Тема урока: «Скорость химической реакции . Факторы, влияющие на скорость химической реакции.»

Цели урока:

-актуализировать и углубить знания учащихся о скорости химической реакции в процессе экспериментального изучения;

-используя работу в группах выявить зависимость скорости химических реакций от различных факторов;

-стимулировать познавательную активность учащихся путем создания проблемной ситуации и проведения ими химического эксперимента;

-развивать умение анализировать, делать предположения и выводы.

Задачи:

-рассмотреть влияние различных факторов на скорость гомогенных и гетерогенных химических реакций;

-ввести новые химические понятия: ингибиторы, катализаторы, катализ;

-развивать экспериментальные умения и научное мышление учащихся в процессе установления причинно-следственных связей, сравнения и наблюдения объектов и процессов, сопоставления вариантов эксперимента, применения знаний и умений в новых ситуациях.

Методы обучения:

-объяснительно – иллюстративный.

-частично проблемно- поисковый.

-репродуктивный.

-демонстрационные и лабораторные опыты как метод экспериментальному обучению химии.

Приемы обучения:

-постановка проблемных вопросов;

- групповая работа;

- организация акцентированных наблюдений, выполнение комплексных заданий, составление классификационных схем, обращение к жизненному опыту учащихся.

Средства обучения: химический эксперимент.

Оборудование и реактивы: на столе учителя : штатив с пробирками, растворы сульфата меди(II), хлорида меди(II) и гидроксида калия, железный гвоздь, водные растворы Na₂CO₃ и CaCl_2, раствор гидроксида натрия, фенолфталеин.

На столах учеников – учебники и тетради, штатив с пробирками, спиртовки, пробиркодержатели, пипетки, спички, стеклянные палочки, цинк в гранулах, магниевая лента, железные опилки и гвозди, оксид меди (II), растворы хлорида меди(II), соляной и серной кислот.

Все записи по ходу урока учащиеся выполняют в своих тетрадях.

Ход урока.

1. Изучение нового материала.

Учитель: Химические реакции протекают с различными скоростями. Одни идут медленно, месяцами, как, например, коррозия железа или ферментация (брожение) виноградного сока, в результате которой получается вино. Другие завершаются за несколько недель, как спиртовое брожение глюкозы. Третьи заканчиваются очень быстро, например осаждение нерастворимых солей, а некоторые протекают мгновенно, например взрывы.

Практически мгновенно, очень быстро идут многие реакции в водных растворах:

• смешаем водные растворы Na₂CO₃ и CaCl_2, продукт реакции CaCO₃ – нерастворим в воде, образуется немедленно;(демонстрация опыта) (запись уравнения реакции учащимся на доске)

• к щелочному раствору фенолфталеина добавим избыток кислоты, раствор обесцвечивается мгновенно. Это означает, что реакция нейтрализации, реакция превращения окрашенной формы индикатора в бесцветную идут очень быстро.(демонстрация опыта)Запись реакции учеником на доске.

Медленно образуется ржавчина на железных предметах. На медных и бронзовых предметах медленно образуются продукты коррозии черно-коричневого или зеленоватого цвета (патина). Скорость всех этих процессов разная.

Учащиеся сами приводят примеры химических реакций из жизни.

Вопросы для актуализации знаний

1. Какой раздел химии изучает скорости и механизмы химических реакций?

2. Зачем нужны знания о скорости химических реакций?

3. Как определяют скорость механического движения? Какова единица измерения этой скорости?

4. Как определяют скорость  химической реакции? Что такое мгновенная и средняя скорости химических реакций?

5. Почему скорость многих химических реакций с течением времени уменьшается?

6. Какие реакции называются: а) гомогенными; б) гетерогенными?

Учитель :Химические реакции — одно из важ­нейших понятий химии. Хи­мическая термодинамика дает возмож­ность предсказать, в каком направлении может самопроизвольно протекать та или иная химическая реакция, но одна хи­мическая термодинамика не дает ответа на вопрос о том, как и с какой скорос­тью будет протекать реакция.

Основным понятием в химической кинетике является понятие о скорости реакции.

Под скоростью химической реакции понимается изменение концентрации одного из реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени.

Если концентрация одного из реагирующих веществ уменьшилась от с₁ до с₂ за промежуток времени от t₁ до t₂, то в соответствии с определением скорость реакции равна (рис. 1):

Знак «–» в правой части уравнения означает следующее. По мере протекания реакции (t₂ – t₁) > 0 концентрация реагентов убывает, следовательно, (c₂ – c₁) < 0, а т.к. скорость реакции всегда положительна, то перед дробью следует поставить знак «–».

Рис. 1.
Изменение концентрации исходного вещества
в зависимости от времени. Кинетическая кривая

В  г о м о г е н н ы х  р е а к ц и я х реагирующие вещества находятся в одной газовой фазе или в растворе, равномерно перемешаны между собой, реакция идет по всему объему смеси. Концентрация реагента равна частному от деления количества вещества на объем смеси: с = /V.

Средняя скорость реакции:

Чем меньше промежуток времени, тем более точным будет значение скорости реакции.

Г е т е р о г е н н ы е  р е а к ц и и идут на границе раздела фаз: газ – твердое вещество, газ – жидкость, жидкость – твердое вещество, твердое вещество – твердое вещество. Скорость реакции

измеряется на единице площади соприкосновения реагирующих веществ S.

Учитель: Почему, химические реакции идут с разной скоростью? Вот ос­новной вопрос на который нам предстоит сегодня ответить. Как вы думаете, от чего же зависит скорость химической реакции? (учащиеся предполагают и выдвигают гипотезы)

(Учитель предлагает учащимся разбиться на группы.. После этого начинается работа в группах по выяснению факторов, влияющих на скорость реакции. Каждая группа получает инструк­цию, в течение 5 минут проводит эксперимент, описывает получен­ные результаты, делает выводы (класс разбит на 4 творческие группы по 5-6 человек).

Лабораторный опыт № 1. Зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ.

Цель. Закрепить понятие «скорость химической реакции» и выявить ее зависимость от природы ре­агирующих веществ.

Оборудование и реактивы. Штатив с пробирка­ми; цинк в гранулах, магниевая лента, раствор со­ляной кислоты.

Ход работы

Наблюдения

Условия химических реакций

Выводы

Поместите в одну пробирку гранулы цинка, а в другую — кусочек магниевой ленты. Добавьте в пробирки по 1 мл соляной кислоты

В какой

пробирке

быстрее

произошли

изменения?

Какое условие влияет на скорость данной химической реакции?

Лабораторный опыт №2. Влияние температуры на скорость.

Цель. Закрепить поня­тие «скорость химической реакции» и исследовать влияние температуры на скорость химической реак­ции.

Оборудование и реак­тивы. Штатив с пробирка­ми, пипетка, спиртовка, пробиркодержатель; оксид меди(II), раствор серной кислоты (1:3).

Ход работы

Наблюдения

Условия химических реакций

Выводы

В две пробирки поместите по одной грануле оксида меди(II) и добавьте по 5—6 капель серной кислоты. Одну пробирку нагрейте

В какой пробирке реакция протекает более интенсивно? По каким признакам вы это определили?

Какое условие влияет на скорость данной химической реакции?

Лабораторный опыт № 3. Зависимость скорости химической реакции от площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ( для гетерогенныхреакций).

Цель. Закрепить понятие «скорость химической реакции» и выявить ее зависимость от величины поверхности соприкосновения реагирующих ве­ществ.

Оборудование и реактивы. Штатив с пробирка­ми, стеклянная палочка; железные опилки, железный гвоздь, раствор хлорида меди(II).

Ход работы

Наблюдения

Условия химических реакций

Выводы

Поместите в одну пробирку железную проволоку длиной10 мм или гвоздь, а в другую —2—3 стеклянные лопатки железных опилок. Добавьте по 1 мл раствора хлорида меди (П)

В какой пробирке быстрее произошло изменение цвета?

Какое условие влияет на скорость данной химической реакции?

Представление результатов групповой работы, их обсуждение.

По истечении отведенного времени представители групп расска­зывают о проделанной работе. Учащиеся выступают у доски, используя таблицы, заполненные по результатам проделанных лабораторных опытов. Организуется крат­кое обсуждение результатов работы групп, форму­лируются выводы о значении факторов зависимости химических реакций, применении их для управления химических процессов. Учитель добавляет сведения о каждом факторе, учащиеся записывают их в тетрадь. При этом происходит углубление знаний о скорости химической реакции , вводится правило Вант-Гоффа, закон действующих масс, а также понятие о катализаторах и ингибиторах.

Kатализаторы – это вещества, ускоряющие химическую реакцию, ингибиторы – это вещества, замедляющие химическую реакцию. Сами катализаторы и ингибиторы в реакции не расходуются и не входят в состав продуктов реакции.

Kатализ – это процесс изменения скорости реакции под действием катализатора. Действие катализатора избирательно. Реакции, протекающие при участии катализатора, называют каталитическими реакциями.

М е х а н и з м  г о м о г е н н о г о  к а т а л и з а

Часто реакции идут медленно, поэтому необходимо применять катализатор :

А + В А•••В АВ.

Kатализатор (K) ускоряет реакцию:

Правило Я.Г. Вант-Гоффа(1884 г). При повышении температуры на каждые 10 градусов скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза.

Чем она выше, тем больше в веществе активных частиц, выше скорости их движения и сильнее соударения, тем большее число соударений приводит к реакции, т. е. возрастает скорость реакции. Так, реакция между водородом и кислородом при t=20^о С за 54 млрд. лет протекает на 15%, при 500^о С-за 50 минут, при 700^о С -мгновенно.

То число, которое показывает во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10 С, называется температурным коэффициентом, обозначается (гамма), измеряется экспериментально для каждой реакции, может быть любым числом от 2 до 4.

Правило Вант-Гоффа математически выражается следующей формулой:

V₂=V₁^γ(t2-t1)/10

4. Закрепление полученных знаний.

Решение задач.

Задача 1. При t = 30 °С реакция протекает за 25 мин, а при t — 50 °С — за 4 мин. Рассчитайте температурный коэффициент реакции.

Задача 2. Взаимодействие алюминия с хлором протекает по уравнению:

2А1 (тв.) + ЗС1₂(г.) = 2А1С1₃(тв.).

Начальная концентрация хлора 0,05 моль/л. Константа скорости реакции 0,2 л/(моль • с).

Напишите математическое выражение скорос­ти реакции. Как изменяется скорость реакции по сравнению с начальной, если давление в системе увеличить в 2 раза?

Задача 3. Предложите способы увеличения ско­рости реакции в 8 раз путем изменения концент­раций исходных веществ:

а) 2Са (та.) + 0₂ (г.) = 2СuО (тв.); б)2Н₂(г.) + 0₂(г.) = 2Н₂0(г.).

4. Итоги урока .

Учитель подводит итоги урока. Учащиеся оценивают свою работу на уроке.

Учащиеся отвечают на вопросы: 1.В чем польза этого урока для вас? 2. Чем интересен урок для каждого ученика и каждой группы? 3. С какими трудностями вы столкнулись на уроке?

5. Домашнее задание.

Наряду с параграфом учебника № 15 каждая группа получает индивидуальную задачу по изучению вли­яния того или иного фактора на скорость химиче­ской реакции.

Вариант 1

1. Перечислите факторы, влияющие на скорость гомогенных реакций. Охарактеризуйте на конкретных примерах зависимость скорости таких химических реакций от концентрации реагирующих веществ?

2. Как изменится скорость реакции 2А + В = А2B, если а) давление на реагирующую смесь увеличили в 2 раза, предполагая, что реагируют между собой в смеси газы?

3. Вычислите температурный коэффициент реакции, скорость которой возрастает в 40 раз при повышении температуры от 40 до 80 °С.

Вариант 2

1. Перечислите факторы, влияющие на скорость гетерогенных реакций. Охарактеризуйте на конкретных примерах зависимость скорости таких химических реакций от катализаторов?

2. Как изменится скорость реакции А + 2В = АB2, если а) объем реагирующей смеси уменьшили в 2 раза?

3. Во сколько раз возрастет скорость химической реакции, если увеличить температуру с 60 °С до 100 °С? Температурный коэффициент реакции равен 3.

Вариант 3

1. Перечислите факторы, влияющие на скорость гомогенных реакций. Охарактеризуйте на конкретных примерах зависимость скорости таких химических реакций от температуры?

2. Как изменится скорость реакции А2 + 2В2 = 2АB2, если а) концентрации обоих веществ уменьшили в 2 раза?

3. Температурный коэффициент реакции равен 2. Как следует изменить температуру реакционной смеси, чтобы увеличить скорость реакции в 128 раз?

Вариант 4

1.Перечислите факторы, влияющие на скорость гетерогенных реакций. Охарактеризуйте на конкретных примерах зависимость скорости таких химических реакций от природы реагирующих веществ?

2. Как изменится скорость реакции 2А2 + В2 = 2А2B, если а) концентрации обоих веществ увеличили в 2 раза?

3. Срок хранения автомобильных покрышек при температуре 20 °С - 5 лет, а при температуре 10 °С - 13 лет. Сколько лет можно хранить покрышки при 5 °С?