Скорость химических реакций

Девиз урока:

“Просто знать – еще не все, знания нужно использовать”.

Гете.

Цели урока:

Образовательные:

• расширить представления учащихся о скорости химических реакций;
• уяснить сущность закона действующих масс (ЗДМ);
• познакомить учащихся с новыми понятиями (гомогенные и гетерогенные реакции);
• экспериментально исследовать зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ.

Развивающие:

• продолжить формирование экспериментальных навыков учащихся;
• развивать умение работать в группах и индивидуально;
• продолжить формирование химического мышления, развития речи, памяти, познавательного интереса к предмету, самостоятельности, умения делать выводы.

Воспитательные:

• воспитывать умение работать в паре, коммуникативные умения.

Оборудование:

• Для учителя: фарфоровая чаша, фарфоровый пестик, компьютер, видеопроектор.
• На рабочем столе ученика: четыре пробирки, подставка для пробирок, часы с секундной стрелкой, черная бумага.

Реактивы: Тиосульфат натрия, серная кислота, вода, алюминий, йод.

1. Вводная часть: сообщение темы урока, настрой учащихся на урок.

Учитель. Кинетика – раздел химии, включающий изучение таких тем, как обратимость химических реакций, тепловой эффект реакций, скорость химических реакций, химическое равновесие. Мы начинаем с темы, название которой вам нужно угадать (тема на доске закрыта; показываю опыт, демонстрирующий зависимость скорости реакции взаимодействия алюминия и кристаллического йода от катализатора).

Вопрос классу. Почему мы начинаем изучение химической кинетики с этой темы?

Тема скорости химических реакций актуальна, так как вокруг нас постоянно происходят разные процессы и скорость их различна. Эти процессы важны и происходят во всех уголках природы, жизнедеятельности людей. (Рисунок 1). Обсуждение среди ребят - сравнение скоростей предложенных реакций. Класс приходит к выводу: все процессы идут с различной скоростью.

Вопросы классу:

1. Что такое скорость реакции? Какая из приведенных формул соответствует скорости химической реакции?

2. В каких единицах измеряют скорость химических реакций?

Важно не только знать скорость химической реакции, но и научиться ею управлять. Зачем? Чтобы ускорить нужную реакцию и замедлить нежелательную. Как сказал Гете: “Просто знать – еще не все, знания нужно использовать”. Посмотрим на экран: на рисунке показана зависимость скорости реакций от определенных внешних факторов (Рисунок 2).

3. Какие факторы влияют на скорость химических реакций?

Ребята называют температуру, катализатор, природу веществ, площадь соприкосновения реагирующих веществ, приводят примеры, в которых наблюдается влияние перечисленных факторов.

2. Основная часть.

Учитель. А какого фактора здесь нет, но влияющего на скорость химических реакций?

Это концентрация реагирующих веществ, она увеличивает скорость реакций в жидкой и газообразной среде. Поэтому на этом уроке экспериментально исследуем влияние концентрации веществ на скорость химических процессов. В 9 классе это был опыт взаимодействия цинка с разбавленной и концентрированной соляной кислотой, а в 10-м классе мы используем реакцию взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой.

Немного о тиосульфате натрия: химическая формула – Na₂S₂O₃, широко используется в медицине. В фотоделе он известен под названием фиксажной соли. С его помощью с пластинок, бумаги или пленки удаляют неразложившийся бромид серебра. Этот процесс основан на способности тиосульфата натрия образовывать с бромидом серебра соединение, растворимое в воде. Обработанные им пленки и тщательно промытые водой, становятся нечувствительными к дальнейшему действию света.

Смысл химической реакции, лежащей в основе эксперимента: при взаимодействии тиосульфата натрия с серной кислотой наблюдается помутнение - появление чистой серы (признак химической реакции). Эта реакция идет в две стадии.

