ЦЕЛИ:
1. Сформировать понятие скорость химической реакции и факторы, влияющие на скорость реакции.
2. Совершенствовать навыки исследовательской работы в парах.
3. Развивать творческие способности у учащихся.
ОБОРУДОВАНИЕ:
- (на столах) штатив с пробирками, ложечки для сыпучих веществ, держатель для пробирок, спиртовки, спички.
- (на демонстрационном столе) штатив с пробирками, ложечки для сыпучих веществ, пипетки, ступка, стаканчики.
РЕАКТИВЫ:
- (на столах) перекись водорода, оксид марганца (IV), оксид меди (II), серная кислота, соляная кислота ( конц. и разб.), цинк ( порошок и гранула), порошок магния, порошок железа.
- (на демонстрационном столе) порошок алюминия, кристаллический йод, вода, яичная скорлупа (кусочками и порошком), соляная кислота.
НА СТОЛАХ УЧАЩИХСЯ: методика проведения эксперимента, задачи на скорость химической реакции, правила по охране труда при выполнении экспериментов.
Ход урока
Ребята! Сегодня у нас не совсем обычный урок. Нам предстоит совершить исследование, в ходе которого мы должны выяснить, что такое скорость химической реакции и как на неё можно повлиять.
Для начала посмотрим сказку “Как братец Кролик и братец Черепаха бегали на перегонки” (сценка разыгрывается учащимися).
“Бежал братец Кролик однажды по дороге, весело так, вприпрыжку – липпити-клиппити, клиппити-липпити! – и встретился ему братец Черепаха…
Слово за слово – начался у них спор: кто быстрее бегает? Братец Кролик кричит:
- Я!
Ну а братец Черепаха – тот в грудь себя бьет и кричит:
- Нет, я!
Спорили они так да шумели, и тут братец Черепаха сказал:
- Ну, вот что, братец Кролик, я готов биться об заклад, что обгоню тебя…
На это Кролик ответил:
-… Я не только обгоню тебя, братец Черепаха, а еще успею поле ячменя засеять и урожай собрать, пока ты будешь плестись!..
Потом стали готовиться к бегу. Отмерили пять миль и в конце каждой мили поставили по столбику. Братец Кролик решил бежать по большой дороге, а братец Черепаха объявил, что побежит лесом…
Вот настал назначенный день. Солнышко еще не взошло, а братец Черепаха и все его домочадцы уже были на своих местах. Жена осталась в леске неподалеку от первого столбика, каждый из сыновей пристроился у своего столбика, а сам братец Черепаха расположился вблизи от последнего столбика…
Дали команду, и кролик стрелой понесся по дороге.
А жена Черепахи бочком-бочком – да к себе в болото…
Тем временем братец Черепаха увидел, что над дорогой летит судья, и понял: пора действовать. Выполз он из леска, перебрался кое-как через канаву и на виду у толпы зрителей притаился за последним столбиком.
Тут на дороге показался Кролик. Добежал он до столбика, с победным видом огляделся по сторонам и завопил во все горло:
- Я выиграл, я выиграл!
Тут все начали хохотать!.. Вышел из-за столбика братец Черепаха и сказал:
- Уважаемые леди и джентльмены! Думается мне,.. выиграл я.
С этими словами братец Черепаха, как ни в чем не бывало, отправился домой.” [1]
Почему братец Кролик был уверен, что обгонит братца Черепаху?
Ученики: У них разная скорость передвижения.
Для начала вспомним, что такое скорость как математическая или физическая величина?
Ученики: Скорость – это отношение пути к единице времени.
Получается, что скорость - это отношение какой-либо величины ко времени, за которое произошло данное изменение. А в химии, что можно взять за величину, которая может повлиять на скорость химической реакции?
Что бы ответить на данный вопрос, давайте проведем эксперимент: в две пробирки положить по грануле цинка. В первую пробирку налить 1 мл концентрированной соляной кислоты, во вторую – 1 мл разбавленной соляной кислоты. Что повлияло на скорость реакции и как можно сформулировать понятие скорость химической реакции?
Ученики: Скорость химической реакции – это изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени
Из этого определения скорость химической реакции выражается формулой:
[моль/л*с]
Почему перед выражением формулы мы ставим знак ± ?
Ученики: скорость не может быть отрицательной величиной, а концентрацию веществ мы можем, как увеличивать, так и уменьшать.
Решим задачу на применение данной формулы и выясним, как можно вычислить скорость реакции. В некоторый момент времени концентрация хлора в сосуде, в котором протекала реакция H2 + Cl2 —> 2HCl была равна 0,06 моль/л. Через 5 секунд концентрация хлора составила 0,02 моль/с. Чему равна средняя скорость данной реакции в указанный промежуток времени. (ответ 0,008 моль/л*с)
Можно ли влиять на скорость химической реакции и для чего это нужно?
Ученики: На скорость можно повлиять. Это необходимо, чтобы ускорить химические процессы на производстве.
Давайте выясним, какие факторы могут повлиять на скорость реакции. Для этого мы поставим эксперименты и попробуем их объяснить с точки зрения скорости химической реакции.
А в проведенном нами опыте, что повлияло на скорость химической реакции?
Ученики: Концентрация реагирующих веществ.
Попробуем смоделировать данный процесс с помощью шаро-стержневых моделей молекул соляной кислоты и атомов цинка. ( первый вариант моделирует процесс, проходящий в первой пробирке, а второй вариант – во второй пробирке).
Ученики: Для того чтобы произошла химическая реакция надо столкновение двух веществ, а если концентрация увеличивается, то и столкновения между молекулами тоже увеличивается, следовательно, ускоряется химическая реакция.
Это отображено в основном законе химической кинетики или законе действующих масс.
Скорость химической реакции прямо пропорционально произведению концентрации реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их коэффициентам в уравнении химической реакции.
Обращаю ваше внимание, что закон не действует на вещества находящиеся в твердом состоянии.
2А + В —> С
v=к • Са2• Св
Попробуем выразить скорость химических реакций, пользуясь законом действующих масс в различных химических процессах.
Как измениться скорость реакции, протекающей по уравнению 2NO + O2 <—> 2NO2, если концентрацию веществ увеличить в три раза? (ответ: увеличиться в 27 раз)
Для выяснения следующего фактора, влияющего на скорость химической реакции, проведем два эксперимента. В пробирку с 1 мл перекиси водорода добавить порошок оксида марганца (IV) и опустить в пробирку тлеющую лучинку.
Из-за чего загорелась тлеющая лучинка?
Ученики: Выделился в результате реакции разложения кислород, который поддерживает горение.
(Демонстрационный эксперимент выполняется в вытяжном шкафу). В перетёртую в ступке смесь кристаллического йода и порошка алюминия капаем воду. Наблюдаем выделение паров фиолетового цвета.
В обоих экспериментах мы использовали вещества, которые в конечном итоге остались без изменений. Попробуем объяснить это с помощью восточной мудрости.
У старика было три сына. Умирая, старик оставил в наследство сыновьям 17 верблюдов, разделив их следующим образом: старшему половину стада, среднему – треть, младшему – девятая часть. Возможно ли разделить наследство, не нарушая завещания? Нет. Проезжал мимо мудрец на верблюде и братья решили обратиться за помощью к нему. Тогда мудрец сказал: “Возьмите моего верблюда и попробуйте поделить стадо снова”. Братья так и сделали. Старший брат получил 18 : 2 = 9 верблюдов, средний брат - 18 : 3 = 6 верблюдов, младший брат – 18 : 9 =2 верблюда. Стадо разделилось, но сколько верблюдов всего получили братья? (17)
Для чего нужен был верблюд мудреца, а так же какую роль сыграли в реакциях оксид марганца (IV) и вода?
Ученики: Эти вещества изменили скорость химической реакции, а сами в конечном итоге остались без изменений.
Такие вещества называются катализаторами, и они ускоряют химическую реакцию. А всегда ли нам надо ускорить реакцию?
Ученики: Нет, например, реакцию ржавления железа надо замедлить.
Для этого используют вещества, которые называются ингибиторами.
Для того чтобы выявить следующий фактор рассмотрим историю в картинках (см. Приложение 1) и подтвердим это экспериментальным путем. Для этого в две пробирки положим порошка оксида меди (II) и прильем по 2 мл серной кислоты. Одну из пробирок нагреем на спиртовке. Опишите признаки реакции. Сделайте вывод.
Ученики: В пробирке, в которой осуществлялось нагревание веществ, раствор приобрел голубое окрашивание. Следовательно, на скорость реакции повлияла температура.
Можно также рассчитать, как измениться скорость реакции при изменении температуры. Для этого используют закон Вант-Гоффа, который формулируется следующим образом: при повышении температуры на каждые 10 оС скорость реакции изменяется в 2-4 раза.
Пользуясь данным законом, давайте, вычислим, во сколько раз увеличиться скорость реакции при повышении температуры от 40оС до 100оС, принимая температурный коэффициент равным 2. (ответ: в 64 раза)
Для выяснения следующего фактора проведем эксперимент: в одну пробирку насыпаем 0,5 г порошка магния, в другую – 0,5 г порошка железа. В обе пробирке добавить по 1 мл разбавленной соляной кислоты. Какой фактор в этом эксперименте повлиял на скорость химической реакции?
Ученики: Природа реагирующих веществ, так как магний по электрохимическому ряду напряжений металлов более активен, чем железо.
И последнее, что может повлиять на скорость реакции. В одну пробирку насыпать 0,5 г порошка цинка, в другую – 1 гранулу цинка. В обе пробирки добавить по 1 мл разбавленной соляной кислоты.
(демонстрационный опыт) В один химический стаканчик насыпать 5 г измельченной яичной скорлупы, в другой – 5 г яичной скорлупы кусочками. В оба стаканчика добавить 8 мл разбавленной соляной кислоты. Какой фактор лежит в основе этих экспериментов, и для каких систем он применим?
Ученики: В этом эксперименте на скорость реакции повлияло площадь соприкосновения реагирующих веществ. Применим данный фактор только для гетерогенных систем.
Итак, мы закончили наш урок-исследование. И я надеюсь, что он вам запомнится, и те знания. Которые вы почерпнули сегодня, пригодятся вам в быту и в дальнейшем на производстве.
Домашнее задание: Вам известна сказка, как черепаха обогнала зайца. Попробуйте эту же сказку пересказать с точки зрения скорости химической реакции.
Список литературы:
- Как братец Кролик и братец Черепаха бегали на перегонки. Сказка афро-американцев США. Библиотека мировой литературы для детей, т.32. – М.: Дет. Лит., 1985.
- CD. Химия 8 кл. Мультимедийное учебное пособие нового образца. Электронная библиотека “Просвещение”. 2004.