Урок на тему «Скорость химических реакций» (Химия, 9, 11 классы)

О.И. Иванова, учитель химии МБОУ «Напольнокотякская СОШ» Канашского района ЧР

Урок " Факторы, влияющие на скорость химической реакции"

Цель урока: изучение факторов, влияющих на скорость химической реакции

Задачи:

узнать, какие факторы влияют на скорость химических реакций

научить объяснять влияние каждого фактора;

стимулировать познавательную активность учащихся путём создания проблемной ситуации;

формировать компетенции школьников (учебно-познавательную, коммуникативную, здоровьесбережения);

совершенствовать практические умения учащихся.

Тип урока: проблемно-диалогический.

Формы работы: групповая, индивидуальная.

Оборудование и реактивы: набор пробирок, держатель для пробирок, штатив, спиртовка, лучинка, спички, цинк в гранулах, цинк в порошке, оксид меди в порошке, магний, раствор серной кислоты (10 % -ный раствор), пероксид водорода, дихромат калия, сульфат меди, железный гвоздь, гидроксид натрия, мел.

Ход урока:

1-и этап:

Вызов: Здравствуйте, ребята! Сегодня мы с вами представим себя учёными- исследователями. Но прежде, чем мы приступим к изучению нового материала, мне хотелось бы продемонстрировать небольшой эксперимент. Посмотрите, пожалуйста, на доску и сделайте свои предположения по поводу протекания этих реакций:

А)сульфата меди и железа;

Б)раствора сульфата меди и гидроксида калия

Будут ли протекать эти реакции? Выйдите, пожалуйста, к доске и напишите уравнения этих реакций.

Рассмотрим эти примеры (эксперимент проводит учитель).

На столе – две пробирки, в обоих содержится раствор сульфата меди, но в одной пробирке с добавлением хлорида натрия, в обе пробирки опускаем по грануле алюминия.  Что мы наблюдаем?

ПРОБЛЕМА: Почему во втором случае мы не видим признаков реакции, неужели наши предположения неверны?

ВЫВОД: 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 или дней, как, например, 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: это ионные реакции, идущие с образованием осадка, газа или реакции нейтрализации.

А теперь вспомним, что вам известно о скорости химических реакций.

Осмысление понятия. Перечисляют определение, формулы, единицу измерения.

ПРОБЛЕМА: Что нужно знать, чтобы уметь управлять скоростью химической реакции? (Знать, какие условия влияют на скорость)

Как называются эти условия, которые вы сейчас перечислили? (Факторы)

Перед вами на столах стоят химические приборы и реактивы. Как вы думаете, с какой целью вы будете проводить опыты? (С целью изучения влияния факторов на скорость реакций)

Теперь мы с вами подошли к теме сегодняшнего урока. Именно изучением факторов мы будем заниматься на этом уроке.

Пишем в тетрадях название темы и дату.

II этап:

ОСМЫСЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ.

Какие же факторы влияют на скорость химических реакций?

Учащиеся перечисляют: температура, природа реагирующих веществ, концентрация, поверхность соприкосновения, катализаторы.

Как они могут изменить скорость реакции? (Ученики предлагают свои предположения)

Учитель: Влияние всех перечисленных факторов на скорость химических реакций можно объяснить, используя простую теорию – теорию столкновений. Основная ее идея такова: реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определенной энергией. Отсюда можно сделать такие выводы:

Чем больше частиц реагентов, тем больше у них шансов столкнуться и прореагировать.

К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие, при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Но для этого частицы должны обладать определенной энергией.

Минимальный избыток энергии, необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации (запись определения в тетрадях).

Таким образом, на пути всех частиц, вступающих в реакцию, имеется некоторый барьер, равный энергии активации. Если он маленький, то находится много частиц, которые его успешно преодолевают. При большом энергетическом барьере необходима дополнительная энергия для его преодоления, иногда достаточно «хорошего толчка».

Обращаемся к высказыванию Леонардо да Винчи (Знания, не проверенные опытом, бесплодны и полны ошибок).

Учитель: Как вы понимаете значение этих слов? (проверять теорию практикой)

Да, действительно, всякую теорию надо проверять еще и на практике. Далее вам самим предстоит изучение различных факторов на скорость реакций. Для этого вы проведете реакции, руководствуясь инструкциями на ваших столах, оформите протокол опыта. После этого одному учащемуся из группы надо будет выйти к доске, объяснить, влияние какого фактора вы рассмотрели, написать уравнения на доске и сделать вывод согласно теории столкновений и теории активации.

Инструктаж по ТБ.

ПРОВЕДЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ В ГРУППАХ

Карточка 1.Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

1. Природа реагирующих веществ.

Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.

В две пробирки налейте немного серной кислоты.

2. В одну опустите небольшое количество магния, а в другую - гранулу цинка.

3. Сравните скорость взаимодействия различных металлов с серной кислотой.

4. В чём, по вашему мнению, причина различной скорости реакций кислоты с данными металлами.

5. Влияние какого фактора вы выяснили при проведении этой работы?

6. Найдите в протоколе лабораторной работы полуреакции, соответствующие вашему опыту, и допишите уравнения реакций.

Карточка 2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

2.Концентрация реагирующих веществ.

Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.

1. В две пробирки налейте 1-2 мл серной кислоты.

2. В одну из пробирок добавьте такой же объем воды.

3. В каждую из пробирок поместите гранулу цинка.

4. В какой из пробирок выделение водорода началось быстрее?

5. Влияние какого фактора вы выяснили в этом эксперименте?

6. Как это можно объяснить с точки зрения теории столкновений?

7. Напишите уравнение реакции.

Карточка 3. Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

3.Площадь соприкосновения реагирующих веществ.

Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.

1. Разотрите небольшой кусочек мела в ступке.

2. В две пробирки налейте немного раствора серной кислоты. Будьте очень осторожны, налейте совсем немного кислоты!

3. Одновременно в одну пробирку поместите порошок, а в другую кусочек мела.

4. В какой из пробирок реакция пройдёт быстрее?

5. Влияние какого фактора вы выяснили в этом эксперименте?

6. Как это можно объяснить с точки зрения теории столкновений?

7. Напишите уравнение реакции.

Карточка 4. Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

4.Температура.

Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.

1. В обе пробирки налейте раствор серной кислоты и поместите в них по грануле оксида меди.

2. Одну из пробирок осторожно нагрейте. Сначала нагреваем пробирку чуть наклонно, стараясь прогреть ее по всей длине, затем только нижнюю часть, уже выпрямив пробирку. Пробирку держите держалкой.

3. В какой из пробирок реакция протекает более интенсивно?

4. Влияние какого фактора вы выяснили в этом эксперименте?

5. Как это можно объяснить с точки зрения теории столкновений?

6. Напишите уравнение реакции.

Карточка 5. Факторы, влияющие на скорость химической реакции:

5.Наличие специальных веществ- катализаторов, веществ, которые увеличивают скорость химической реакции.

Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.

В два стаканчика налейте перекись водорода.

В одну из пробирок осторожно присыпьте несколько кристалликов дихромата калия. Перемешайте полученный раствор стеклянной палочкой.

Зажгите лучинку, а потом погасите её. Поднесите тлеющую лучинку к растворам в обоих стаканах как можно ближе к раствору, но не касаясь жидкости. Лучинка должна загореться.

В какой из пробирок наблюдается бурное выделение газа? Какой это газ?

Какую роль в этой реакции выполняет дихромат калия?

Влияние какого фактора вы выяснили в этом эксперименте?

Напишите уравнение реакции.

ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Для обсуждения из каждой рабочей группы к доске выходит по одному ученику (по очереди)

Составление сводного протокола лабораторной работы на основе ответов к вопросам практикума.

На доске пишут уравнения реакций и делают соответствующие выводы. Все остальные учащиеся заносят полученные выводы и уравнения в протоколы.

Влияние природы реагирующих веществ

Проблема:

Учитель: массы взятых веществ навесок твёрдых веществ, концентрация соляной кислоты, условия проведения реакции одинаковы, но при этом интенсивность проходящих процессов (скорость выделения водорода) различна?

Обсуждение:

Учащиеся: мы брали разные металлы.

Учитель: все вещества состоят из атомов химических элементов. Чем отличаются химические элементы согласно знанию вами Периодического закона и Периодической системы Д. И. Менделеева?

Учащиеся: Порядковым номером, положением в Периодической системе Д. И. Менделеева, то есть они имеют различное электронное строение, а следовательно простые вещества образованные этими атомами имеют различные свойства.

