Факторы, влияющие на скорость химических реакций изучаются, как правило, в 9-х и 11-х классах, но разработка урока в том виде, который я хочу предложить хорошо воспринимается учащимися и более младших классов.
Перед уроком учащиеся разбиваются на 5 групп.
Эпиграфом к уроку можно предложить следующие строки:
Все в мире цепью связано нетленной,
Все включено в один круговорот,
Сорвешь цветок, а где-то во Вселенной
В тот миг звезда сорвется и умрет:
(Л. Куклин)
Цель урока не только изучить факторы, влияющие на скорость химических реакций, но и найти точки соприкосновения химии с другими предметами, ведь она неотделима и невозможна без них.
Обычно, я начинаю урок с того, что раздаю учащимся небольшие подарочные пакетики. Они с интересом в них заглядывают, но интерес вскоре сменяется недоумением: "Зачем нам этот мусор?" (В пакетах собраны пустые обертки от конфет, упаковки от чипсов и т.п.)
Далее я поднимаю перед классом вопрос: "Как вы думаете, куда идет тот мусор, который мы выбрасываем?" (Как правило, вывозится на свалки, поступает на мусороперерабатывающие и мусоросжигательные заводы. Но в основном - на свалки. А часто - так и остается лежать на улицах.) Здесь целесообразно проиллюстрировать сказанное слайдами с фотографиями, (можно даже заранее попросить учащихся класса подготовить презентацию).
В настоящее время в Москве существующие мусоросжигательные и мусороперерабатывающие заводы, в состоянии утилизировать только около 5% твердых бытовых отходов. Все остальное вывозится на специализированные полигоны или несанкционированные свалки, а их на территории Москвы насчитывается около 60. Огромное количество мусора не попадает даже туда. Таким образом, утилизация твердых бытовых отходов является проблемой современной Москвы и не только Москвы. Так, за год только в морях прибавляется 176000 т пластиковых изделий (упаковка, приспособления для ловли рыбы и т.п.) И с каждым годом это количество только растет, ибо пластмасса практически не разрушается.
Далее развивается дискуссия, на которой обсуждаются вопросы:
- Насколько быстро разлагается, например, пищевые отходы?
- А бумага, древесина, текстиль, металлы?
Учащиеся делают вывод, что огромное количество мусора лежит годами. Задача человека - научиться управлять скоростью химических процессов в своих интересах. А для этого необходимо знать, какие условия окружающей среды и каким образом могут на нее повлиять. И основная задача на этот урок - определить эти факторы и определить, можем ли мы с вами хотя бы частично помочь нашему городу.
Учащиеся записывают тему урока и вспоминают определение скорости химических реакций, изученное в 8 классе.
Для того чтобы выявить влияние каждого из факторов на скорость химических реакций предлагается провести ряд исследований. Учитель проводит инструктаж по ТБ при работе с кислотами и при нагревании.
На каждом столе находится карточка, в которой указан номер группы; каждая группа исследует один из факторов, оказывающих влияние на скорость химической реакции. В каждой карточке даны инструкции по выполнению работы.
После того, как учащиеся завершат работу, один представитель от каждой группы должен будет рассказать о проделанной работе и выводах остальным.
Группа №1
Задание: Экспериментально изучите зависимость скорости химических реакций от природы реагирующих веществ.
Оборудование. Штатив с пробирками
Реактивы: цинк и магний - гранулы, соляная кислота (10%-я)
Выполнение работы: В две пробирки налейте по 2 мл соляной кислоты и опустите в одну пробирку магний, а в другую цинк.
Наблюдайте за скоростью выделения водорода.
Сделайте вывод о зависимости скорости химической реакции от природы реагирующих веществ.
Группа №2
Задание: Экспериментально изучите зависимость скорости химических реакций от концентрации реагирующих веществ.
Оборудование. Штатив с пробирками
Реактивы: цинк - гранулы, соляная кислота (10% и 30%)
Выполнение работы: В одну пробирку налейте 1 мл 10% соляной кислоты, а в другую - 1 мл 30% соляной кислоты. Опустите в каждую пробирку цинк.
Наблюдайте за скоростью выделения водорода.
Сделайте вывод о зависимости скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ.
Группа №3
Задание: Экспериментально изучите зависимость скорости химических реакций от поверхности соприкосновения реагирующих веществ.
Оборудование. Штатив с пробирками
Реактивы: гранулы цинка и порошок цинка, соляная кислота (10%-я)
Выполнение работы: В две пробирки налейте по 2 мл соляной кислоты. Поместите одновременно в одну из пробирок гранулы цинка, в другую - равный по массе порошок цинка.
Наблюдайте, в какой из пробирок реакция закончится раньше. Почему?
Сделайте вывод о зависимости скорости химической реакции от поверхности соприкосновения реагирующих веществ.
Группа №4
Задание: Экспериментально изучите зависимость скорости химических реакций от температуры.
Оборудование. Штатив с пробирками, спиртовка, пробиркодержатель.
Реактивы: соляная кислота (10%-я), цинк.
Выполнение работы: В две пробирки положите одинаковое количество цинка, налейте по 2 мл соляной кислоты. Содержимое одной из пробирок нагрейте.
Наблюдайте за скоростью выделения водорода.
Сделайте вывод о зависимости скорости химической реакции от природы реагирующих веществ.
Группа №5
Задание: Экспериментально изучите зависимость скорости химических реакций от присутствия катализатора.
Оборудование. Штатив с пробирками.
Реактивы: соляная кислота (10%-я), цинк, сульфат меди(II).
Выполнение работы: В пробирку положите несколько гранул цинка, налейте 2 мл соляной кислоты. Затем налейте немного сульфата меди(II).
Наблюдайте за скоростью выделения водорода.
Сделайте вывод о зависимости скорости химической реакции от присутствия катализатора.
После выполнения работы представитель от каждой группы рассказывает о ходе эксперимента, который они выполняли и результатах, к которым они пришли, записывают уравнения реакций.
Выводы записываются в таблицу:
| Факторы, влияющие на скорость химической реакции | Характер влияния |
| Природа реагирующих веществ | |
| Температура | |
| Площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ | |
| Концентрация реагирующих веществ | |
| Присутствие катализатора |
При наличии времени предлагаю учащимся ответить на следующие вопросы:
1. С одинаковой ли скоростью будет перегнивать бумага и картофельные очистки?
2. Трубы, по которым течет холодная или горячая вода быстрее покрываются ржавчиной? Почему?
Где молоко скиснет быстрее - в холодильнике или в комнате? Почему?
3. В каком случае пламя горящей лучинки будет более интенсивным - на воздухе или в чистом кислороде?
4. Какой картофель сварится быстрее - цельный или разрезанный на мелкие ломтики?
5. Если попробовать дома в ложечке поджечь кусочек сахара, он будет плавиться, дымиться, обугливаться, но не загорится. А если же на него поместить немного сигаретного пепла и поджечь - он загорится ровным синеватым пламенем. Почему?
Затем мы возвращаемся к проблеме, которая стояла перед нами вначале урока.
Необходимо, используя знания о факторах, влияющих на скорость химических реакций проанализировать проблему утилизации или захоронения бытовых отходов.
Приведу примерный вариант дальнейшего развития дискуссии, каждый этап которой можно проиллюстрировать слайдами с фотографиями.
Природа реагирующих веществ.
Разные виды отходов разлагаются с разной скоростью.
Что необходимо делать с мусором? (Сортировать.) А на каком этапе, по вашему мнению, наиболее целесообразно сортировать мусор и кто это должен делать? (Как правило, в России сортировку проводят уже на мусороперерабатывающем заводе, причем вручную. В то время как на Западе этим занимается население).
Что делать с мусором после сортировки?
Сжечь - влияние температуры. Выделяющуюся при этом тепловую энергию используют, например для подогрева воды (но не в Москве) - при этом реализуется принцип энергосбережения.
А какие именно отходы вы бы предложили сжечь, и что делать с остальными?
При горении некоторых веществ выделяются ядовитые газы, что вызывает дополнительные проблемы. Кроме того, потребность человечества в материалах так высока, что мы не можем "разбрасываться", просто сжигания их. Большинство отходов необходимо пускать во вторичную переработку, предприятия, которые этим занимаются, являются, как правило, достаточно прибыльными.
Концентрация реагирующих веществ. Площадь соприкосновения реагирующих веществ.
Даже при вторичной переработке веществ, необходимо увеличить скорость протекания химических процессов. Как это сделать? Измельчить.
Присутствие катализатора.
Переработку различных видов мусора действительно проводят в присутствии катализаторов, специфичных для каждого вида.
При этом один из наиболее эффективных способов переработки - использование биотехнологии. Речь идет о калифорнийских червях.
Они не просто уничтожают ненужный хлам, исключая металл, пластмассу и стекло, но и вырабатывают органоминеральные удобрения - биогумус, который в 10-15 раз эффективнее навоза, а главное - абсолютно безвреден.
В качестве домашнего задания можно предложить учащимся, проанализировав факторы, влияющие на скорость химических реакций, обосновать оптимальные условия стирки белья.
И в заключение, я предлагаю еще раз задуматься над строками, которые послужили эпиграфом к данному уроку:
Все в мире цепью связано нетленной,
Все включено в один круговорот,
Сорвешь цветок, а где-то во Вселенной
В тот миг звезда сорвется и умрет: