Дата_____________ Класс_______________
Тема:
Понятие о скорости химической реакции. Катализаторы. Химическое равновесие
Цели урока:
повторить и закрепить знания об обратимых реакциях, химическом равновесии; сформировать представления о катализаторах и катализе.
Ход урока
1. Организационный момент урока. 2. Изучение нового материала Вы знакомы с понятием "скорость" из курса физики. В общем виде скорость - это величина, показывающая как изменяется какая либо характеристика за единицу времени. Скорость химической реакции - это величина, показывающая как изменяются концентрации исходных веществ или продуктов реакции за единицу времени. Для оценки скорости необходимо изменение концентрации одного из веществ. 1. Наибольший интерес представляют реакции, протекающие в однородной (гомогенной) среде. Гомогенные системы (однородные) – газ/газ, жидкость/жидкость – реакции идут во всём объёме. Математически скорость химической гомогенной реакции можно представить с помощью формулы:2. Для гетерогенной реакции, скорость реакции определяется числом молей веществ, вступивших в или образующихся в результате реакции в единицу времени на единице поверхности: Гетерогенные (неоднородные) системы – твёрдое/жидкость, газ/твёрдое, жидкость/газ – реакции идут на поверхности раздела фаз. Таким образом, скорость химической реакции показывает изменение количества вещества в единицу времени, в единице объёма или на единице поверхности раздела фаз. Зависимость скорости реакций от различных факторов
Условия
Закон действующих масс Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. При повышении концентрации хотя бы одного из реагирующих веществ скорость химической реакции возрастает в соответствии с кинетическим уравнением.Рассмотрим общее уравнение реакции: aA +bB = cC + dD, где A, B, C, D– газы, жидкости Для данной реакции кинетическое уравнение принимает вид:
Причиной повышения скорости является увеличение числа столкновений реагирующих частиц за счёт увеличения частиц в единице объёма.
Химические реакции, протекающие в гомогенных системах (смеси газов, жидкие растворы), осуществляется за счет соударения частиц. Однако, не всякое столкновение частиц реагентов ведет к образованию продуктов. Только частицы, обладающие повышенной энергией - активные частицы, способны осуществить акт химической реакции. С повышением температуры увеличивается кинетическая энергия частиц и число активных частиц возрастает, следовательно, химические реакции при высоких температурах протекают быстрее, чем при низких температурах. Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант - Гоффа: при повышении температуры на каждые 10°С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.
Правило Вант - Гоффа является приближенным и применимо лишь для ориентировочной оценки влияния температуры на скорость реакции.
Катализаторы - это вещества, которые повышают скорость химической реакции. Они вступают во взаимодействие с реагентами с образованием промежуточного химического соединения и освобождаются в конце реакции.Влияние, оказываемое катализаторами на химические реакции, называется катализом . По агрегатному состоянию, в котором находятся катализатор и реагирующие вещества, следует различать:
гомогенный катализ (катализатор образует с реагирующими веществами гомогенную систему, например, газовую смесь);
гетерогенный катализ (катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах; катализ идет на поверхности раздела фаз).
Вещество, замедляющее скорость реакции
1. Среди всех известных реакций различают реакции обратимые и необратимые. При изучении реакций ионного обмена были перечислены условия, при которых они протекают до конца. ( ). Известны и такие реакции, которые при данных условиях до конца не идут. Так, например, при растворении в воде сернистого газа происходит реакция: SO 2 + H 2 O → H 2 SO 3 . Но оказывается, что в водном растворе может образоваться только определенное количество сернистой кислоты. Это объясняется тем, что сернистая кислота непрочная, и происходит обратная реакция, т.е. разложение на оксид серы и воду. Следовательно, данная реакция не идет до конца потому, что одновременно происходит две реакции – прямая (между оксидом серы и водой) и обратная (разложение сернистой кислоты). SO 2 + H 2 O ↔ H 2 SO 3 . Химические реакции, протекающие при данных условиях во взаимно противоположных направлениях, называются обратимыми.2. Поскольку скорость химических реакций зависит от концентрации реагирующих веществ, то вначале скорость прямой реакции ( υпр ) должна быть максимальной, а скорость обратной реакции (υ обр ) равняется нулю. Концентрация реагирующих веществ с течением времени уменьшается, а концентрация продуктов реакции увеличивается. Поэтому скорость прямой реакции уменьшается, а скорость обратной реакции увеличивается. В определенный момент времени скорость прямой и обратной реакций становятся равными:
Во всех обратимых реакциях скорость прямой реакции уменьшается, скорость обратной реакции возрастает до тех пор, пока обе скорости не станут равными и не установится состояние равновесия:
υ
пр =
υ
обр
Состояние системы, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции, называют
химическим равновесием.
В состоянии химического равновесия количественное соотношение между реагирующими веществами и продуктами реакции остается постоянным: сколько молекул продукта реакции в единицу времени образуется, столько их и разлагается. Однако состояние химического равновесия сохраняется до тех пор, пока остаются неизменными условия реакции: концентрация, температура и давление.
Количественно состояние химического равновесия описывается
законом действующих масс.
При равновесии отношение произведения концентраций продуктов реакции (в степенях их коэффициентов) к произведению концентраций реагентов (тоже в степенях их коэффициентов) есть величина постоянная, не зависящая от исходных концентраций веществ в реакционной смеси.
Эта постоянная величина называется
константой равновесия
-
k
Так для реакции:
N
2
(Г) + 3
H
2
(Г)
↔
2
NH
3
(Г) + 92,4 кДж
константа равновесия выражается так:
υ
1
=
υ
2
υ
1
(прямой реакции)
=
k
1
[
N
2
][
H
2
]
3
, где
– равновесные молярные концентрации, = моль/л
υ
2
(обратной реакции)
=
k
2
[
NH
3
]
2
k
1
[
N
2
][
H
2
]
3
=
k
2
[
NH
3
]
2
K
p
=
k
1
/
k
2
= [
NH
3
]
2
/ [
N
2
][
H
2
]
3
–
константа равновесия
.
Химическое равновесие зависит – от концентрации, давления, температуры.
Принцип
определяет направление смешения равновесия:
Если на систему, находящуюся в равновесии оказали внешнее воздействие, то равновесие в системе сместится в сторону обратную этому воздействию.
1) Влияние концентрации
– если увеличить концентрацию исходных веществ, то равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции.
Например,
K
p
=
k
1
/
k
2
= [
NH
3
]
2
/ [
N
2
][
H
2
]
3
При добавлении в реакционную смесь, например
азота, т.е. возрастает концентрация реагента, знаменатель в выражении для К увеличивается, но так как К – константа, то для выполнения этого условия должен увеличиться и числитель. Таким образом, в реакционной смеси возрастает количество продукта реакции. В таком случае говорят о смещении химического равновесия вправо, в сторону продукта.
Таким образом, увеличение концентрации реагентов (жидких или газообразных) смещает в сторону продуктов, т.е. в сторону прямой реакции. Увеличение концентрации продуктов (жидких или газообразных) смещает равновесие в сторону реагентов, т.е. в сторону обратной реакции.
Изменение массы твердого вещества не изменяет положение равновесия.
2) Влияние температуры
– увеличение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции.
а)
N
2
(Г) + 3
H
2
(Г)
↔
2
NH
3
(Г) + 92,4 кДж (экзотермическая – выделение тепла)
При повышении температуры равновесие сместится в сторону реакции разложения аммиака (
←
)
б)
N
2
(Г) +
O
2
(Г)
↔
2
NO
(Г) – 180,8 кДж
(эндотермическая -
поглощение тепла)
При повышении температуры равновесие сместится в сторону реакции образования
NO
(
→
)
3) Влияние давления (только для газообразных веществ)
– при увеличении давления, равновесие смещается в сторону образования веществ, занимающих меньший объём.
N
2
(Г) + 3
H
2
(Г)
↔
2
NH
3
(Г)
1
V
-
N
2
3
V
-
H
2
2
V
–
NH
3
При повышении давления (
P
): до реакции
4
V
газообразных веществ
→
после реакции
2
V
газообразных веществ, следовательно, равновесие смещается вправо (
→
)
При увеличении давления, например, в 2 раза, объём газов уменьшается в такое же количество раз, а следовательно, концентрации всех газообразных веществ возрастут в 2 раза.
K
p
=
k
1
/
k
2
= [
NH
3
]
2
/ [
N
2
][
H
2
]
3
В этом случае числитель выражения для К увеличится в 4
раза, а знаменатель в 16раз, т.е. равенство нарушится. Для его восстановления должны возрасти концентрация
аммиака
и уменьшиться концентрации
азота
и
водорода. Равновесие сместится вправо.
Итак, при повышении давления равновесие смещается в сторону уменьшения объема, при понижении давления – в сторону увеличения объёма.
Изменение давления практически не сказывается на объёме твердых и жидких веществ, т.е. не изменяет их концентрацию. Следовательно, равновесие реакций, в которых газы не участвуют, практически не зависит от давления.
!
На течение химической реакции влияют вещества –
катализаторы.
Но при использовании катализатора понижается энергия активации как прямой, так и обратной реакции на одну и ту же величину и поэтому
равновесие не смещается.
3. Закрепление изученного материала
Задача
Укажите, как повлияет:
а) повышение давления;
б) повышение температуры;
в) увеличение концентрации кислорода на равновесие системы:
2
CO (г) +
O 2
(г) ↔ 2
CO 2
(г) +
QРешение:
а) Изменение давления
смещает равновесие реакций с участием газообразных веществ (г). Определим объёмы газообразных веществ до и после реакции по стехиометрическим коэффициентам:
По принципу Ле Шателье,
при увеличении давления
,
равновесие смещается
в сторону образования веществ, занимающих меньший объём, следовательно равновесие сместится вправо, т.е. в сторону образования СО
2
, в сторону прямой реакции
(→)
.
б) По принципу Ле Шателье,
при повышении температуры
, равновесие смещается
в сторону эндотермической реакции (-
Q), т.е. в сторону обратной реакции – реакции разложения СО
2
(←)
, т.к. по
закону сохранения энергии:
Q- 2
CO(г) +
O 2
(г) ↔ 2
CO 2
(г) +
Qв)
При увеличении концентрации кислорода
равновесие системы смещается
в сторону получения СО
2
(→)
т.к.
увеличение концентрации реагентов (жидких или газообразных) смещает в сторону продуктов, т.е. в сторону прямой реакции.
4. Домашнее задание.
П.14,
Выполнить задание по парам
Пример 1.
Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе:
2
SO 2
(г) +
O 2
(г) = 2
SO 3
(г)
если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы?
Решение.
Обозначим концентрации реагирующих веществ: [
SO 2
]=
a
,
[О
2
] =
b
,
[
SO 3
] =
с.
Согласно закону действия масс скорости
v
прямой и обратной реакции до изменения объема:
v
пр
=
Ка
2
b
v
обр
=
К
1
с
2
.
После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [
SO 2
] = 3
а
, [О
2
] =
3
b
;
[
SO 3
] = 3
с
. При новых концентрациях скорости
v
’
прямой и обратной реакции:
v
’
пр
=
К
(3
а
)
2
(3
b
) = 27
Ка
2
b
v
’
обр
=
К
1
(3
с
)
2
= 9
К
1
с
2
Отсюда:
Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной – только в девять раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования SO 3 . Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70 о С, если температурный коэффициент реакции равен 2. Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле:
Следовательно, скорость реакции
νТ
2
при температуре 70
о
С больше скорости реакции
νТ
1
при температуре 30
о
С в 16 раз.
Пример 3.
Константа равновесия гомогенной системы:
СО(г) + Н
2
О(г) = СО
2
(г) + Н
2
(г)
при 850
о
С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: [СО]
исх
=3 моль/л, [Н
2
О]
исх
= 2 моль/л.
Решение.
При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия данной системы:
v
пр =
К
1
[СО][Н
2
О]
v
обр
= К
2
[СО
2
][Н
2
]
В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение
К
р
входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации [СО
2
]
р
=
х
моль/л. Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также
х
моль/л. По столько же молей (х
моль/л) СО и Н
2
О расходуется для образования по
х
молей СО
2
и Н
2
. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ:
[СО
2
]
р
= [Н
2
]
р
=
х
моль/л;
[СО]
р
= (3 –
х
) моль/л;
[Н
2
О]
р
= (2 –
х
) моль/л.
Зная константу равновесия, находим значение
х
, а затем исходные концентрации всех веществ:
Таким образом, искомые равновесные концентрации: [СО 2 ] р = 1,2 моль/л; [Н 2 ] р = 1,2 моль/л; [СО] р = 3 – 1,2 = 1,8 моль/л; [Н 2 О] р = 2 – 1,2 = 0,8 моль/л.