Учитель: то есть эти вещества имеют различную природу. Таким образом, скорость химической реакции будет зависеть от природы того или иного реагирующего вещества, т. к. они имеют различное строение и свойства.

Вывод:

Учащиеся: Скорость химической реакции будет зависеть от природы реагирующих веществ: чем активнее металл (вещество), тем выше скорость химической реакции.

Влияние концентрации

Проблема: природа всех реагирующих веществ, условия проведения опыта одинаковы, однако интенсивность проходящих процессов (скорость выделения водорода) различна?

Обсуждение:

Учитель: почему скорость химической реакции разная, ведь реагируют одинаковые по химической природе вещества?

Учащиеся: При добавлении воды, мы изменили (уменьшили) концентрацию серной кислоты в одной пробирке, при этом интенсивность выделения водорода уменьшалась.

Вывод:

Учащиеся: Скорость химической реакции будет зависеть от концентрации реагирующих веществ: чем больше концентрация реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции.

Пояснение учителя: КОНЦЕНТРАЦИЯ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ.

Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать. На основе большого экспериментального материала в 1867г. норвежские учёные К.Гульдберг и П.Вааге и независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И.Бекетов сформулировали основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ:

Скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции.

Этот закон ещё называют законом действующих масс. Он справедлив только для газообразных и жидких веществ!

2А+3В=А2В3 V=k*CA2*.CB3

Задание 1. Составьте кинетические уравнения для следующих реакций:

Задание 2.

Как изменится скорость реакции, имеющей кинетическое уравнение

 v= kCA2CB, если концентрацию вещества А увеличить в 3 раза.

Зависимость от площади поверхности реагирующих веществ

Проблема:

Учитель: все вещества одинаковы по своей химической природе, одинаковы по массе и концентрации, реагируют при одинаковой температуре, однако интенсивность выделения водорода (а следовательно и скорость) разная.

Обсуждение:

Учащиеся: Одинаковые по массе кусочек и порошок мела имеют разные занимаемые объемы в пробирке, разную степень измельчения. Там где эта степень измельчения наибольшая – скорость выделения водорода максимальна.

Учитель: эта характеристика – площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ. В нашем случае различна площадь поверхности соприкосновения карбоната кальция с раствором Н2SO4.

Вывод:

Учащиеся: Скорость химической реакции зависит от площади соприкосновения реагирующих веществ: чем больше площадь соприкосновения реагирующих веществ (степень измельчения), тем больше скорость реакции.

Учитель: такая зависимость наблюдается не всегда: так для некоторых гетерогенных реакций, например, в системе Твердое вещество – Газ, при очень высоких температурах (более 500 0С) сильно измельчённые (до порошка) вещества способны спекаться, тем самым площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ уменьшается.

Влияние температуры

Проблема:

Учитель: взятые для эксперимента вещества имеют одинаковую природу, масса взятого порошка CuO и концентрация серной кислоты также одинаковы, однако скорость реакции разная.

Обсуждение:

Учащиеся: Значит, при изменении температуры реакции мы изменяем и ее скорость.

Учитель: Значит ли это, что при повышении температуры будет увеличиваться скорость всех химических реакций?

Учащиеся: Нет. Некоторые реакции идут при очень низких и даже минусовых температурах.

Вывод:

Учащиеся: Следовательно, любое изменение температуры на несколько градусов будет в разы изменять скорость химической реакции.

Учитель: Практически так звучит закон Вант-Гоффа, который будет здесь действовать: При изменении температуры реакции на каждые 10 ºС скорость химической реакции изменяется (увеличивается или уменьшается) в 2-4 раза.

Пояснение учителя: ТЕМПЕРАТУРА

Чем больше температура, тем больше активных частиц, увеличивается скорость их движения, что приводит к увеличению числа соударений. Скорость реакции возрастает.

Правило Вант-Гоффа:

При увеличении температуры на каждые 10° С общее число столкновений увеличивается только на ~ 1,6 %, а скорость реакции увеличивается в 2-4 раза (на 100-300%).

Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10° С, называют температурным коэффициентом.

Правило Вант-Гоффа математически выражается следующей формулой:

где V1 –скорость реакции при температуре t2,

V2 – скорость реакции при температуре t1,

y – температурный коэффициент.

Решите задачу:

Определите, как изменится скорость некоторой реакции при повышении температуры от 10 до 500С. Температурный коэффициент реакции равен 3.