I стадия: Na₂S₂O₃ + Н₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂S₂O₃ (тиосерная кислота)

II стадия: H₂S₂O₃ = H₂SO₃ + Sv

Сера – нерастворимое в воде вещество, вот почему выпадает осадок. Прежде, чем приступить к эксперименту, посмотрим на таблицу, которая лежит у вас на столах – инструкция проведения эксперимента (Рисунок 3). В ней указана концентрация тиосульфата натрия в каплях (условная концентрация). Изменять ее будем при помощи воды. Концентрация серной кислоты остается без изменений – 1 капля. В соседней графе карандашом запишите время проведения реакции. Что считать временем начала реакции? Момент сливания растворов тиосульфата натрия, воды и серной кислоты считаем нулевым, далее вы отсчитываете время до появления помутнения. Чтобы лучше увидеть образование серы в реакции, используйте черную бумагу.

Проделаем предварительный опыт взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой и отметим время прохождения реакции (секундная стрелка).

После эксперимента строим график зависимости времени прохождения реакции от концентрации тиосульфата натрия (Рисунок 4). График строим на полстраницы. Концентрацию откладываем в каплях, время – в секундах. На работу отводится 10 минут. Приступайте.

Посмотрим на результаты эксперимента. На доске ученик заносит свои данные в заранее подготовленную таблицу. Сравниваю с моими данными (опыт провожу накануне). Отмечаю, кто более точно из пар провел эксперимент. Затем ученик рисует график зависимости времени прохождения реакции от концентрации тиосульфата натрия. Класс делает вывод:

скорость химической реакции зависит от концентрации. Чем она больше, тем выше скорость реакции.

Вопросы классу:

1. Почему скорость химической реакции увеличивается, ведь с увеличением концентрации время прохождения реакции уменьшается? (ответ – обратнопропорциональная зависимость скорости и времени - смотри формулу).

2. Как выглядит график зависимости скорости реакции от времени? Ребята строят график (Рисунок 5). Почему?

Зависимость скорости химической реакции от концентрации веществ выражается законом действующих масс (ЗДМ), открытом в XIX веке. Например, для условной реакции

А + 2В Д

скорость химической реакции равна произведению константы скорости химической реакции k на молярные концентрации реагирующих веществ, возведенных в степень их стехиометрических коэффициентов, если необходимо: ? = k • С_А • С_В²

где С_А и С_В – молярная концентрация веществ А и В, моль/л.

Физический смыл k: при С_А = С_В = 1моль/л, то k = v.

Но здесь важно учитывать, в какой среде протекает реакция: в гомогенной или гетерогенной. По ЗДМ в выражение для скорости реакции записывают концентрации веществ в растворенном и газообразном состоянии. Если вещество в твердом состоянии, то его концентрацией пренебрегают (два ученика выходят к доске записать выражение для скорости реакции в гомогенной и гетерогенной среде):

То есть, ЗДМ справедлив для гомогенных реакций. А как выглядит выражение для скорости химической реакции для гомогенной и гетерогенной реакции?

Для гомогенной реакции:

Для гетерогенной реакции:

Контроль. Для закрепления темы учащиеся отвечают на вопросы теста (Рисунок 6).

Затем все ответы учащиеся сверяют с экраном, где спроецированы ответы для проверки (Рисунок 7).

Итог урока: углубили знания по теме скорость химических реакций, экспериментально исследовали влияние концентрации веществ на скорость реакции. Я думаю, что вы приобрели новые знания, умения, которые пригодятся вам в будущем. И, наконец, маленькое пожелание на химическом языке.

IV. Рефлексия.

Желаю вам не громкими словами,
Чтоб не взрывались, словно водород, при неудачах
Что за вами следом,
И не были инертны, как неон, в пути,
Что вам пока еще невидан.

Вы будьте терпеливы, как судьба,
Не окисляйтесь, словно группа щелочных металлов,
Трудолюбивыми всегда
На долгие и долгие года.

Пусть будет меньше ингибиторов,
Как бремя, тормозящих путь подчас.
Пусть будет больше индивидуумов,
Талантливых и творческих из вас.

Активны будьте в жизни нашей бешеной,
Словно свободный радикал.
Катализаторами вам в пути обещаны
Любовь, терпение и доброта.