О.И. Иванова, учитель химии МБОУ «Напольнокотякская СОШ» Канашского района ЧР
Урок " Факторы, влияющие на скорость химической реакции"
Цель урока: изучение факторов, влияющих на скорость химической реакции
Задачи:
узнать, какие факторы влияют на скорость химических реакций
научить объяснять влияние каждого фактора;
стимулировать познавательную активность учащихся путём создания проблемной ситуации;
формировать компетенции школьников (учебно-познавательную, коммуникативную, здоровьесбережения);
совершенствовать практические умения учащихся.
Тип урока: проблемно-диалогический.
Формы работы: групповая, индивидуальная.
Оборудование и реактивы: набор пробирок, держатель для пробирок, штатив, спиртовка, лучинка, спички, цинк в гранулах, цинк в порошке, оксид меди в порошке, магний, раствор серной кислоты (10 % -ный раствор), пероксид водорода, дихромат калия, сульфат меди, железный гвоздь, гидроксид натрия, мел.
Ход урока:
1-и этап:
Вызов: Здравствуйте, ребята! Сегодня мы с вами представим себя учёными- исследователями. Но прежде, чем мы приступим к изучению нового материала, мне хотелось бы продемонстрировать небольшой эксперимент. Посмотрите, пожалуйста, на доску и сделайте свои предположения по поводу протекания этих реакций:
А)сульфата меди и железа;
Б)раствора сульфата меди и гидроксида калия
Будут ли протекать эти реакции? Выйдите, пожалуйста, к доске и напишите уравнения этих реакций.
Рассмотрим эти примеры (эксперимент проводит учитель).
На столе - две пробирки, в обоих содержится раствор сульфата меди, но в одной пробирке с добавлением хлорида натрия, в обе пробирки опускаем по грануле алюминия. Что мы наблюдаем?
ПРОБЛЕМА: Почему во втором случае мы не видим признаков реакции, неужели наши предположения неверны?
ВЫВОД : Химические реакции протекают с различными скоростями. Одни идут медленно, месяцами, как, например, коррозия железа или ферментация (брожение) виноградного сока, в результате которой получается вино. Другие завершаются за несколько недель или дней, как, например, спиртовое брожение глюкозы. Третьи заканчиваются очень быстро, например осаждение нерастворимых солей, а некоторые протекают мгновенно, например взрывы.
Практически мгновенно, очень быстро идут многие реакции в водных растворах: это ионные реакции, идущие с образованием осадка, газа или реакции нейтрализации.
А теперь вспомним, что вам известно о скорости химических реакций.
Осмысление понятия. Перечисляют определение, формулы, единицу измерения.
ПРОБЛЕМА: Что нужно знать, чтобы уметь управлять скоростью химической реакции? (Знать, какие условия влияют на скорость)
Как называются эти условия, которые вы сейчас перечислили? (Факторы)
Перед вами на столах стоят химические приборы и реактивы. Как вы думаете, с какой целью вы будете проводить опыты? (С целью изучения влияния факторов на скорость реакций)
Теперь мы с вами подошли к теме сегодняшнего урока. Именно изучением факторов мы будем заниматься на этом уроке.
Пишем в тетрадях название темы и дату.
II этап:
ОСМЫСЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ.
Какие же факторы влияют на скорость химических реакций?
Учащиеся перечисляют: температура, природа реагирующих веществ, концентрация, поверхность соприкосновения, катализаторы.
Как они могут изменить скорость реакции? (Ученики предлагают свои предположения)
Учитель: Влияние всех перечисленных факторов на скорость химических реакций можно объяснить, используя простую теорию - теорию столкновений. Основная ее идея такова: реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определенной энергией. Отсюда можно сделать такие выводы:
Чем больше частиц реагентов, тем больше у них шансов столкнуться и прореагировать.
К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие, при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Но для этого частицы должны обладать определенной энергией.
Минимальный избыток энергии, необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации (запись определения в тетрадях).
Таким образом, на пути всех частиц, вступающих в реакцию, имеется некоторый барьер, равный энергии активации. Если он маленький, то находится много частиц, которые его успешно преодолевают. При большом энергетическом барьере необходима дополнительная энергия для его преодоления, иногда достаточно «хорошего толчка».
Обращаемся к высказыванию Леонардо да Винчи (Знания, не проверенные опытом, бесплодны и полны ошибок).
Учитель: Как вы понимаете значение этих слов? (проверять теорию практикой)
Да, действительно, всякую теорию надо проверять еще и на практике. Далее вам самим предстоит изучение различных факторов на скорость реакций. Для этого вы проведете реакции, руководствуясь инструкциями на ваших столах, оформите протокол опыта. После этого одному учащемуся из группы надо будет выйти к доске, объяснить, влияние какого фактора вы рассмотрели, написать уравнения на доске и сделать вывод согласно теории столкновений и теории активации.
Инструктаж по ТБ.
ПРОВЕДЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ В ГРУППАХ
Карточка 1.Факторы, влияющие на скорость химической реакции:
1. Природа реагирующих веществ .
В две пробирки налейте немного серной кислоты.
2. В одну опустите небольшое количество магния, а в другую - гранулу цинка.
3. Сравните скорость взаимодействия различных металлов с серной кислотой.
4. В чём, по вашему мнению, причина различной скорости реакций кислоты с данными металлами.
5. Влияние какого фактора вы выяснили при проведении этой работы?
6. Найдите в протоколе лабораторной работы полуреакции, соответствующие вашему опыту, и допишите уравнения реакций.
Карточка 2. Факторы, влияющие на скорость химической реакции:
2.Концентрация реагирующих веществ.
Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.
1. В две пробирки налейте 1-2 мл серной кислоты.
2. В одну из пробирок добавьте такой же объем воды.
3. В каждую из пробирок поместите гранулу цинка.
4. В какой из пробирок выделение водорода началось быстрее?
Карточка 3. Факторы, влияющие на скорость химической реакции:
3.Площадь соприкосновения реагирующих веществ.
Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.
1. Разотрите небольшой кусочек мела в ступке.
2. В две пробирки налейте немного раствора серной кислоты. Будьте очень осторожны, налейте совсем немного кислоты!
3. Одновременно в одну пробирку поместите порошок, а в другую кусочек мела.
4. В какой из пробирок реакция пройдёт быстрее?
5. Влияние какого фактора вы выяснили в этом эксперименте?