Решение:

подставить данные задачи в формулу :

скорость реакции увеличится в 81 раз.

Влияние катализатора

Проблема:

Учитель: вещество в обоих случаях одно и то же, природа одинаковая, при одной и той же температуре, концентрация реагента одинаковая, почему же скорость разная?

Обсуждение:

Ученики: Во вторую пробирку добавили дихромат калия, после этого реакция пошла быстрее.

Учитель: Такие вещества, ускоряющие химические реакции, называются катализаторами. Существуют вещества, замедляющие реакции, называются они ингибиторами.

Вывод:

Ученики: катализаторы увеличивают скорость реакции за счет уменьшения энергии активации. Чем меньше энергия активации, тем быстрее реакция.

Каталитические явления широко распространены в природе: дыхание, усвоение питательных веществ клетками, синтез белков и др.- это процессы, регулируемые биологическими катализаторами - ферментами. Каталитические процессы - основа жизни в той форме, которая существует на земле.

Притча «Восемнадцатый верблюд» (для объяснения роли катализатора)

(очень древняя арабская притча)
 
Жил когда-то на Востоке человек, который разводил верблюдов. Всю жизнь он работал, а когда состарился, то позвал к себе сыновей и сказал:
«Дети мои! Я стал стар и немощен и скоро умру. После моей смерти разделите оставшихся верблюдов так, как я вам скажу. Ты, старший сын, работал больше всех — возьми себе половину верблюдов. Ты, средний сын, только начал мне помогать — возьми себе третью часть. А ты, младший, возьми девятую часть».
Прошло время, и старик умер. Тогда сыновья решили разделить наследство так, как завещал им отец. Они выгнали стадо на большое поле, пересчитали, и оказалось, что в стаде всего семнадцать верблюдов. И нельзя было разделить их ни на 2, ни на 3, ни на 9! Что было делать — никто не знал. Стали сыновья спорить, и каждый предлагал своё решение. И они уже устали спорить, но так и не пришли к общему решению.
В это время ехал мимо путник на своём верблюде. Услышав крик и спор, он спросил: «Что случилось?»
И сыновья рассказали о своей беде. Путник слез с верблюда, пустил его в стадо и сказал: «А теперь разделите верблюдов, как велел отец».
И так как верблюдов стало 18, то старший сын взял себе половину, то есть 9, средний — треть, то есть 6 верблюдов, а младший девятую часть, то есть двух верблюдов. И когда они разделили таким образом стадо, в поле остался ещё один верблюд, потому что 9+6+2 равно 17.
А путник сел на своего верблюда и поехал дальше.

Лабораторная работа (протокол)

РЕФЛЕКСИЯ.

Что мы изучили на этом уроке?

Составьте кластер на тему «Факторы, влияющие на скорость ХР».

Для чего нужны знания о факторах, влияющих на скорость химических реакций?

Применяются ли они в быту? Если применяются, назовите области применения.

Тест по теме (на 5 мин).

 

Тест

1. Скорость химической реакции характеризует:

1) движение молекул или ионов реагирующих веществ относительно друг друга

2) время, за которое заканчивается химическая реакция

3) число структурных единиц вещества, вступивших в химическую реакцию

4) изменение количеств веществ за единицу времени в единице объема

При повышении температуры реагирующих веществ скорость химической реакции:

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) изменяется периодически

При повышении площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ скорость химической реакции:

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) изменяется периодически

При повышении концентрации реагирующих веществ скорость химической реакции:

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) изменяется периодически

Для увеличения скорости химической реакции
2CuS(тв.) + 3O2(г.) = 2CuO(тв.) + 2SO2(г.) + Q необходимо:

1)  увеличить концентрацию SО2 

2)  уменьшить концентрацию SО2 

3)  уменьшить температуру 

4)  увеличить степень измельчения CuS

При обычных условиях с наименьшей скоростью происходит взаимодействие между:

1)  Fe и O2

2) Cu и O2

3) Zn и HCl (10%-й р-р)

4) Mg и HCl (10%-й р-р)

При увеличении температуры от 10 до 30 °С скорость реакции, температурный коэффициент которой = 3:

1)  возрастает в 3 раза

2)  возрастает в 9 раз

3)  уменьшается в 3 раза

4)  уменьшается в 9 раз

Оценка тестовой работы: