化学A级

下面的任务和活动是为了开始准备你的化学A级.

烟花的化学成分

化学在日常生活中有很多用途. 有些应用程序不像其他应用程序那么明显, 但烟花是化学反应的一个非常直观的例子.

你对其中的化学成分了解多少 烟花?

观看下面的视频来了解更多 烟花使用化学.

下面的信息图总结了烟花的工作原理以及如何确定烟花的颜色, 这取决于所使用的盐.

来源: http://www.compoundchem.com/2013/12/30/the-chemistry-of-fireworks/

培养你的化学技能

烟花有非常明显的视觉和声音效果，很容易被观察到, 但是作为化学家, 你将培养的最重要的技能之一是理解原子和分子水平上发生的事情, i.e. 你看不见的.

通过学习原子结构，你已经了解了在原子和分子方面发生了什么. 显示原子结构最简单的方法是通过点图和交叉图. 

点与十字图 任务

复习一下关于点和交叉图的记忆 在画下面的离子盐，可用于烟花.

请注意:  请把你所有的答案(q1-12)记在横线纸上，并带着它们去上秋季学期的第一节化学课.

1. 氯化钙₂  (记住这是离子化合物)

2. 氯化钡(这也是离子的，在开始之前确保你有正确的公式)

如果你记不住这些, 点击链接查看离子点和交叉图的概述: http://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/ztc6w6f/revision/2

3. 你能画出SrCO碳酸锶的点和十字图吗₃?

[碳酸盐离子CO₃ ^2-，在结构上是共价的. 看看你能不能算出它是什么样子. 如果你被卡住了，就去查一下!]

4. 镁, 金属形式的铝和钛也被用来制造银色和白色的烟火. 画一个金属键合的简化图.

火焰测试任务

烟花中的盐点燃时看到的不同颜色 与离子的原子结构有关吗. 你应该带着 GCSE的火焰测试，并知道特定的金属离子给出特定的颜色 可以用来测试离子的火焰. 你知道发生了什么事吗 原子水平产生这些彩色火焰?

下面的链接是一个非常有用的a级资源，叫做Chemguide. 它总结了如何进行火焰测试，但也解释了为什么当你进行火焰测试时，你会看到金属的独特颜色.

http://www.chemguide.co.uk/inorganic/group1/flametests.html

5. 阅读上面的网页，然后复制下面的图表. 注释一下，解释为什么钠有黄色的火焰.

黑色的燃烧 粉

烟花需要燃烧燃料来提供从基态激发电子所需的能量.

这不是一个简单的燃烧反应，因为你可以看到它不包括氧气. 在这种情况下，硝酸钾是氧化剂. 我们可以通过一个简单的实验来确定一摩尔燃料能释放出多少能量. 

燃烧是一种放热反应(热量从系统中流失)，因此热量被释放到周围环境，可以用来加热水.  

下面的装置可以用来测量通过燃烧像己烷这样的液体燃料转移到水中的能量.

6. 写出一个己烷完全燃烧的平衡化学方程式.

焓变的单位是kJ/mol，写成kJmol^-1. 摩尔在这种情况下是指为了使水的温度升高而燃烧的燃料的摩尔.

我们可以用下面的公式来计算燃烧己烷时传递给水的能量:

Q = mcΔT

Q是在J中传递给水的能量

M是水的质量

C是水的比热容，是4.18 JK^-1 g^-1

ΔT是水的温度变化

7. 我们需要用什么方程来计算己烷燃烧的摩尔数呢?

8. If 1.50g己烷被燃烧，计算被燃烧的摩尔数.

9. 如果你有100cm³ (或100g)的水，初始水温是22^oC和最终水温35^oC，计算传递到水中的能量(Q).

Q的值是J，把它转换成kJ.

10. 计算kJmol的焓变^-1 用Q (kJ)除以己烷燃烧的摩尔数. 这个焓变是负的，因为反应是放热的.

这个值是己烷的燃烧焓变. 它告诉我们燃烧1mol己烷能得到多少能量. 这很有用，因为它可以让我们比较一种燃料和另一种燃料.

光谱学

火焰的颜色可以给我们一个有用的测试金属离子的方法, 然而, 如果你让火焰发出的光通过棱镜或衍射光栅，你可以得到更多关于原子发出的光的波长的信息. 这是一种非常有用的分析技术，叫做光谱学. 

11. 研究发射和吸收光谱是如何产生的，以及它们如何用于识别未知元素.

这个链接是一个有用的起点: http://www.youtube.com/watch?v=xhaDuAkpF8A  

其他类型的光谱学也涉及吸收能量，被用作一种识别技术. 其中一种光谱学是红外光谱学, 而不是电子吸收能量, 化学键会吸收它, 这就导致了化学键的拉伸和弯曲.

红外光谱学使我们能够识别分子中存在的官能团，这是识别未知结构的一个非常有用的工具.

12. 了解更多关于红外光谱学如何工作以及如何使用, 从下面的链接开始.

http://www.chemguide.co.uk/analysis/ir/background.html