Скорость химической реакции с использованием ТРИЗ-технологии. 9-й класс

Разделы: Химия

Класс: 9


Автор и основной разработчик ТРИЗ – советский инженер Генрих Саулович Альтшуллер. В ТРИЗ (технология решения изобретательских задач) наиболее разработаны следующие блоки:

1) курс РТВ (развитие творческого воображения) – набор приемов и методов для генерирования фантастических, сказочных идей;

2) “основная” ТРИЗ – набор законов, приемов для решения технических изобретательских задач;

3) ТРТЛ – теория развития творческой личности – набор “подсказок” для “конструирования” творческой жизни от детства до старости.

Анализ биографий Великих людей (И. Ньютон, М. Ломоносов и др.) позволил сделать вывод, что первым признаком творческой личности является наличие так называемой “Достойной Цели”.

Основные критерии “Достойной цели”:

– новизна или недоступность. Либо новыми должны быть средства достижения цели.– должна быть конкретной, с четко определенной задачей.

– не должна быть слишком узкой, каждая конкретная цель должна иметь выход к глобальным проблемам, т.е. надо видеть систему целей.

– новая “Достойная цель”, как правило, опережает свою эпоху настолько, что воспринимается окружающими как ересь. Оптимальный возраст для выбора достойной цели (или первой достойной цели) 13-15 лет. В этом возрасте, по мнению психологов, наступает пик творческих способностей подростка и один из пиков поисковой активности. Наш вклад в этом направлении, это то, что нужно и можно показать детям возможность применения любого “кусочка” знаний в новом неожиданном направлении, что можно быть не просто потребителем знаний, но и создателем нового!

Для творческого человека закономерно сопротивление его идеям со стороны окружающих. Надо быть готовым к этому.

На каждом этапе движения к цели нужна результативность (для каждого этапа своя). Под результативностью следует понимать и корректную постановку задачи, и сбор материалов, и разработка теоретических положений, методик, расчетов, проведение опытов и т.д.

Со всеми этими моментами надо знакомить детей с приведением примеров и обсуждением, чтоб дать им пищу для размышлений, для создания системы ценностей, для выбора своего пути, своей цели.

Конечно, использование ТРИЗ технологии на уроках предпочтительнее использовать с высоко мотивированными учащимися.

Задачи:

  • Образовательные: продолжить развивать представление учащихся о скорости химической реакции, факторах, влияющих на изменение скорости реакции; дать определение катализатора и ингибитора, раскрыть механизм действия катализатора.
  • Развивающие: развивать логическое мышление учащихся, умение сравнивать и делать выводы; совершенствовать навыки работы с лабораторным оборудованием; научить творчески применять знания на практике.
  • Воспитательные: способствовать обучению специфическим умениям коллективной деятельности.

Оборудование: Пероксид водорода -Н2О2 (ж), MnO2, зажим, пробиркодержатель, спиртовка, лучина, пробирки, образцы металлов (Fe, Zn, Al), соляная кислота.

Эпиграф урока: “Правильное решение должно оказаться не только изящным, но и простым”. (Ф. Уотсон)

Факторы, влияющие на скорость химической реакции, заранее записаны учителем на доске и закрыты полосками бумаги.

  1. Площадь поверхности соприкосновения
  2. Природа вещества
  3. Концентрация исходных веществ
  4. Температура
  5. Катализатор

Посадка учащихся – по пять человек в группы, всего 5 групп.

Ход урока

I. Организационный момент

Вступительное слово учителя.

Мы продолжаем изучать основные закономерности протекания химических реакций (вспомним, что данный раздел химии называется химическая кинетика). И задачами сегодняшнего урока является выявление факторов, которые влияют на скорость химической реакции.

II. Актуализация знаний

Вопросы:

– Дайте определение скорости химической реакции.
– Чем отличается понятие “скорость” в физике и химии?
– Что нужно знать, чтобы рассчитать скорость химической реакции?

III. Изучение нового материала

Учитель: Ребята, все Вы утром торопитесь в школу! Что влияет скорость Вашего сбора в школу?. Многие факторы (перечисляют ученики, возможны шуточные варианты).

– Ребята, а какие факторы влияют на скорость химической реакции?

Ученики выдвигают предположения, затем учитель открывает закрытые бумагой слова на доске.

Учитель: теперь ребята, дополним, уточним каждый из факторов:

1. Каким образом можно увеличить площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ?
– Растворение, измельчение, перемешивание. Приведите пример.
2. Какова может быть природа вещества, какого характера
– Органического, неорганического, кислоты и щёлочи и т.д.
3 Как могут изменяться температура и концентрация веществ?
– Уменьшается, увеличивается
4. Есть ли вещества, которые могут изменять скорость химической реакции?
– Катализаторы – увеличивают скорость реакции, ингибиторы – замедляют.
Дописываем к выше написанным факторам.

Учитель: сегодня мы будем работать, как научные сотрудники. Факторы, влияющие на скорость химической реакции, мы установили. Сейчас Вы будете наблюдать эти явления при проведении эксперимента. Для этого вы и разделились на 5 групп. Теперь как научные сотрудники дайте объяснение этим явлениям. Почему на скорость химической реакции влияют перечисленные нами факторы.

Объяснения экспериментов могут быть научными или/и образными, связанными с бытовыми примерами, художественными, можно зарисовать ситуацию, объясняющую эти явления.

Дается задание каждой группе с последующим сообщением полученных результатов (каждой группе лучше всего продемонстрировать свой опыт демонстрационно):

Группа 1 – объяснить, почему на скорость химической реакции влияет площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ.

Даны вещества: Zn (опилки), Zn (гранулы), раствор HCl.

– Проведите химические реакции.

Группа 2 – объяснить, почему на скорость химической реакции влияет природа реагирующих веществ.

Даны вещества: раствор HCl, образцы металлов Al, Zn, Fe. Проведите реакцию между кислотой и каждым металлом.

Группа 3 – объяснить, почему на скорость химической реакции влияет концентрация исходных веществ.

Даны вещества: Zn, раствор HCl (1:1) (на 1 часть воды приходится 1 часть концентрированной HCl, раствор HCl (1:5). Проведите реакции между металлом и соляной кислотой различной концентации.

Группа 4 – объяснить, почему на скорость химической реакции влияет температура исходных веществ.

Даны вещества: 5мл 5%-го раствора HCl и 5мл 5%-го раствора тиосульфата натрия.

Проделайте следующие опыты:

Взаимодействе Na2S2O3 с HCl при обычных условиях.

Взаимодействе Na2S2O3 с HCl (растворы предварительно слегка подогреты).

Группа 5 – объяснить, почему на скорость химической реакции влияет катализатор

Получения кислорода из перекиси водорода в присутствии катализатора оксида марганца и обнаружение кислорода тлеющей лучиной.

В пробирку с пероксидом водорода (Н2О2) поместите немного оксида марганца (IV). Докажите, что полученный газ-кислород.

Учитель: Ребята! Вам всем (каждой группе) кроме выполнения эксперимента также необходимо создать модель, которая должна объяснить, почему и как происходит изменение скорости реакции. Вашей моделью может быть: объяснение, картинка, сюжет. Для выработки образного объяснения можно применить АНАЛОГИЮ, т.е. на что похожа эта ситуация?

5 группа – На что из вашей жизни похоже действие катализатора на скорость химической реакции?

4 группа – На что похоже влияние температуры на скорость химической реакции?

3 группа – На что похоже влияние концентрации веществ на скорость химической реакции?

2 группа – На что похоже влияние природы вещества на скорость химической реакции?

1 группа – На что похоже влияние увеличения или уменьшения площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ?

Дается время для обсуждения в группах, (10 мин.) Затем заслушивается выступление каждой группы (результаты эксперимента и аналогия):

1. Аналогия на влияние катализатора:

– Два человека не дружат, может даже враждуют. Третий решил для пользы дела их сдружить. Идёт к одному из них, договаривается, объединяется с ним, потом вместе идут к другому, опять договариваются (при посреднике иногда легче договориться), посредник уходит, а первые двое становятся друзьями!

2. Аналогия на влияние температуры:

– При повышении температуры повышается скорость движения молекул, поэтому они чаще сталкиваются и реагируют. Это похоже на танцпол, где все двигаются, танцуют и поэтому легче знакомиться, чем, например, на собрании, где все сидят на своих местах.

3. Аналогия на влияние концентрации:

– Чем больше вещества в единице объёма, тем больше столкновений между молекулами и выше скорость реакции. Это похоже на большой супермаркет, где много товара и много покупателей. В супермаркете продаётся больше товара, чем в маленьких специализированных магазинчиках, потому что покупатель “сталкивается” с большим количеством разных товаров.

– Пробки на Московских дорогах. Концентрация (количество) машин становится больше, а скорость движения –меньше. Комментарий учителя: да, такое тоже бывает в химии: при слишком большой концентрации веществ реакция не идёт, приходится разбавлять водой, чтоб молекулам “было, где разбежаться”.

4. Аналогия на влияние природы реагирующих веществ:

– Люди бывают разных характеров, разных темпераментов и от этого зависит скорость их работы, скорость сближения с другими людьми. Так и вещества имеют свои “характеры” и это влияет на скорость химических реакций.

5. Аналогия на влияние площади поверхности реагирующих веществ:

– Из старой морской песни: “Мы – спина к спине у мачты, против тысячи -вдвоём!”. Герои этой песни уменьшили площадь соприкосновения с врагами и уменьшили “скорость реакции” с ними, т. е. уменьшили возможность поражения.

Учитель: итак, мы посмотрели выступления каждой группы, каждая группа отразила в своем выступлении один из факторов, влияющих на скорость химической реакции.

Учитель: Скажите, для чего нам нужны такие образные представления?

Ответ учащихся: Для лучшего запоминания и понимания происходящих химических процессов.

Учитель: Давайте теперь рассмотрим с научной точки зрения действия одного из факторов на скорость химической реакции. Объясним действие катализатора на скорость реакции.

– Из проведенного группой 5 эксперимента назовите фактор, который влияет на скорость химической реакции.

– В данной реакции на скорость влиял катализатор.

Мы с вами уже получили образное представление влияния катализатора на скорость химической реакции, а теперь дайте научное обоснование действия катализатора?

– МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ КАТАЛИЗАТОРА объясняется образованием промежуточных

соединений. Например, механизм действия катализатора К в реакции А+ В=АВ можно

схематически показать так:

А+К=АК

АК+В=АВ+К АК – промежуточное соединение

А+В=АВ

– Да, совершенно правильно. В присутствие катализатора изменяется путь, по которому происходит суммарная реакция, поэтому изменяется ее скорость. Например:

2SO2 + O2= 2SO3 ( медленно)

Механизм действия катализатора:

2NO + O2= 2NO2 ( Быстро)

NO2 + SO2 = SO3 + NO ( быстро)

NO – катализатор (К); NO2 – промежуточное соединение (АК)

Учитель: Как вы думаете, если катализатор MnO2 в реакции получения кислорода из перекиси водорода заменить на другой катализатор, например, NO, железо или никель или другой какой-либо, пойдет ли реакция разложения перекиси водорода быстро?

– Наверное, нет. Для каждой реакции, вероятно, нужен свой катализатор. Он должен реагировать с одним из веществ, а продукт реакции должен реагировать с другим веществом.

– В школьную программу не входят технология и закономерности подбора катализаторов. Для тех, кто хочет связать свою жизнь с химией – это отличная тема для исследовательской работы.

IV. Закрепление полученных знаний и использование их в новой ситуации

Учитель: А теперь для вас практическая задача:

В некоторой лаборатории долго пытались запустить химическую реакцию, но ничего не получалось, но потом у одного из лаборантов, когда он остался один в лаборатории – реакция пошла! Все сбежались, чтобы посмотреть, что он делает для запуска реакции, но к всеобщему разочарованию – опять ничего не получилось…. Оставшись наедине, он заново попытался провести реакцию и…она опять начала протекать! Стоило позвать всех, чтобы показать – реакция не идет…

В чем тут дело? Если бы лаборант применял только обычные средства для запуска реакции (нагрев, перемешивание, менял концентрацию), то это сработало бы и в присутствии сотрудников. А тут он и сам не понял, почему в одиночестве у него всё получается, а при коллегах – нет.

Для решения предлагаю подсказку. Есть такое волшебное слово МАТХЭМ, что означает в переводе с греческого перечень разных воздействий (слово написано на доске):

М – механическое (всякое перемешивание, давление)
А – акустическое (звуковое)
Т – тепловое
Х – химическое
Э – электрическое
М – магнитное

Это вам подсказка для нахождения ответа.

Заслушиваются ответы учащихся, если учащиеся не пришли к правильному ответу, то

дается правильный ответ (лаборант мог петь, говорить, когда проводил эксперимент в одиночестве, а при всех, конечно, молчал…).

– Оказывается, звук тоже может влиять на скорость химической реакции. Звук – это колебания, К какому фактору относится действие звука? Почему колебания могут влиять на запуск химической реакции?

– Колебания помогают перемешивать жидкость, значит, увеличивают площадь поверхности реагирующих веществ.

V. Завершение урока, подведение итогов, выставление отметок самым активным ученикам. Рефлексия

VI. Домашнее задание