6. Как это можно объяснить с точки зрения теории столкновений?
7. Напишите уравнение реакции.
Карточка 4. Факторы, влияющие на скорость химической реакции:
4.Температура.
Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.
1. В обе пробирки налейте раствор серной кислоты и поместите в них по грануле оксида меди.
2. Одну из пробирок осторожно нагрейте. Сначала нагреваем пробирку чуть наклонно, стараясь прогреть ее по всей длине, затем только нижнюю часть, уже выпрямив пробирку. Пробирку держите держалкой.
3. В какой из пробирок реакция протекает более интенсивно?
4. Влияние какого фактора вы выяснили в этом эксперименте?
5. Как это можно объяснить с точки зрения теории столкновений?
6. Напишите уравнение реакции.
Карточка 5. Факторы, влияющие на скорость химической реакции:
5.Наличие специальных веществ- катализаторов , веществ, которые увеличивают скорость химической реакции.
Будьте осторожны при работе с веществами. Помните о правилах техники безопасности.
В два стаканчика налейте перекись водорода.
В одну из пробирок осторожно присыпьте несколько кристалликов дихромата калия. Перемешайте полученный раствор стеклянной палочкой.
Зажгите лучинку, а потом погасите её. Поднесите тлеющую лучинку к растворам в обоих стаканах как можно ближе к раствору, но не касаясь жидкости. Лучинка должна загореться.
В какой из пробирок наблюдается бурное выделение газа? Какой это газ?
Какую роль в этой реакции выполняет дихромат калия?
Влияние какого фактора вы выяснили в этом эксперименте?
Напишите уравнение реакции.
ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.
Для обсуждения из каждой рабочей группы к доске выходит по одному ученику (по очереди)
Составление сводного протокола лабораторной работы на основе ответов к вопросам практикума.
На доске пишут уравнения реакций и делают соответствующие выводы. Все остальные учащиеся заносят полученные выводы и уравнения в протоколы.
Влияние природы реагирующих веществ
Проблема:
Учитель: массы взятых веществ навесок твёрдых веществ, концентрация соляной кислоты, условия проведения реакции одинаковы, но при этом интенсивность проходящих процессов (скорость выделения водорода) различна?
Обсуждение:
Учащиеся: мы брали разные металлы.
Учитель: все вещества состоят из атомов химических элементов. Чем отличаются химические элементы согласно знанию вами Периодического закона и Периодической системы Д. И. Менделеева?
Учащиеся: Порядковым номером, положением в Периодической системе Д. И. Менделеева, то есть они имеют различное электронное строение, а следовательно простые вещества образованные этими атомами имеют различные свойства.
Учитель: то есть эти вещества имеют различную природу. Таким образом, скорость химической реакции будет зависеть от природы того или иного реагирующего вещества, т. к. они имеют различное строение и свойства.
Вывод:
Учащиеся: Скорость химической реакции будет зависеть от природы реагирующих веществ: чем активнее металл (вещество), тем выше скорость химической реакции.
Влияние концентрации
Проблема: природа всех реагирующих веществ, условия проведения опыта одинаковы, однако интенсивность проходящих процессов (скорость выделения водорода) различна?
Обсуждение:
Учитель: почему скорость химической реакции разная, ведь реагируют одинаковые по химической природе вещества?
Учащиеся: При добавлении воды, мы изменили (уменьшили) концентрацию серной кислоты в одной пробирке, при этом интенсивность выделения водорода уменьшалась.
Вывод:
Учащиеся: Скорость химической реакции будет зависеть от концентрации реагирующих веществ: чем больше концентрация реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции.
Пояснение учителя: КОНЦЕНТРАЦИЯ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ.
Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать. На основе большого экспериментального материала в 1867г. норвежские учёные К.Гульдберг и П.Вааге и независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И.Бекетов сформулировали основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ:
Скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции.
Этот закон ещё называют законом действующих масс. Он справедлив только для газообразных и жидких веществ!
2А+3В=А2В3 V=k*CA2*.CB3
Задание 1. Составьте кинетические уравнения для следующих реакций:
Задание 2.
Как изменится скорость реакции, имеющей кинетическое уравнение
v= kCA2CB, если концентрацию вещества А увеличить в 3 раза.
Зависимость от площади поверхности реагирующих веществ
Проблема:
Учитель: все вещества одинаковы по своей химической природе, одинаковы по массе и концентрации, реагируют при одинаковой температуре, однако интенсивность выделения водорода (а следовательно и скорость) разная.
Обсуждение:
Учащиеся: Одинаковые по массе кусочек и порошок мела имеют разные занимаемые объемы в пробирке, разную степень измельчения. Там где эта степень измельчения наибольшая - скорость выделения водорода максимальна.
Учитель: эта характеристика - площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ. В нашем случае различна площадь поверхности соприкосновения карбоната кальция с раствором Н2SO4.
Вывод:
Учащиеся: Скорость химической реакции зависит от площади соприкосновения реагирующих веществ: чем больше площадь соприкосновения реагирующих веществ (степень измельчения), тем больше скорость реакции.
Учитель: такая зависимость наблюдается не всегда: так для некоторых гетерогенных реакций, например, в системе Твердое вещество - Газ, при очень высоких температурах (более 500 0С) сильно измельчённые (до порошка) вещества способны спекаться, тем самым площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ уменьшается.
Влияние температуры
Проблема:
Учитель: взятые для эксперимента вещества имеют одинаковую природу, масса взятого порошка CuO и концентрация серной кислоты также одинаковы, однако скорость реакции разная.
Обсуждение:
Учащиеся: Значит, при изменении температуры реакции мы изменяем и ее скорость.
Учитель: Значит ли это, что при повышении температуры будет увеличиваться скорость всех химических реакций?
Учащиеся: Нет. Некоторые реакции идут при очень низких и даже минусовых температурах.
Вывод:
Учащиеся: Следовательно, любое изменение температуры на несколько градусов будет в разы изменять скорость химической реакции.
Учитель: Практически так звучит закон Вант-Гоффа, который будет здесь действовать: При изменении температуры реакции на каждые 10 ºС скорость химической реакции изменяется (увеличивается или уменьшается) в 2-4 раза.
Пояснение учителя: ТЕМПЕРАТУРА
Чем больше температура, тем больше активных частиц, увеличивается скорость их движения, что приводит к увеличению числа соударений. Скорость реакции возрастает.
Правило Вант-Гоффа:
При увеличении температуры на каждые 10° С общее число столкновений увеличивается только на ~ 1,6 %, а скорость реакции увеличивается в 2-4 раза (на 100-300%).
Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10° С, называют температурным коэффициентом.
Правило Вант-Гоффа математически выражается следующей формулой:
где V 1 -скорость реакции при температуре t 2 ,
V 2 - скорость реакции при температуре t 1 ,
y - температурный коэффициент.
Решите задачу:
Определите, как изменится скорость некоторой реакции при повышении температуры от 10 до 500С. Температурный коэффициент реакции равен 3.
Решение:
подставить данные задачи в формулу:
скорость реакции увеличится в 81 раз.
Влияние катализатора
Проблема:
Учитель: вещество в обоих случаях одно и то же, природа одинаковая, при одной и той же температуре, концентрация реагента одинаковая, почему же скорость разная?
Обсуждение:
Учитель: Такие вещества, ускоряющие химические реакции, называются катализаторами. Существуют вещества, замедляющие реакции, называются они ингибиторами.
Вывод:
Ученики: катализаторы увеличивают скорость реакции за счет уменьшения энергии активации. Чем меньше энергия активации, тем быстрее реакция.
Каталитические явления широко распространены в природе: дыхание, усвоение питательных веществ клетками, синтез белков и др.- это процессы, регулируемые биологическими катализаторами - ферментами. Каталитические процессы - основа жизни в той форме, которая существует на земле.
Притча «Восемнадцатый верблюд» (для объяснения роли катализатора)
(очень древняя арабская притча)
Жил когда-то на Востоке человек, который разводил верблюдов. Всю жизнь он работал, а когда состарился, то позвал к себе сыновей и сказал:
«Дети мои! Я стал стар и немощен и скоро умру. После моей смерти разделите оставшихся верблюдов так, как я вам скажу. Ты, старший сын, работал больше всех — возьми себе половину верблюдов. Ты, средний сын, только начал мне помогать — возьми себе третью часть. А ты, младший, возьми девятую часть».
Прошло время, и старик умер. Тогда сыновья решили разделить наследство так, как завещал им отец. Они выгнали стадо на большое поле, пересчитали, и оказалось, что в стаде всего семнадцать верблюдов. И нельзя было разделить их ни на 2, ни на 3, ни на 9! Что было делать — никто не знал. Стали сыновья спорить, и каждый предлагал своё решение. И они уже устали спорить, но так и не пришли к общему решению.
В это время ехал мимо путник на своём верблюде. Услышав крик и спор, он спросил: «Что случилось?»
И сыновья рассказали о своей беде. Путник слез с верблюда, пустил его в стадо и сказал: «А теперь разделите верблюдов, как велел отец».
И так как верблюдов стало 18, то старший сын взял себе половину, то есть 9, средний — треть, то есть 6 верблюдов, а младший девятую часть, то есть двух верблюдов. И когда они разделили таким образом стадо, в поле остался ещё один верблюд, потому что 9+6+2 равно 17.
А путник сел на своего верблюда и поехал дальше.
Лабораторная работа (протокол)
| Наблюдения | |||
| Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ
Zn + H2SO4(10%)= Mg + H2SO4(10%)= | V 1 V 2 | ||
| Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ Zn + H2SO4(10%)= | V 1 V 2 | ||
| Зависимость скорости реакции от площади поверхности реагирующих веществ для гетерогенных реакций
Zn(гранулы)+ H2SO4(10%)= Zn(порошок)+ H2SO4(10%)= | V 1 V 2 | ||
| Зависимость скорости реакции от температуры CuO + H 2 SO 4 (10%)= CuO + H 2 SO 4 (10%) нагрев = | V 1 V 2 | ||
| Зависимость скорости реакции от присутствия катализатора
K 2 Cr 2 O 7 | V 1 V 2 |
РЕФЛЕКСИЯ.
Что мы изучили на этом уроке?
Составьте кластер на тему «Факторы, влияющие на скорость ХР».
Для чего нужны знания о факторах, влияющих на скорость химических реакций?
Применяются ли они в быту? Если применяются, назовите области применения.
Тест по теме (на 5 мин).
Тест
1. Скорость химической реакции характеризует:
1) движение молекул или ионов реагирующих веществ относительно друг друга
2) время, за которое заканчивается химическая реакция
3) число структурных единиц вещества, вступивших в химическую реакцию
4) изменение количеств веществ за единицу времени в единице объема
При повышении температуры реагирующих веществ скорость химической реакции:
1) уменьшается
2) увеличивается
3) не изменяется
4) изменяется периодически
При повышении площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ скорость химической реакции:
1) уменьшается
2) увеличивается
3) не изменяется
4) изменяется периодически
При повышении концентрации реагирующих веществ скорость химической реакции:
1) уменьшается
2) увеличивается
3) не изменяется
4) изменяется периодически
Для увеличения скорости химической реакции
2CuS(тв.)
+ 3O
2
(г
.) = 2CuO(тв
.) + 2SO
2
(г
.)
+
Q
необходимо:
1) увеличить концентрацию SО2
2) уменьшить концентрацию SО2
3) уменьшить температуру
4) увеличить степень измельчения CuS
При обычных условиях с наименьшей скоростью происходит взаимодействие между:
3) Zn и HCl (10%-й р-р)
4) Mg и HCl (10%-й р-р)
При увеличении температуры от 10 до 30 °С скорость реакции, температурный коэффициент которой = 3:
1) возрастает в 3 раза
2) возрастает в 9 раз
3) уменьшается в 3 раза
4) уменьшается в 9 раз
Оценка тестовой работы:
Ответы на тест:
Без ошибок - «5»
1-2 ошибки - «4»
3 ошибки - «3»
Домашнее задание:
§13, с. 135-145.
О. С. Габриелян, Г. Г. Лысова. Химия. 11класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. 11-е издание, стереотипное. М.: Дрофа, 2009.
Для реакции были взяты вещества при температуре 400С, а затем их нагрели до 700С. Как изменится скорость химической реакции, если температурный коэффициент её равен 2?
Как изменится скорость реакции, протекающей по уравнению 2NO+O2=2NO2, если концентрацию обоих веществ увеличить в 3 раза.
Тема Скорость химических реакций и факторы на нее влияющие.
Тип урока: изучение нового материала
Вид урока: лекция
Класс : 9
Учитель химии ГБОУ СОШ № 1 города Байконур
Гузикова Оксана АлександровнаЦели урока.
Обучающие:
Дать понятие о скорости химических реакций и единицах ее измерения. Показать влияние на скорость реакций таких факторов как природа реагирующих веществ, их концентрация, площадь соприкосновения, использование катализаторов и температура. Познакомить учащихся с классификацией химических реакций по признаку фазности (агрегатного состояния): гомо- и гетерогенные.
Развивающие:
Привитие навыков определения скорости химической реакции, используя закон действующих масс. Продолжение развитие общеучебных и предметных умений: анализировать, сравнивать, делать выводы. Развитие логико-смыслового мышления учащихся, памяти, химического языка.
Воспитательные:
Расширение кругозора, умение применять полученные знания на практике, самоусвоение лекционного материала. Воспитание культуры умственного труда.
Оборудование и реактивы:
Плакат по технике безопасности, формулы на ПП, проектор, лист-памятка с планом лекции.
Для демонстрационного эксперимента: раствор тиосульфата натрия, раствор серной кислоты, вода, пробирки.
Для лабораторного эксперимента: раствор соляной кислоты, порошок цинка, гранулы цинка, магний, железо, пробирки.
ДЕВИЗ УРОКА:
«Химическое превращение, химическая реакция – есть главный предмет химии» Н.Н. Семенов.
ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ
Учитель
Здравствуйте ребята, садитесь.
Учитель
Дежурные назовите отсутствующих сегодня на уроке.
(учитель отмечает отсутствующих на уроке).
ОБЪЯСНЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
Учитель
Сегодня мы переходим к изучению нового раздела «Скорость химических реакций. Химическое равновесие».
На этом уроке мы поговорим о том, как определяется скорость химической реакции, и какие факторы могут ее изменить.
УЧИТЕЛЬ
На доске написаны две химические реакции.
Взаимодействие раствора соляной кислоты и цинка.
Взаимодействие раствора серной кислоты и раствора хлорида бария.
Учитель
Чем они отличаются?
Ученик
Они отличаются тем, что одна протекает между растворами, а вот во второй есть и раствор – соляная кислота, и металл – цинк.
Учитель
Значит, первая реакция протекает в одной среде, и эта реакция называется гомогенной, а во второй реакции принимают участие вещества разного агрегатного состояния, она носит название – гетерогенная. Примером гомогенных сред будут газ-газ, жидкость-жидкость. Перечислите примеры гетерогенных сред.
УЧЕНИК
Газ – твердое вещество, газ – жидкость, твердое вещество - газ.
УЧИТЕЛЬ
Правильно. Мы определим скорость химической реакции, запишем определение и соответствующие формулы.
Предмет изучения химии – химическая реакция. В результате химической реакции исчезают одни и образуются другие вещества. В процессе реакции изменяются количества вещества как реагентов (исходных веществ), так и продуктов (конечных веществ). Скорость этого изменения называется скоростью химической реакции.
Химическая кинетика – учение о скоростях и механизмах химических реакций. (запишем это определение)Таким образом, скорость химической реакции можно описать уравнением
r
= / (1)где r – скорость реакции (от англ. rate – скорость процесса, в отличие от ранее используемого обозначения для скорости реакции - velocity – скорость перемещения), (прописная греч. дельта ) – синоним слов «конечное изменение», (греч. ню ) – количество (моль) вещества-реагента или вещества продукта, (греч. тау ) – время (с), за которое произошло данное изменение.
При таком определении скорость реакции зависит от того, количество какого из участников реакции мы наблюдаем и измеряем. Очевидно, что для реакции, например:
2 H 2 + O 2 =2 H 2 O .
количество вещества превращающегося водорода в два раза больше, чем кислорода. Поэтому
r
(H 2 ) = 2 r (O 2 ) = r (H 2 O ).Уравнение реакции связывает величины скоростей, определенных по любому из веществ. Поэтому выбор последнего зависит от удобства и легкости экспериментального измерения его количества в реакционной системе.
На качественном уровне реакции могут быть классифицированы на быстрые, для измерения скорости которых необходимы специальные методы, например, взрыв гремучего газа, реакции в растворах электролитов; медленные, для измерения скорости которых нужны большие промежутки времени, например коррозия железа; и реакции, за течением которых мы можем наблюдать непосредственно, например взаимодействие цинка с соляной кислотой.
Описываемая уравнением (1) скорость реакции зависит от количеств взятых веществ-реагентов. Если мы проводим одну и ту же реакцию с разными объемами или поверхностями соприкосновения реагентов, то для одной и той же реакции мы получим разные значения скорости, тем большие, чем больше вещества взято или чем лучше оно измельчено. Поэтому используют другое определение скорости реакции.
Скорость химической реакции – это изменение количества вещества какого-либо участка реакции в единицу времени в единице реакционного пространства
(запишем это определение).В гомогенной системе V системы (в газовой фазе или растворе). В такой реакции единицей реакционного пространства является единица объема, и если этот объем не изменяется в процессе реакции, то уравнение имеет вид:
V
= c / t (2)где с – молярная концентрация вещества (моль/л).
Скорость реакции – изменение концентрации вещества в единицу времени.
В гетерогенной системе ( например, при горении твердого тела в газе или при взаимодействии металла с кислотой) реакция происходит на границе раздела между компонентами. Если площадь этой границы S , то уравнение скорости имеет вид:
V
= n / S t (3)Очевидно, что при таком определении (см. уравнения (2) и (3)) величина скорости реакции не зависит от объема в гомогенной системе и от площади соприкосновения реагентов (степени измельчения) в гетерогенной системе.
Какие же факторы влияют на скорость химической реакции?
ЗАПИШЕМ ОСНОВНЫЕ
Природа реагирующих веществ.
Влияние температуры.
Наличие катализатора.
На каждый случай приведем пример.
1. Влияние природы реагентов
Первым, и достаточно очевидным, фактором, определяющим скорость реакции, является природа реагентов. Выше на этой основе мы привели примеры реакций, текущих с разной скоростью.
Теперь проведем опыт, который экспериментально докажет это.
Учитель предлагает ребятам выполнить лабораторный опыт.
Для этого в 3 пробирки наливаем 1-2 мл раствора соляной кислоты и опускаем в каждую примерно по одинаковому кусочку металла: в первую – магний, во вторую – цинк, а в третью – железо.
Учитель
Во всех ли пробирках скорость выделения газа одинакова?
Ученик
Нет, в пробирках интенсивность выделения пузырьков разная. В первой пробирке газ выделяется очень быстро, во второй медленней, а в третье еще медленнее.
Учитель
Сделаем вывод
Ученик
Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ.
2. Влияние концентраций реагентов
Второй, и тоже достаточно очевидный, фактор – концентрация реагентов.
Проведем опыт
Учитель проводит демонстрационный опыт.
В три пробирки наливаем раствор тиосульфата натрия. В первую – 5 мл, во вторую – 2,5 мл, в третью - 1 мл. Далее во вторую и третью пробирки добавим по 5 мл воды. Затем вовсе пробирки, начиная с третьей, добавляем по 3 мл раствора серной кислоты. По времени появления и интенсивности выделившейся коллоидной серы и судят о влиянии концентрации тиосульфата натрия на скорость реакции.
Ученик
Скорость химической реакции зависит от концентрации реагентов
Учитель
А почему так происходит? Чем выше концентрация вещества, тем больше частиц в единице объема, тем чаще они сталкиваются. Количество это выражается так называемым законом действующих масс – скорость реакции пропорциональна концентрациям реагентов в некоторых степенях. Например, для следующих ниже уравнений реакций выражения скорости такие:
A = X , r = kc A ;
A + B = X, r = kc A c B ;
A + 2B = X, r = kc A c B c B = kc A c B 2 .
Величина k – коэффициент пропорциональности – называется константой скорости реакции и не зависит от концентраций. Численно этот коэффициент равен скорости реакций, если произведение концентраций реагентов равно 1. Когда сравнивают скорости разных реакций, то сравнивают именно их константы скоростей.
Важно отметить, что показатели степеней при концентрациях в приведенных ниже выражениях для скоростей химических реакций равны стехиометрическим коэффициентам только в редких случаях, когда реакция протекает в одну стадию (для так называемых элементарных реакций). На самом деле отдельная химическая реакция является такой же абстракцией, как и совершенно чистое химическое вещество. Другими словами, реальные химические превращения практически всегда включают в себя несколько реакций.
Скорость реакций, протекающих в несколько последовательных стадий, определяется самой медленной из этих стадий. Вспомним арабскую поговорку: «Караван идет со скоростью самого медленного верблюда».
Например, реакция
2 Fe 2+ + H 2 O 2 = 2 FeOH 2+
протекает по следующим стадиям:
1) 2 Fe 2+ + H 2 O 2 = 2 FeOH 2+ + OH .
k 1 = 60 л/(моль . с);
2) OH . + Fe 2+ = FeOH 2+ , k 2 = 60 000 л/(моль . с).
Более медленная стадия – первая. Поэтому уравнение скорости данной реакции –
r = k 1 c (Fe 2+ ) c (H 2 O 2 ),
а не r = kc 2 (Fe 2+ ) c (H 2 O 2 ).
О таких сложных процессах мы будем еще говорить более подробно в 11 классе.
3. Влияние температуры.
Учитель
Влияние температуры на протекание химической реакции двояко. Во- первых температура может влиять на состав продуктов, а во-вторых - подавляющее большинство реакций ускоряются при увеличении температуры. Почему? Потому что с повышением температуры быстро растет число, так называемых «активных» молекул, т.е. молекул, обладающих энергией, большей, чем энергия активации.
Энергия активации – разность между средней энергией молекул при данной температуре и той энергией, которой они должны обладать, чтобы вступить в химические реакции.
Влияние температуры на скорость химической реакции иллюстрирует правило Вант – Гоффа
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
При изменении температуры реакции на каждые 10 градусов скорость реакции изменяется в 2-4 раза (Формула на доске)
Учитель
Если температуру увеличивать, что произойдет со скоростью химической реакции.
Ученик
Скорость реакции увеличится при повышении температуры на каждые 10 градусов в 2-4 раза.
Учитель
Если температуру уменьшить, что произойдет со скоростью химической реакции.
Ученик
Скорость уменьшится при понижении температуры на каждые 10 градусов в 2-4 раза.
4. Площадь поверхности соприкосновения.
Учитель
Теперь перейдем к площади поверхности соприкосновения.
Лабораторный опыт. Памятка по соблюдению правил техники безопасности.
В две пробирки нальем соляную кислоту, в первую добавим порошок цинка, а во вторую гранулу. Запишите уравнение реакции. Определите ее тип. Где реакция проходит быстрее? Почему?
Ученик записывает реакцию. Она является реакцией замещения.
Реакция проходит быстрее в первой пробирке. Ведь там больше площадь поверхности соприкосновения.
Учитель
Правильно.
5. Катализатор
Последний фактор – это наличие специальных веществ - катализаторов. Химическая реакция – сложный процесс, в котором могут принимать участие не только вещества реагенты, но и другие присутствующие в системе вещества. Если они заметно изменяют скорость химической реакции, то их и называют катализаторами. Об этих веществах и о катализе мы подробно погорим на следующем уроке.
ЗАКРЕПЛЕНИЕ МАТЕРИАЛА
Учитель
Какую новую величину мы изучили на сегодняшнем уроке?
Ученик
Мы ознакомились со скоростью химической реакции.
Учитель
Какие виды сред вы узнали?
Ученик
Гомогенную и гетерогенную.
Учитель
Одинаково ли определяется скорость в разных средах?
Ученик
Нет, по разному.
Учитель
Как определяется скорость в гомогенной среде?
Ученик
В гомогенной системе реакция происходит во всем объеме V системы (в газовой фазе или растворе). В такой реакции единицей реакционного пространства является единица объема, и если этот объем не изменяется в процессе реакции
Учитель
Учитель
Как определяется скорость в гетерогенной среде?
В гетерогенной системе реакция происходит на границе раздела между компонентами. Если площадь этой границы S .
Учитель
В каких единицах она измеряется?
Какие факторы влияют на скорость химической реакции? Перечислите их.
Ученик
Природа реагирующих веществ.
Концентрация реагирующих веществ.
Температура.
Площадь поверхности соприкосновения.
Наличие катализатора.
IY . ОБОБЩЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА
Сегодня на уроке мы изучили понятие скорость химической реакции. Рассмотрели как определяется скорость химической реакции в гомогенной и гетерогенной системах. Определили факторы, которые могут повлиять на скорость химической реакции.
Y . ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
Основные определения дома выучить. А так же на столах у вас есть задания, они трехуровневые. Как всегда, каждый для себя выбирает соответствующий уровень, который на данном этапе обучения вам под силу выполнить.
