует?

(Это свидетельствует о физическом явлении (плавление, световое явление))

Осторожно поднесите руку к свече. Что вы ощущаете при горении? (Тепло)

О каком явлении - физическом или химическом, это свидетельствует?

(Выделение тепла – признак химической реакции)

Слайд 6

Значит, уже сейчас мы можем сказать, что горение – это и физический, и химический процесс.

А теперь внимательно посмотрите на пламя свечи. Какие вы можете различить цвета пламени?

Слайд 7

(При горении свечи можно различить три цвета – это голубой цвет, красно-оранжевый и бледно-желтый цвета). Каждому цвету соответствует определенная температура. Давайте попробуем определить, какая часть пламени самая горячая. Внесите спички поочередно в каждую из трех частей пламени. Спичка загорается быстрее в той зоне, температура которой выше. Что у нас получилось?

Слайд 8

(Самая высокая температура – в верхней части пламени, самая низкая – в нижней части)

То, что во внешней части пламени температура самая высокая, можно убедиться с помощью ещё одного опыта. Внесем на короткое время лучинку в нижнюю часть пламени. Лучинка обуглится лишь в местах, которые оказались во внешнем конусе. Значит, в нем температура пламени наивысшая.

Слайд 9

Действительно, нижней части пламени соответствует температура 700°С, средней части красно-оранжевого цвета - 1100°С, а верхней части бледно-желтого цвета - 1400°С.Теперь вам известно, в какой части пламени следует нагревать пробирки при выполнении практических и лабораторных работ.

Какую форму имеет пламя свечи?

Пламя свечи имеет своеобразную конусовидную форму, которую ей придают поднимающиеся вверх теплые потоки воздуха. Физики это явление называют конвекцией. Осторожно задуйте свечи, зарисуйте строение пламени, подпишите температуру каждой части пламени.

Исследование состава пламени.

А сейчас исследуем, из чего состоит пламя, одинаков ли состав каждой зоны пламени.

Итак, мы с вами убедились, что в первоначальный момент времени после зажигания свечи парафин плавится, Но через некоторое время парафин загорается. Для подвода расплавленного парафина в зону горения служит фитиль. Сам фитиль не горит, обгорает лишь загнутый конец его.

Слайд 10

Какие реакции называют реакциями горения? (Реакции горения – реакции вещества с кислородом, протекающие с выделением теплоты и света)

Запишем схему реакции горения парафина. Парафин – смесь сложных веществ, состоящих из углерода и водорода.

СхНу + О2 → СО2 + Н2 О

Исследуем состав каждой части пламени. Зажгите свечи.

исследование внутренней части пламени

Слайд 11

Для этого с помощью тигельных щипцов внесем один конец стеклянной трубки во внутреннюю часть пламени, а к другому поднесем горящую лучину. Сначала из трубки выходит белое газообразное вещество, при поднесении горящей лучины оно загорается.

Предположите, какое это вещество? (Газообразный парафин)

Можно сделать вывод: внутренняя часть пламени представляет собой газообразный парафин (запись).

исследование средней части пламени

Слайд 12

Для исследования средней части пламени на несколько секунд внесем фарфоровую чашку (или предметное стекло) во внешнюю часть пламени (белое дно чашки останется неизменным), и на секунду – в среднюю часть пламени. Дно чашки покрывается копотью (сажей). Сажа – это углерод. Значит, в светящемся конусе содержится свободный углерод (уголь) в виде мелких частичек сажи. Откуда же берется уголь в средней части пламени? Вследствие высокой температуры в средней части пламени происходит разложение паров парафина. При этом образуются мельчайшие частички угля, которые раскаляются от высокой температуры.

Почему средняя часть пламени ярко светится? (Потому что частицы углерода сильно раскалены)

Вывод: средняя часть пламени состоит из раскаленных частиц угля.

исследование внешней части пламени

Слайд 13

Анализируя схему реакции горения парафина, можно предположить, что во внешней третьей зоне пламени образуются углекислый газ и вода. Чтобы убедиться в этом, проведем эксперимент. Устанавливаем свечу на железную решетку, зажигаем ее и накрываем воронкой. Через некоторое время воронка запотевает в результате образования воды. Горящая лучина, поднесенная к верхнему отверстию воронки, гаснет, т.к. через него выходит другой продукт реакции – углекислый газ, а он не поддерживает горение.

Вывод: во внешней части пламени находятся вода и углекислый газ.

А сейчас зажгите спиртовки. Посмотрите внимательно на пламя спиртовки.

Что общего в строении пламени свечи и спиртовки? В чем различия? Почему средняя часть пламени спиртовки не видна? (Содержание углерода в спирте меньше, чем в парафине)

(После этого демонстрируется горение скипидара. Учащиеся объясняют причину чадящего пламени скипидара – высокое содержание углерода, который не успевает полностью сгореть)

Итак, мы с вами ознакомились со строением и составом пламени, и сможем ответить на вопрос, что же такое пламя. (Пламя – поднимающийся над горящим предметом огонь; светящийся газ, выделяемый при горении некоторыми веществами). Кроме этого, мы вспомнили, что такое горение.

Условия возникновения и прекращения горения

Огонь – благо или зло?

Огонь – это огромное благо для человека, но может стать и злом; неконтролируемый огонь приводит к пожарам. Чтобы не случилось такого страшного явления, мы должны знать меры по предупреждению пожаров. А чтобы знать, как прекратить горение, мы должны знать условия возникновения горения.

Слайд 14

Зажгите свечу, Вы только что выполнили первое условие начала горения. Какое?

нагревание горючего вещества до температуры воспламенения.

А сейчас прекратите доступ кислорода к свече: для этого накройте ее перевернутым стаканом. Что произошло? Объясните, почему? (Свеча постепенно гаснет, потому что нет доступа кислорода). Второе условие начала горения:

2) доступ кислорода.

В наличии этих условий можно убедиться в ходе следующего опыта. Учитель демонстрирует условия горения с помощью прибора Фарадея (рис.5). Две широкие стеклянные трубки соединены вырезанным в доске желобом, скрытым от глаз учащихся. В одну из вертикальных трубок учитель ставит зажженную свечу - она продолжает гореть, так как в результате конвекции продукты горения уносятся вверх по трубке, а свежие порции воздуха поступают через соседнюю трубку. Что будет со свечой, если закрыть рукой отверстие соседней трубки, через которую поступает кислород? Учитель делает это, в результате свеча гаснет.

Таким образом, для горения свечи необходим кислород, образуются же при этом вода, углекислый газ и выделяется теплота.

Исходя из условий начала горения, вы можете предположить, как прекратить горение:

1) понижение температуры;

2) прекратить доступ кислорода

Слайд 15

Как этого достичь? Применение воды (охлаждает, а ее пары затрудняют доступ кислорода), использование песка, углекислого газа (в огнетушителях); если площадь возгорания небольшая, накрыть очаг воспламенения плотной тканью.

Бывает, что при возгораниях в помещении люди совершают большую ошибку: чтобы избавиться от дыма, открывают окна. Этого делать ни в коем случае нельзя. Почему? (Обеспечивается приток кислорода, следовательно, усиливается горение).

Как выбираться из задымленного помещения, охваченного огнем?

А теперь вернемся к началу нашего урока. Итак, определите, в какой колбе кислород, а в какой – углекислый газ. Как вы это сделаете? (Горящей лучиной)

Этап 3. Выходной тест «Горение свечи»

Предлагаю решить тест, оценить полученные знания. Выберите правильные варианты ответов.

Слайд 16

Для горения свечи необходимы условия:

А. Наличие кислорода

Б. Наличие углекислого газа

В. Нагревание до температуры воспламенения

Г. Постоянное нагревание

2. Роль кислорода в процессе горения:

Б. Поддерживает горение

В. Присутствует, но не участвует в реакции

Г. Нагревает вещества

3. Чтобы увеличить пламя свечи, нужно:

А. Смочить фитиль свечи спиртом

Б. Нагреть свечу

В. Увеличить подачу кислорода

Г. Накрыть свечу банкой

4. Средняя часть пламени самая яркая, потому что:

А. Светятся пары парафина

Б. Светятся частички раскаленной сажи

В. Светится кислород

Г. Светится углекислый газ

Слайд 17

Самопроверка: Ответы: 1. А, В 2. Б 3. В 4. Б

Этап 5. Рефлексия

Надеюсь, что в ходе нашего урока вы узнали много нового и важного, что может пригодиться в жизни.

В ходе урока вы пытались овладеть самым главным в процессе познания – умением находить истину с помощью доказательств, т.е. проводить исследование. Многие ученые прошлых веков опирались в своих научных изысканиях лишь на интуицию и в результате нередко приходили к ошибочным заключениям.

Слайд 18

Сейчас я предложу вам небольшой тест. Поставьте плюсики за утверждения.

Рефлексивный тест:

Я узнал(а) много нового.

Мне это пригодится в жизни.

На уроке было над чем подумать.

На все возникшие у меня вопросы я получил(а) ответы.

На уроке я поработал(а) добросовестно.

Подсчитайте количество плюсиков. Такую же оценку вы поставили мне за урок.

И закончить урок хочется словами М.Фарадея, исследовавшего явления, связанные с горением свечи: «“…Я могу только выразить вам свое пожелание, чтобы вы могли с честью выдержать сравнение со свечой, т.е. могли бы быть светочем для окружающих, и чтобы во всех ваших действиях вы подражали красоте пламени, честно выполняя свой долг перед человечеством”.

Использованные ресурсы: