Цель: обобщить и расширить сведения учащихся о скорости химической реакции, о факторах, влияющих на скорость химической реакции в процессе эксперимента и объяснить кинетические закономерности, которым подчиняется реакция.
Средства обучения
- Оборудование и реактивы для лабораторной работы по группам.
- Таблица. Скорость химической реакции.
Планируемые результаты обучения.
- Развитие научного мышления в процессе установления причинно – следственных связей, сравнения, наблюдения, сопоставления вариантов эксперимента.
- Развитие и систематизация знаний о скорости химической реакции.
- Объяснение закономерностей, отражающих влияние природы вещества и внешних факторов на скорость химической реакции.
- Развитие знаний учащихся об использовании способов изменения скорости химических процессов.
- Развитие мотивации изучения предмета при обращении к жизненному опыту учащихся.
Ход урока
| 1. Введение в урок. - Сегодня на уроке поговорим о продолжительности химической реакции, а точнее о скорости химической реакции. Зная законы химической кинетики, человек получает возможность управлять химическими процессами, задавать им требуемую скорость. - Как классифицируют реакции по агрегатному состоянию? - Приведите примеры химических реакций, которые протекают с большой скоростью и медленно. - Почему же скорость реакций не одинакова? Многие реакции самопроизвольно не протекают, мы сами и весь окружающий нас мир существуем благодаря наличию энергии активации, которая не позволяет многим реакциям идти со значительной скоростью. - Что бы случилось, если бы все термодинамические реакции могли идти, не имея энергетического барьера? Чтобы управлять скоростью химической реакции, надо знать факторы, от которых она зависит. 2. Основная часть урока. Задание: предлагаю рассмотреть влияние различных факторов на скорость химической реакции. 1) один из способов преодоления энергетического барьера – повышение температуры. Дополнительно: пример взаимодействия водорода с кислородом: слишком высокий энергетический барьер не пропускает частицы, которые должны были прореагировать при обычных условиях, поэтому при температуре 20 градусов – 54 млар., 500 градусов – несколько минут, при температуре 700 градусов реакция идет мгновенно. Вант – Гоффу впервые присуждена Нобелевская премия по химии. Повышение температуры без ограничений может привести к разложению веществ и протеканию побочных реакций 2) площадь соприкосновения; Как на производстве достигают увеличение площади соприкосновения? Для каких реакций применим данный фактор? Огромной площадью соприкосновения с воздухом и повышенной химической активностью объясняются взрывы распыленных порошкообразных веществ – угольной, мучной, сахарной пыли. Необходимо соблюдать на производстве ТБ при складировании продукции. 3) природа реагирующих веществ; Величина энергии активации веществ – фактор, посредством которого сказывается влияние природы реагирующих веществ на скорость химической реакции. Еа Еа = 40 – 120кдж/моль – скорость средняя (гидролиз сахарозы, взаимодействие металлов с кислотами) Еа Дополнительно: влияние природы реагирующих веществ на скорость химической реакции очень велико. Природа стекла, полиэтилена и других веществ, созданных человеком, такова, что эти вещества практически не разлагаются или разлагаются очень медленно, поэтому стоит проблема их утилизации. 4) концентрация;
5) катализатор; работают 2 группы 1 – действие неорганических катализаторов 2 – действие ферментов Дополнительно: НН Зелинский: “Неосуществимых реакций нет, а если реакция не идет, то еще не найден катализатор”. Активационный барьер можно преодолеть и без нагревания. В этом – то и заключается роль катализатора. Еще в 19 веке обнаружили, что в присутствии платины водород с кислородом реагируют при комнатной температуре, реакция идет настолько энергично, что платина раскаляется, значит, активационный барьер можно преодолеть без нагревания. В присутствии катализатора образуется активированный комплекс, требующий меньших затрат энергии. 1823 г. Деберейнер открыл замечательное свойство платины – поджигать водород, катализатор - “огниво”. 3. Закрепление материала. |
Запись в тетрадь темы урока и определения: раздел химии, изучающий скорость химической реакции называется химической кинетикой.
- Даются формулы для вычисления скорости гомогенных и гетерогенных реакций. - Объяснение: почему протекают химические реакции, как молекулы преодолевают энергетический барьер, что такое энергия активации.
- Обсуждение поставленного вопроса.
- Выполнение учащимися лабораторной работы, 6 групп, каждая группа исследует только один из факторов, влияющих на скорость химической реакции (задания группам в приложении).
- Отчет группы о влиянии температуры на скорость химической реакции. Рассматривается уравнение Вант - Гоффа
Задача. Во сколько раз изменится скорость реакции при повышении температуры от 10 до 50 градусов.
- Отчет группы о влиянии площади соприкосновения веществ на скорость химической реакции.
- Отчет группы о влиянии природы реагирующих веществ на скорость химической реакции.
- Отчет группы о влиянии концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции. Рассматриваем основной закон химической кинетики, его еще называют законом действующих масс, так как в конце ???в.термин “концентрация” еще не был введен, вместо него использовали термин “действующие массы” Соотнесите формулы расчета скорости химических процессов (в общем виде) с уравнениями их реакций: 1.v = k *CA* CB 2.v = k1 * CX2*CY А.2H2 + O2 —> 2H2O Б.H2 + Cl2 —> 2HCl В.3O2 + 4Al —> 2Al2O3 Г.2CO + O2 —> 2CO2 Д.N2 + O2 —> 2NO - Отчет групп о влиянии катализатора на скорость химической реакции
- Подведение итогов работы в группах, акцентирую внимание на значимость рассмотренных вопросов. |
40кдж/моль - скорость
реакции очень большая (реакции ионного обмена)
120 –
незначительная скорость (разложение аммиака)
Задания группам.
Задание: изучить зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ.
