Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo module nhằm tăng cường năng lực tự học chương “hóa học vật liệu” và “phản ứng đốt cháy nhiên liệu”, học phần khoa học tự nhiên 2

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC NGUYỄN THU HÀ THIẾT KẾ TÀI LIỆU TỰ HỌC CÓ HƢỚNG DẪN THEO MODULE NHẰM TĂNG CƢỜNG NĂNG LỰC TỰ HỌC CHƢƠNG “HÓA HỌC VẬT LIỆU” VÀ “PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY NHIÊN LIỆU”, HỌC PHẦN KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa học Vô HÀ NỘI – 2019 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC NGUYỄN THU HÀ THIẾT KẾ TÀI LIỆU TỰ HỌC CÓ HƢỚNG DẪN THEO MODULE NHẰM TĂNG CƢỜNG NĂNG LỰC TỰ HỌC CHƢƠNG “HÓA HỌC VẬT LIỆU” VÀ “PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY NHIÊN LIỆU”, HỌC PHẦN KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chun ngành: Hóa học Vơ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS ĐĂNG THỊ THU HUYỀN HÀ NỘI – 2019 Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy giáo khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, thầy cô tổ Hóa vơ – Đại cương tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian em theo học tạo khoa thời gian em làm khóa luận tốt nghiệp Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Đăng Thị Thu Huyền – người trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn, tận tâm bảo định hướng giúp đỡ em q trình làm khóa luận tốt nghiệp Em xin cảm ơn gia đình, anh em, bạn bè, người bên, chia sẻ, động viên giúp đỡ em suốt trình em làm khóa luận tốt nghiệp Mặc dù có nhiều cố gắng khóa luận em khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để khóa luận hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 14 tháng 05 năm 2019 Sinh viên Nguyễn Thu Hà Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .2 Giả thuyết khoa học Đóng góp đề tài CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN .3 1.1 Đổi phương pháp dạy học 1.2 Cơ sở lí thuyết q trình tự học .4 1.2.1 Khái niệm tự học 1.2.2 Các kĩ tự học 1.2.3 Quy trình tự học 1.2.4 Các hình thức tự học 1.2.5 Tác dụng tự học 1.2.6 Năng lực tự học 1.3 Module dạy học 11 1.3.1 Khái niệm module dạy học .11 1.3.2 Những đặc trưng module dạy học 11 1.3.3 Cấu trúc module dạy học 11 1.4 Tài liệu tự học có hướng dẫn theo module .13 1.4.1 Khái niệm tài liệu tự học hướng dẫn theo module 13 1.4.2 Cấu trúc nội dung tài liệu tự học 13 1.4.3 Phương pháp tự học có hướng dẫn theo module 14 1.5 Hướng dẫn cách học theo module 16 Khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ TÀI LIỆU TỰ HỌC CÓ HƢỚNG DẪN THEO MODULE CHƢƠNG “HÓA HỌC VẬT LIỆU” VÀ “PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY NHIÊN LIỆU” 17 2.1 Cấu trúc học phần khoa học tự nhiên 17 2.2 Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo module chương “Hóa học vật liệu” 17 2.3 Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo module chương “Phản ứng đốt cháy nhiên liệu” 51 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Biểu lực tự học .9 Hình 1.2: Cấu trúc module dạy học 12 Hình 7.1: Nhà máy xi măng Hải Phòng 20 Hình 2: Sơ đồ lị quay sản xuất clinker 22 Hình 7.3: Bụi từ trình sản xuất xi măng 23 Hình 7.4: Cửa làm từ thủy tinh 25 Hình 7.5: Bát, đĩa làm từ thủy tinh 25 Hình 7.6: Dụng cụ phịng thí nghiệm làm từ thủy tinh 25 Hình 7.7: Sơ đồ trình sản xuất thủy tinh 26 Hình 7.8: Sản phẩm thủy tinh khắc HF 28 Hình 7.9: Sản phẩm thủy tinh khắc máy khắc laser 28 Hình 7.10: Làng gốm Bát Tràng .29 Hình 7.11: Một số sản phẩm làm từ gốm 29 Hình 7.12: Một số sản phẩm từ sứ 31 Hình 7.13: Vơi sống (CaO) .36 Hình 7.14: Sơ đồ lị nung vơi cơng nghiệp 38 Hình 7.15: Một số ứng dụng vôi .39 Hình 7.16: Một số sản phẩm làm từ PE 41 Hình 7.17: Một số sản phẩm làm từ PVC 41 Hình 7.18: Kính tơ, máy bay làm từ poly(methyl methacrylate) 42 Hình 7.19: Chảo chống dính làm từ teflon 42 Hình 7.20: Một số sản phẩm làm từ cao su thiên nhiên 46 Hình 7.21: Một số sản phẩm từ vật liệu composite 49 Hình 8.1: Đốt cháy nhiên liệu rắn (than) 53 Hình 8.2: Đốt cháy gỗ, rơm, rạ 53 Hình 8.3: Khai thác than 54 Hình 8.4: Xe Fiat 147 chạy hồn tồn nhiên liệu ethanol 56 Hình 8.5:Tháp khoan khai thác dầu mỏ khí thiên nhiên 58 Khóa luận tốt nghiệp Hình 8.6: Sơ đồ hoạt động ứng dụng hầm biogas 59 Hình 8.7: Xe Toyota Fine N sử dụng pin nhiên liệu 62 Hình 8.8: Cơ cấu hoạt động pin Lithium - air 62 Hình 8.9: Nhà máy điện hạt nhân Gundremmingen 63 Hình 8.10: Các pin lượng mặt trời có trục xoay 63 Hình 8.11: Sơ đồ khai thác lượng địa nhiệt 63 Hình 8.12: Sử dụng lượng đốt cháy vào thực tiễn .66 Hình 8.13: Sử dụng nhiên liệu tiết kiệm hiệu 68 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 7.1: Ứng dụng vật liệu polymer số lĩnh vực 40 Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thế kỷ XXI với phát triển không ngừng khoa học công nghệ, đổi đẩy mạnh hệ thống viễn thơng tồn giới Việt Nam nước trình phát triển, bước lên cơng nghiệp hóa – đại hóa Cùng với ảnh hưởng kinh tế tri thức, xu hội nhập, tồn cầu hóa, tác động mạnh mẽ đến giáo dục tất phương diện Để đáp ứng nhu cầu thời đại, Đảng Nhà nước ta đưa nghị số 29/TW hội nghị TW (khóa XI) đổi bản, tồn diện giáo dục đào tạo, đáp ứng yêu cầu cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội hội nhập quốc tế [14] Tự học đóng vai trò quan trọng đường học vấn người, phương pháp học tập hiệu quả, tốn phù hợp cho đối tượng Tự học chìa khóa vàng giáo dục, yếu tố định phát triển phẩm chất nhân cách định chất lượng học tập sinh viên, chất lượng đào tạo ngành giáo dục Tự học đường tốt để phát triển hoàn thiện thân khai thác tối đa tài người, đồng thời đường nhanh chóng để đưa nghiệp giáo dục nước ta tiến kịp nước khu vực giới Mạng internet phát triển nhanh chóng, nguồn cung cấp thơng tin khổng lồ cho việc nghiên cứu tài liệu sinh viên Tuy nhiên, có bất cập lượng kiến thức q lớn, sinh viên khơng thể hiểu hết khó khăn việc tìm hiểu Trong trình tự hình thành nâng cao lực tự học cho sinh viên, giảng viên cần hướng dẫn sinh viên xác định động học tập cách đắn Giảng viên tích cực đổi phương pháp dạy học để giúp nâng cao lực tự học cho sinh viên Module dạy học hướng thiết kế tài liệu tổ chức dạy học học phương pháp tự học có hướng dẫn, nhờ module mà người học bước đạt kiến thức, kỹ thái độ module Phương pháp giúp người học học tập lớp nhà có hiệu học tập lúc đâu Xuất phát từ lý em lựa chọn đề tài: Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo module nhằm tăng cường lực tự học chương “Hóa học vật liệu” “Phản ứng đốt cháy nhiên liệu”, học phần Khoa học tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu Góp phần tăng cường lực tự học cho sinh viên học học phần Khoa học Tự nhiên (đặc biệt chương 7: Hóa học vật liệu chương 8: Phản ứng đốt cháy nhiên liệu) thông qua việc thiết kế module Đối tƣợng nghiên cứu Mối quan hệ phương pháp tự học có hướng dẫn theo module với chất lượng học hai chương Hóa học vật liệu Phản ứng đốt cháy nhiên liệu học phần Khoa học tự nhiên nghiên cứu cách sử dụng tài liệu để tăng cường lực tự học cho sinh viên Phạm vi nghiên cứu Nội dung hai chương Hóa học vật liệu Phản ứng đốt cháy nhiên liệu học phần Khoa học tự nhiên trường Đại học sư phạm Hà Nội Nhiệm vụ nghiên cứu - Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo module hai chương Hóa học vật liệu Phản ứng đốt cháy nhiên liệu - Xây dựng module tiểu module kiến thức hai chương Hóa học vật liệu Phản ứng đốt cháy nhiên liệu học phần Khoa học tự nhiên Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: đọc nghiên cứu tài liệu lí luận dạy học có sử dụng module, cách thức phương pháp xây dựng module tiểu module để hướng dẫn tự học - Phương pháp chuyên gia: xin ý kiến đóng góp thầy (cơ) am hiểu lĩnh vực nghiên cứu để hồn thành đề tài nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn tốt sử dụng tài liệu cách hiệu góp phần nâng cao lực tự học, tự đọc sinh viên, nâng cao chất lượng dạy học môn Khoa học tự nhiên trường Đại học Sư phạm Hà Nội Đóng góp đề tài Soạn thảo tài liệu tự học có hướng dẫn chương Hóa học vật liệu Phản ứng đốt cháy nhiên liệu học phần Khoa học tự nhiên Đề xuất số cách rèn luyện khả tự học cho sinh viên thông qua hệ thống câu hỏi tập hóa học Khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Đổi phƣơng pháp dạy học Một định hướng việc đổi giáo dục chuyển từ giáo dục mang tính hàn lâm, xa rời thực tiễn sang giáo dục trọng việc hình thành lực hành động, phát huy tính chủ động, sáng tạo người học Định hướng quan trọng đổi phương pháp dạy học phát huy tính tích cực, tự lực sáng tạo, phát triển lực hành động, lực cộng tác làm việc người học Đó xu hướng tất yếu cải cách phương pháp dạy học nhà trường Nghị Hội nghị Trung ương khóa XI đổi bản, toàn diện giáo dục đào tạo nêu rõ: “Tiếp tục đổi mạnh mẽ phương pháp dạy học theo hướng đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo vận dụng kiến thức, kỹ người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt chiều, ghi nhớ máy móc Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo sở để người học tự cập nhật đổi tri thức, kỹ năng, phát triển lực Chuyển từ học chủ yếu lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, ý hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin truyền thông dạy học” [15] Để thực tốt mục tiêu đổi bản, toàn diện GD&ĐT theo Nghị số 29 – NQ/TW, cần có nhận thức chất đổi phương pháp dạy học theo định hướng phát triển lực người học số biện pháp đổi phương pháp dạy học theo hướng Đổi phương pháp dạy học thực chất thay phương pháp dạy học cũ loạt phương pháp dạy học Về mặt chất, đổi phương pháp dạy học đổi cách tiến hành phương pháp, đổi phương tiện hình thức triển khai phương pháp sở khai thác triệt để ưu điểm phương pháp cũ vận dụng linh hoạt số phương pháp nhằm phát huy tối đa tính tích cực, chủ động sáng tạo người học Do phương pháp học tập đại học khác so với phương pháp học phổ thơng, đại học khơng có kiểm tra hàng ngày giáo viên nên việc học tập sinh viên phần lớn tự học Đó hoạt động diễn liên tục, phạm vi lớn nhằm lĩnh hội nhiều tri thức Có thể nói: Bản chất cơng việc tự học sinh viên đại học trình nhận thức cách tự giác, tích cực, tự lực khơng có tham gia hướng dẫn trực tiếp giáo viên nhằm đạt mục đích, nhiệm vụ dạy học Nói khác đi, việc tự học ngồi lớp học đóng vai trị trọng yếu đại học Khóa luận tốt nghiệp Một tế bào nhiên liệu có cấu tạo đơn giản bao gồm ba lớp nằm Lớp thứ điện cực nhiên liệu (cực dương), lớp thứ hai chất điện phân dẫn ion lớp thứ ba điện cực khí oxygen (cực âm) - Nguyên lí hoạt động: Về phương diện hóa học tế bào nhiên liệu phản ứng ngược lại điện phân Trong trình điện phân nước bị tách thành khí hydrogen khí oxygen nhờ vào lượng điện Ở bề mặt cực dương khí hydrogen bị oxi hóa hóa điện: 2H2 → 4H+ + 4eCác điện tử giải phóng từ cực dương qua mạch điện bên cực âm Các proton H+ di chuyển chất điện phân xuyên qua màng có khả cho proton qua cực âm kết hợp với khí oxygen có sẵn khơng khí (nồng độ 21%) điện tử tạo thành nước: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O Tổng cộng: 2H2 + O2 → 2H2O - Ưu điểm: + Chúng cung cấp suất lượng điện tăng từ 40% đến 70% điện, ngồi 85% tận dụng điện nhiệt + Khi vận hành tế bào nhiên liệu không phát sinh tiếng ồn sản phẩm phản ứng nước carbon dioxide (nếu sử dụng nhiên liệu hóa thạch), giảm lượng carbon dioxide khí gây hiệu ứng nhà kính, oxide sulfur nitrogen khí gây ô nhiễm môi trường vấn đề lớn cho xã hội + Các tế bào nhiên liệu không cần động quay hay phận học chuyển động, tăng tuổi thọ độ tin cậy + Nhiệt độ vận hành khác tế bào nhiên liệu cho phép dùng với turbine hay áp dụng nước nóng - Nhược điểm: + Giá thành sản xuất pin nhiên liệu cao + Pin nhiên liệu tích cồng kềnh, người ta muốn nhập vào bên xe cộ + Chất đốt hydrogen khó bảo quản vận chuyển 61 Khóa luận tốt nghiệp - Ứng dụng: + Dùng làm nhiên liệu số loại ô tô, tàu thuyền biển + Sử dụng tế bào nhiên liệu để chuyển hóa lượng dùng động điện để vận hành Kỹ thuật phát triển cho xe buýt, xe du lịch, xe tải nhẹ + Một số vật dụng cầm tay điện thoại di động, máy vi tính xách tay, máy quay phim, vật liệu cắm trại hay quân tiến tới ứng dụng loại nguồn cung cấp lượng Hình 8.7: Xe Toyota Fine N sử dụng pin nhiên liệu b Pin Lithium – air Các công nghệ vật liệu tiên tiến cho phép tạo loại pin lượng cao Lithium – air (Li – air) Bằng cách sử dụng oxyen khơng khí thay chất oxy hóa, pin Li – air giúp kéo dài hoạt động phương tiện chạy điện Hình 8.8: Cơ cấu hoạt động pin Lithium - air Dự báo loại pin trở nên phổ biến vào 2020 c Các loại nhiên liệu khác Năng lượng hạt nhân lượng có hai cách: Phân rã hạt nhân nguyên tử, kết hợp hạt nhân nguyên tử Năng lượng hạt nhân có nhiều ưu điểm như: nguồn lượng sạch, tương đối an toàn, không phát thải CO2, SOx, NOx gây ô nhiễm không khí Ứng dụng phản ứng hạt nhân mang lại nguồn lượng to lớn khác cho nhân loại, nhiên, khơng thể giải pháp tối ưu hậu mơi trường có dài đến hàng kỷ mà gây 62 Khóa luận tốt nghiệp Hình 8.9: Nhà máy điện hạt nhân Gundremmingen Năng lượng Mặt Trời sử dụng hai dạng điện nhiệt Đây nguồn lượng vô tận để đun nước, sưởi ấm, sấy nông sản, pin quang điện phục vụ cho ngành kinh tế đời sống Ở nước ta, nguồn lượng bước đầu khai thác với quy mơ nhỏ, thí dụ pin mặt trời phục vụ chiến sĩ quần đảo Hồng Sa Hình 8.10: Các pin lượng mặt trời có trục xoay Năng lượng gió: nguồn lượng gió thiên nhiên lớn Việc khai thác đưa vào sản xuất điện tiến hành nhiều nước Tây Âu, Bắc Âu, Hoa Kỳ, Ấn Độ Năng lượng địa nhiệt sâu lòng đất khai thác sử dụng dạng nhiệt điện Tiềm địa nhiệt số nước lớn (như Ireland, Hy Lạp, Pháp, Italia, Hoa Kỳ, Nhật Bản ) tạo điều kiện cho việc khai thác rộng rãi nguồn lượng Hình 8.11: Sơ đồ khai thác lượng địa nhiệt 63 Khóa luận tốt nghiệp Phản ứng đốt cháy nhiên liệu 2.1 Quá trình đốt cháy Q trình cháy oxi hóa nhanh nhiên liệu để tạo nhiệt nhiệt ánh sáng Q trình đốt cháy nhiên liệu hồn tất cung cấp lượng oxygen thích hợp Q trình cháy xảy hồn tồn khơng hồn tồn - Q trình cháy hồn tồn q trình cháy thành phần cháy nhiên liệu đươc oxi hóa hồn tồn sản phẩm cháy gồm khí CO2, SO2, H2O, N2 O2 - Q trình cháy khơng hồn tồn thiếu khơng khí cho q trình oxi hóa có đủ khơng khí khơng khí nhiên liệu pha trộn khơng tạo chỗ thừa, chỗ thiếu khơng khí Q trình cháy nhiên liệu trình phức tạp bao gồm nhiều giai đoạn: sấy nóng, bốc hơi, sinh chất bốc, bắt lửa, cháy chất bốc cốc, tạo xỉ 2.2 Các phƣơng trình phản ứng cháy a Cháy nhiên liệu rắn - Phản ứng q trình cháy hồn toàn: t  CO2 + 8,084 kcal/kg carbon Cháy carbon: C + O2  o t  SO2 + 2,224 kcal/kg lưu huỳnh Cháy lưu huỳnh: S + O2  o t  H2O + 28,922 kcal/kg hydrogen Cháy hydrogen: 2H2 + O2  o t  2CO + 2,430 kcal/kg carbon - Phản ứng cháy khơng hồn tồn: 2C + O2  o b Cháy nhiên liệu lỏng Khi đốt xăng cháy hoàn toàn, điều kiện đủ oxygen, tạo khí carbonic (CO2), nước (H2O), đồng thời tỏa nhiều nhiệt Phương trình tổng quát đốt cháy xăng: Cn H 2n+2 + 3n+1 to O2   nCO2 + (n+1)H 2O + Q Khi đốt cháy xăng kèm theo phản ứng đót cháy cồn: t C2 H5OH + 3O2   2CO2 + 3H2O o 64 Khóa luận tốt nghiệp c Cháy nhiên liệu khí Nhiên liệu khí bao gồm thành phần H2, S, CH4, CmHn, CO, H2S Phương trình phản ứng đốt cháy nhiên liệu khí viết tương tự nhiên liệu rắn lỏng Ví dụ đốt cháy mol khí methane, lượng nhiệt sinh từ trình đốt cháy 890,3 kJ Phương trình phản ứng cháy xảy sau: t CH4 + 2O2   CO2 + 2H2O + 890,3 kJ o 2.3 Một số tập phản ứng oxi hóa hồn tồn (phản ứng đốt cháy) Bài tốn 1: Trong công nghiệp người ta sử dụng than để làm nhiên liệu Tính nhiệt lượng tỏa đốt cháy kg than có chứa 90% carbon, biết mol carbon cháy tỏa 394 kJ Hướng dẫn Khối lượng carbon có 5kg than là: mC = 90 = 4,5 kg = 4500 g 100 mol C = 12g 12g C cháy tỏa 394 kJ 4500g C cháy tỏa x kJ → x = 147750 kJ Bài tốn 2: Một ấm điện có ghi 220V – 1000W sử dụng với hiệu điện 220V để đun sơi lít nước từ nhiệt độ ban đầu 20oC Hiệu suất ấm 90%, nhiệt lượng cung cấp để đun sơi nước coi có ích a) Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước trên, biết nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.K b) Tính nhiệt lượng mà ấm điện tỏa c) Tính thời gian đun sôi lượng nước Hướng dẫn a) Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sơi lít nước là: Q = m.c.∆t = m.c.(t2 – t1) = 2.4200.(100 – 20) = 67200 J b) Nhiệt lượng ấm tỏa là: H= Q Q 67200  Q = = = 746700 J 90 Q H 100 65 Khóa luận tốt nghiệp c) Thời gian đun sôi lượng nước là: Từ công thức Qtp = A = P.t  t = Qtp P = 746700  747 s 1000 Bài toán 3: Ngày nay, nhiều thành phố thu hồi methane từ việc phân hủy rác thải để tạo “năng lượng xanh” Một thành phố có 25000 hộ dân cần lượng điện ngày 1,08.109 kJ Biết khí methane cháy theo phương trình: t CH4  k  + 2O2  k    CO2  k  + 2H2O  k  + 890,3 kJ o (1 mol methane cháy sinh 890,3 kJ nhiệt năng) Nếu 80% lượng nhiệt sinh chuyển hóa thành điện cần thu hồi kg methane ngày để tạo lượng điện 1,08.109 kJ? Hướng dẫn Theo ra: mol CH4 cháy tạo lượng điện là: 890,3.80 = 712,24 kJ điện 100 Vậy để tạo 1,08.109 kJ điện cần số mol CH4 là: n CH4 1,08.109 = = 1,52.106 (mol) 712,24 Khối lượng CH4 cần thu hồi ngày là: mCH4 = 1,52.106 16 = 24,32.106 = 24320 kg Sử dụng nguồn lƣợng đốt cháy vào thực tiễn Hình 8.12: Sử dụng lượng đốt cháy vào thực tiễn 66 Khóa luận tốt nghiệp Con người sử dụng nhiều cách thức nhằm biến đổi lượng nhiều hình thức thành dạng phù hợp mục đích sử dụng phục vụ sống trình xã hội Ứng dụng giải phóng lượng từ nhiên liệu đa dạng sống đốt cháy khí tự nhiên để đun nấu, kích nổ xăng dầu để chạy động cơ, biến lượng hạt nhân thành điện năng, v.v… Các giải pháp sử dụng lƣợng hiệu Tại phải sử dụng nhiên liệu hiệu quả? Thứ nhất, sử dụng nhiên liệu hiệu để tránh lãng phí khơng gây nhiễm mơi trường Việc khai thác sử dụng nguồn nguyên liệu hóa thạch ảnh hưởng đến môi trường sinh thái làm gia tăng hiệu ứng nhà kính, nguyên nhân chủ yếu tác động đến môi trường, mà môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống người Do vậy, việc sử dụng lượng tiết kiệm hiệu có vai trị vơ to lớn Thứ hai để làm nhiên liệu cháy hoàn toàn tận dụng lượng nhiệt trình cháy tạo Muốn trì phát triển xã hội cần khai thác nguồn tài nguyên lớn có tài nguyên lượng Hiện dân số đông ngày tăng nên việc sử dụng lượng cách tiết kiệm hiệu cần thiết Sử dụng nhiên liệu cho hiệu quả? - Cung cấp đủ oxygen (khơng khí) cho trình cháy - Lựa chọn thiết bị gia nhiệt phù hợp, hiệu suất cao đảm bảo sử dụng lượng tiết kiệm hiệu - Xây dựng quy trình xử lý nhiên liệu để đảm bảo hiệu suất q trình cháy - Tăng diện tích tiếp xúc khơng khí nhiên liệu Ví dụ: Than tổ ong có nhiều lỗ để tăng diện tích tiếp xúc than khơng khí - Điều chỉnh lượng nhiên liệu để trì cháy mức độ cần thiết, phù hợp với nhu cầu sử dụng nhằm tận dụng nhiệt lượng cháy tạo 67 Khóa luận tốt nghiệp Hình 8.13: Sử dụng nhiên liệu tiết kiệm hiệu - Yêu cầu nhiên liệu khí: Đảm bảo tỷ lệ nhiên liệu khơng khí cấp để đạt hiệu suất cháy tối ưu - Yêu cầu nhiên liệu lỏng: + Sấy nhiên liệu trước đốt + Kiểm soát nhiệt độ + Bảo dưỡng định kỳ nồi đốt - Yêu cầu nhiên liệu rắn (than): + Định cỡ tối ưu cho loại lò đốt khác + Đảm bảo độ ẩm tối ưu + Đảm bảo độ đồng nhiên liệu đốt E Câu hỏi tự kiểm tra đánh giá Vì khơng đun bếp than phịng kín? Hãy giải thích tác dụng việc làm sau: a) Tạo nhiều khe nhỏ bếp gas b) Quạt gió vào bếp lị nhóm lửa lị đốt xây ống khói cao c) Khi đun bếp gas cho bấc cao mở gas nhiều lửa khơng xanh, chí cịn có nhiều muội than Hãy giải thích chất khí dễ cháy hoàn toàn chất rắn chất lỏng? Đốt cháy hoàn toàn 2kg than đá (chứa 96,6% carbon, 0,6% sulfur, cịn lại tạp chất khơng cháy) oxi khơng khí a) Tính thể tích khơng khí cần dùng (đktc) Cho khơng khí chứa 80% nitrogen 20% oxygen thể tích b) Khi đốt cháy than đá điều kiện sinh khí CO, viết phương trình phản ứng 68 Khóa luận tốt nghiệp Nhiệt tỏa đốt mol ethene acetylene 1410 1300kJ Vì người ta lại sử dụng acetylene làm nhiên liệu đèn xì mà không dùng ethene? Một nguồn sinh khí CO2 lớn tự nhiên từ trình đốt cháy xăng, dầu (các hợp chất chứa carbon hydrogen) a) Hãy cho biết sản phẩm thu đốt cháy xăng, dầu b) Biết đốt lít xăng A95 tỏa 400 kJ nhiệt lượng Tính lượng xăng cần dùng để nâng 3kg nước từ 20oC lên 50oC Biết hiệu suất sử dụng nhiệt trình 60% nhiệt dung riêng nước 4200 J/kg.K Một số câu hỏi sinh viên tự nghiên cứu Xăng chế biến từ dầu mỏ phương pháp chưng cất trực tiếp cracking, loại dung dịch nhẹ chứa hydrocarbon, dễ bay hơi, dễ bốc cháy Xăng sử dụng làm nhiên liệu a) Chỉ số octan xăng gì? Xăng A90, A92 có ý nghĩ gì? b) Xăng pha chì có nghĩa xăng có pha thêm (C2H5)4Pb, có tác dụng làm tăng khả chịu nén nhiên liệu dẫn đến tiết kiệm khoảng 30% lượng xăng sử dụng Vì ngày lại khơng sử dụng xăng pha chì? c) Xăng E5 hay cịn gọi xăng sinh học, thành phần có 95% xăng Ron 92, 5% ethanol (sản xuất chủ yếu từ lương thực, ngơ, củ cải đường,…) Cho biết lợi ích tác hại sử dụng xăng E5 Giải thích tạo ao hồ, ruộng lúa lại xuất khí methane? Trong q trình đốt cháy nhiên liệu sinh hàng loạt khí thải độc hại ảnh hưởng đến mơi trường: CO2, NOx, SO2,… Trong nguyên nhân hàng đầu gây tượng hiệu ứng nhà kính CO2 Hiệu ứng nhà kính gì? Nêu hậu cách khắc phục? 69 Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu đề tài hoàn thành đạt kết sau: - Đã tổng quan sở lí luận thực tiễn đề tài phương pháp dạy học theo module cách thiết kế module - Thiết kế tài liệu tự học cho hai chương: Hóa học vật liệu phản ứng đốt cháy nhiên liệu có hướng dẫn theo module hệ thống câu hỏi tự kiểm tra đánh giá kết thúc module + Xác định mục tiêu kiến thức, kĩ cần đạt cho module + Xây dựng hệ thống câu hỏi sinh viên cần đọc chuẩn bị, có gợi ý tham khảo sách giáo trình + Hệ thống hóa nội dung lý thuyết cần đạt cho module + Xây dựng câu hỏi kiểm tra đánh giá sau module để sinh viên kiểm tra lực kiến thức sinh viên hiểu nắm Khuyến nghị Giúp sinh viên tiếp cận thực việc tự học chương: Hóa học vật liệu Phản ứng đốt cháy nhiên liệu có hướng dẫn theo module tiếp tục phát triển đề tài nghiên cứu, đồng thời áp dụng phương pháp tự học có hướng dẫn theo module chương khác học phần Khoa học tự nhiên 70 Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Cương (2007), “Phương pháp dạy học hóa học trường phổ thông đại học Một số vấn đề bản”, Nhà xuất Giáo dục [2] Nguyễn Cương (2006), Nguyễn Mạnh Dung, “Phương pháp dạy học hóa học”, Nhà xuất Đại học Sư phạm [3] Đặng Linh Chi (2018), Khóa luận tốt nghiệp “Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo module nhằm tăng cường lực tự học học phần Khoa học tự nhiên 2”, Khoa hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [4] Trần Ngọc Chuyên (1994), “Cách soạn thảo đơn vị học thuật môđun”, Viện nghiên cứu Đại học giáo dục chuyên nghiệp, Hà Nội [5] Nguyễn Văn Dũng (2015), Giáo trình “Vật liệu đại cương”, Trường đại học Bách khoa [6] Phùng Tiến Đạt, Trần Thị Bính (2004), Giáo trình “Hóa kỹ thuật đại cương”, Nhà xuất Đại học Sư phạm [7] Phạm Văn Lâm, “Mơđun hóa nội dung dạy học quản lí học tập theo học tập theo học phần”, Thông tin KHQS, Bộ Tổng tham mưu (tháng 5/1993) [8] Nguyễn Ngọc Quang, Đặng Thị Oanh (1993), “Vận dụng tiếp cận môđun vào việc đào tạo sinh viên sư phạm ĐHSP Hà Nội”, Đại học Giáo dục chuyên nghiệp [9] Nguyễn Cảnh Toàn, Vũ Văn Tảo, Bùi Tường (1998), “Quá trình dạy tự học”, Nhà xuất Giáo dục [10] Nguyễn Cảnh Toàn (2002), “Học dạy cách học”, Nhà xuất Giáo dục [11] Nguyễn Cảnh Toàn (2009), “Tự học cho tốt”, Nhà xuất Tổng hợp, HCM [12] Nguyễn Duy Thiện (2013), “Cơng trình lượng khí sinh vật Biogas”, Nhà xuất xây dựng [13] Chương trình giáo dục phổ thơng tổng thể 28/07/2017, Bộ Giáo dục & Đào tạo [14] Nghị số 29/TW hội nghị TW khóa XI đổi bản, toàn diện Giáo dục đạo tạo, Ban chấp hành TW Đảng Cộng sản Việt Nam 71 Khóa luận tốt nghiệp [15] Nghị Hội nghị Trung ương khóa XI đổi bản, toàn diện giáo dục đào tạo [16] Sách giáo khoa hóa học 9, Nhà xuất Giáo dục [17] Sách giáo viên hóa học 9, Nhà xuất Giáo dục [18] Sách giáo khoa hóa học 11, Nhà xuất Giáo dục [19] Sách giáo khoa hóa học 12, Nhà xuất Giáo dục [20] Taylor (1995), “Self-Directed Learning: Revisiting an Idea Most Appropriate for Middle School Students” 72 Khóa luận tốt nghiệp PHỤ LỤC Tiểu module 7.1 E Câu hỏi tự kiểm tra đánh giá A B Hướng dẫn giải: Cơng thức thủy tinh có dạng: xNa2O.yCaO.zSiO2 %Na O %CaO %SiO : : 62 56 60 13 11,7 75,3 = : : 62 56 60 =1:1:6 x:y:z= Silicone tương thích với thể người trơ hóa – lí, khơng gây phản ứng mơ chỗ, khơng ảnh hưởng tới đặc tính di truyền thể, không gây ung thư, không độc khơng gây phản ứng tồn thân, khơng biến đổi thời gian, lực nén nhiệt, không tạo thuật lợi cho phát triển vi khuẩn, dễ tiệt trùng dễ chỉnh sửa Tiểu module 7.2 E Câu hỏi tự kiểm tra đánh giá B Có cách sau: - Dùng vật cứng cọ vào hịn đá xem có vết khơng - Nhỏ giấm acid lỗng vào hịn đá xem có thấy sủi bọt có khí bay lên hay khơng Vơi tỏa gồm có Ca(OH)2 CaCO3 Để vơi tơi bóng râm CaO hút ẩm: CaO + H2O → Ca(OH)2 Sau dùng Ca(OH)2 để bón ruộng Ca(OH)2 base nên trung hịa lượng acid → giảm độ pH (giảm độ chua kiểm đất) Ngoài để CaO ngồi khơng khí cịn xảy phản ứng: i Khóa luận tốt nghiệp CaO + CO2 → CaCO3 CaO + CO2 + H2O → CaCO3 + H2O Vì khơng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng bón phân = 1000kg CaCO3 CaO + CO2 – 180 kJ 6,8 mol → 6,8 mol mCaCO3 có 1000 kg đá vơi = 1000.80% = 800 kg mCaCO3 theo PT = 800.85 = 680 kg 100 680 = 6,8 mol 100 = 6,8.56 = 380,8 kg  n CaCO3 =  mCaO MODULE E Câu hỏi tự kiểm tra đánh giá a) Các phương trình phản ứng xảy ra: t C + O2   CO2 o t S + O2   SO2 o Khối lượng than đá 2kg  mC =  mS = 96,6 1,932 = 1,932g  n C = = 0,161 mol 100 12 0,6 0,012 = 0,012g  n S = = 3,75.10-4 mol 100 32 Theo phương trình: C t O2   CO2 o + 0,161  0,161 S + t O2   SO2 o 3,75.10-4  3, 75.104 ii Khóa luận tốt nghiệp   n O2 = 0,161375 mol  VO2 = 3,6148 (l) Vì O2 chiếm 20% thể tích khơng khí nên thể tích khơng khí cần dùng 18,074 lít C2H2 + O2 → 2CO2 + H2O ∆H = 1300 kJ C2H4 + O2 → 2CO2 + 2H2O ∆H = 1423 kJ Đốt mol C2H6 tạo mol H2O, mol C2H2 tạo mol H2O Nhiệt lượng tiêu hao (làm bay nước) đốt C2H4 gấp lần C2H2 Vì nhiệt độ lửa C2H2 cao nhiệt độ lửa C2H4 a) Khi đốt cháy xăng, dầu sản phẩm sinh CO2 H2O kèm theo lượng nhiệt lớn Ngoài đốt xăng, dầu kèm theo số chất thải như: COx, NOx, SO2,…và số kim loại: Hg, As, Pb,… b) Nhiệt độ cần cung cấp cho 3kg nước 20oC nóng lên 50oC là: Q = m.c.∆t = 3.4200.(50 – 20) = 378000 J = 378 kJ Đây nhiệt lượng xăng cần cung cấp cho nước, hiệu suất dùng xăng 60% nên nhiệt lượng thực tế mà xăng tỏa là: H= Q Q 378  Q = = = 630 kJ 60 Qtp H 100 Đốt cháy lít xăng tỏa lượng nhiệt 400 kJ nên lượng xăng cần dùng để tỏa lượng nhiệt là: V = 630.1 = 1,575 (l) 400 iii ... kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo module chương “Hóa học vật liệu? ?? 17 2. 3 Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo module chương “Phản ứng đốt cháy nhiên liệu? ?? 51 KẾT LUẬN VÀ... nghiệp CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ TÀI LIỆU TỰ HỌC CÓ HƢỚNG DẪN THEO MODULE CHƢƠNG “HÓA HỌC VẬT LIỆU” VÀ “PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY NHIÊN LIỆU” 2. 1 Cấu trúc học phần khoa học tự nhiên Học phần Khoa học tự nhiên chia... CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ TÀI LIỆU TỰ HỌC CÓ HƢỚNG DẪN THEO MODULE CHƢƠNG “HÓA HỌC VẬT LIỆU” VÀ “PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY NHIÊN LIỆU” 17 2. 1 Cấu trúc học phần khoa học tự nhiên 17 2. 2 Thiết kế