Под природой реагирующих веществ понимают их состав, строение, взаимное влияние атомов в молекулах органических и неорганических веществ.
Характеристика природы вещества.
- Истинный состав вещества – качественный и количественный.
- Строение атомов элементов, их пространственное расположение в молекуле или кристалле.
- Свойства вещества – энергия: частиц (кинетическая и потенциальная), ионизации атома, сродства к электрону, связи между атомами или ионами, межмолекулярного взаимодействия, кристаллической решетки; степени окисления элементов в соединении.
Величина энергии активации – фактор, посредством которого сказывается влияние природы реагирующих веществ на скорость химической реакции. Или энергия активации зависит от природы реагирующих веществ.
- Изучить по учебнику (стр.132) влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции.
- Проделать опыты, доказывающие влияние природы реагирующих веществ на скорость химической реакции.
В три пробирки поместить отдельно гранулы цинка, алюминия, меди. Прилить одинаковый объем соляной кислоты. Объяснить результаты опыта, используя ряд активности металлов.
Задание: установить зависимость между скоростью химической реакции и концентрацией реагента.
Термин “концентрация” обычно используется по отношению к растворам, но его можно применить и к газам.
- Изучить по учебнику (стр. 133 - 135) влияние концентрации реагентов на скорость химической реакции.
- Провести опыт, который устанавливает зависимость между скоростью химической реакции и концентрацией реагента.
В две пробирки положить по две гранулы цинка, прилить соляной кислоты разной концентрации.
- В какой пробирке скорость реакции больше и почему?
- Назовите и сформулируйте закон, определяющий зависимость скорости химической реакции от концентрации частиц.
- Назовите авторов этого закона.
Задание: установить зависимость скорости химической реакции от температуры.
- Изучить по учебнику (стр. 133) влияние температуры на скорость химической реакции.
- Провести реакцию, доказывающую зависимость скорости химической реакции от температуры. В две пробирки насыпать немного порошка оксида меди, прилить одинаковый объем серной кислоты, одну пробирку закрепить в держатель и осторожно нагреть.
- В какой пробирке скорость реакции больше?
- Кто из ученых сформулировал зависимость скорости реакции от температуры?
- Почему при повышении температуры скорость реакции возрастает?
- Всегда ли применимо для реакции повышение температуры?
Задание: Установить зависимость между скоростью химической реакции и поверхностью соприкосновения реагирующих веществ.
1. Изучить по учебнику зависимость скорости химической реакции от поверхности соприкосновения веществ (стр. 139).
2. Провести реакции, устанавливающие зависимость между скоростью химической реакции и поверхностью соприкосновения реагирующих веществ. В одну пробирку поместите железный гвоздь, а в другую железные опилки. В обе пробирки прилить одинаковый объем серной кислоты.
3. В каком случае скорость реакции больше и почему?
4. Как в промышленности увеличивают площадь соприкосновения реагирующих веществ?
Задание: установить зависимость между скоростью химической реакции и влиянием катализатора.
Катализаторы – образуют с исходными веществами более реакционно-способные промежуточные соединения и комплексы.
Широко используются платина, родий, палладий, медь, никель, олово, рений, оксиды ванадия, меди, серебра, железа, хрома и другие.
Изучить по учебнику влияние катализатора на скорость химической реакции (стр. 135).
- Какие вещества называют катализаторами?
- Что называют катализом?
- Какой катализ называют гомогенным?
- Какой катализ называют гетерогенным?
- Почему со временем требуется регенерация катализатора?
- В две пробирки налить по 2 мл, серной кислоты, добавить по одной грануле цинка. Что наблюдаете?
- В одну пробирку добавить несколько капель раствора сульфата меди, как изменилась скорость реакции, чем для данной реакции является сульфат меди?
- Пример, какого катализа вы рассмотрели?
Задание: рассмотреть действие биологических катализаторов – ферментов.
И.П. Павлов назвал ферменты носителями жизни. Они обладают целым рядом специфических свойств и характеристик.
- По своему размеру ферменты попадают в область коллоидных частиц, что не дает возможности отнести их ни к гомогенным, ни к гетерогенным катализаторам. Катализ под действием ферментов относят к микрогетерогенному.
- В организме человека около 30000 ферментов, каждый из которых ускоряет свою реакцию.
- Действие ферментов очень эффективно. Одна молекула каталазы при ноль градусов разлагает за секунду 50000 молекул перекиси водорода, она снижает энергию активации с 75 кДж/моль до 25, тогда как платина снижает до 50.
- Наибольшая эффективность при 37 градусов, при повышении температуры они разрушаются, становятся неактивными.
- Они очень чувствительны к ядам.
- Ферменты действуют в строгом интервале температур и в строго определенной среде. Фермент слюны птиалин действует на крахмал пищи при температуре 35 – 40 градусов в щелочной среде. В желудке он не работает, так как там кислая среда, здесь начинается действие пепсина, который расщепляет белки пищи.
- В инструкциях по применению стиральных порошков, содержащих ферменты, рекомендуется строго придерживаться указанного интервала температур.
- Клетки живых организмов четко соблюдают заданную им природой “инструкцию” по использованию ферментов. Под действием ферментов происходит распад белков, жиров, углеводов, поступивших в организм с пищей и синтез новых молекул, которые точно соответствуют потребностям данного организма.
- Изучить по учебнику теоретический материал (стр.138).
- Провести опыт, доказывающий, что ферменты – катализаторы.
- В четыре пробирки налить перекиси водорода. В первую – сырой картофель, во вторую – сырой моркови в третью сырого мяса, в четвертую – кусочек вареного мяса.
- Объясните результаты, какой фермент содержат эти вещества?
- Почему в четвертой пробирке не наблюдалось действие катализатора?