Разделы: Химия
Цель урока
- обучающая: продолжить формирование понятия«скорость химических реакций», вывести формулы для вычисления скорости гомогенных и гетерогенных реакций, рассмотреть от каких факторов зависит скорость химических реакций;
- развивающая: учить обрабатывать и анализировать экспериментальные данные; уметь выяснять взаимосвязь между скоростью химических реакций и внешними факторами;
- воспитательная: продолжитьразвитие коммуникативных умений в ходе парной и коллективной работы; акцентировать внимание учащихся на важности знаний о скорости химической реакции протекающих в быту (коррозия металла, прокисание молока, гниение и др.)
Средства обучения: Д. мультимедийный проектор, компьютер, слайды по основным вопросам урока, CD-диск «Кирилл и Мефодий», таблицы на столах, протоколы лабораторной работы, лабораторное оборудование и реактивы;
Методы обучения: репродуктивный, исследовательский, частично поисковый;
Форма организации занятий: беседа, практическая работа, самостоятельная работа, тестирование;
Форма организации работы учащихся: фронтальная, индивидуальная, групповая, коллективная.
1. Организация класса
Готовность класса к работе.
2. Подготовка к основному этапу усвоения учебного материала. Активизация опорных знаний и умений (Слайд 1, см. презентацию к уроку).
Тема урока «Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химической реакции».
Задача: выяснить, что есть скорость химической реакции, и от каких факторов она зависит. В ходе урока познакомимся с теорией вопроса по вышеназванной теме. На практике подтвердим некоторые наши теоретические предположения.
Прогнозируемая деятельность учеников
Активная работа учащихся показывает их готовность к восприятию темы урока. Нужны знания учащихся о скорости химической реакции из курса 9 класса (внутрипредметная связь).
Обсудим следующие вопросы (фронтально, слайд 2):
- Зачем нужны знания о скорости химических реакций?
- Какими примерами можно подтвердить то, что химические реакции протекают с различными скоростями?
- Как определяют скорость механического движения? Какова единица измерения этой скорости?
- Как определяют скорость химической реакции?
- Какие условия необходимо создать, чтобы началась химическая реакция?
Рассмотрим два примера (эксперимент проводит учитель).
На столе – две пробирки, в одной раствор щелочи (КOH), в другой – гвоздь; в обе пробирки приливаем раствор CuSO4. Что мы наблюдаем?
Прогнозируемая деятельность учеников
На примерах учащиеся судят о скорости реакций и делают соответствующие выводы. Запись на доске проделанных реакций (двое учащихся).
В первой пробирке реакция произошла мгновенно, во второй – видимых изменений пока нет.
Составим уравнения реакций (два ученика записывают на доске уравнения):
- CuSO 4 + 2КOH = Cu(OH) 2 + К 2 SO 4 ; Cu 2+ + 2OH - = Cu(OH) 2
- Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu ; Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0
Какой вывод по проведённым реакциям мы можем сделать? Почему одна реакция идёт мгновенно, другая медленно? Для этого необходимо вспомнить, что есть химические реакции, которые протекают во всём объёме реакционного пространства (в газах или растворах), а есть другие, протекающие лишь на поверхности соприкосновения веществ (горение твёрдого тела в газе, взаимодействие металла с кислотой, солью менее активного металла).
Прогнозируемая деятельность учеников
По результатам демонстрированного эксперимента учащиеся делают вывод: реакция 1 – гомогенная, а реакция
2– гетерогенная.
Скорости этих реакций будут математически определяться по-разному.
Учение о скоростях и механизмах химических реакций называется химической кинетикой.
3. Усвоение новых знаний и способов действий (Слайд 3)
Скорость реакции определяется изменением количества вещества в единицу времени
В единице V
(для гомогенной)
На единице поверхности соприкосновения веществ S (для гетерогенной)
Очевидно, что при таком определении величина скорости реакции не зависит от объёма в гомогенной системе и от площади соприкосновения реагентов – в гетерогенной.
Прогнозируемая деятельность учеников
Активные действия учащихся с объектом изучения. Занесение таблицы в тетрадь.
Из этого следуют два важных момента (слайд 4):
2) рассчитанная величина скорости будет зависеть от того, по какому веществу её определяют, а выбор последнего зависит от удобства и лёгкости измерения его количества.
Например, для реакции 2Н 2 +О 2 = 2Н 2 О: υ (по Н 2) = 2 υ (по О 2) = υ (по Н 2 О)
4. Закрепление первичных знаний о скорости химической реакции
Для закрепления рассмотренного материала решим расчетную задачу.
Прогнозируемая деятельность учеников
Первичное осмысление полученных знаний о скорости реакции. Правильность решения задачи.
Задача (слайд 5). Химическая реакция протекает в растворе, согласно уравнению: А+В = С. Исходные концентрации: вещества А – 0,80 моль/л, вещества В – 1,00 моль/л. Через 20 минут концентрация вещества А снизилась до 0, 74 моль/л. Определите: а) среднюю скорость реакции за этот промежуток времени;
б) концентрацию вещества В через 20 мин. Решение (приложение 4 , слайд 6).
5. Усвоение новых знаний и способов действий (проведение лабораторной работы в ходе повторения и изучения нового материала, поэтапно, приложение 2).
Нам известно, что на скорость химической реакции влияют разные факторы. Какие?
Прогнозируемая деятельность учеников
Опора на знания 8-9 классов, запись в тетради по ходу изучения материала. Перечисляют (слайд 7):
Природа реагирующих веществ;
Температура;
Концентрация реагирующих веществ;
Действие катализаторов;
Поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях).
Влияние всех перечисленных факторов на скорость реакции можно объяснить, используя простую теорию – теорию столкновений (слайд 8). Основная идея её такова: реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией.
Отсюда можно сделать выводы:
- Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать.
- К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Но для этого частицы должны обладать достаточной энергией.
Минимальный избыток энергии (над средней энергией частиц в системе), необходимый для эффективного соударения частиц в системе), необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации Е а.
Прогнозируемая деятельность учеников
Осмысливание понятия и запись определения в тетрадь.
Таким образом, на пути всех частиц, вступающих в реакцию, имеется некоторый энергетический барьер, равный энергии активации. Если он маленький, то находится много частиц, которые успешно его преодолевают. При большом энергетическом барьере необходима дополнительная энергия для его преодоления, иногда достаточно хорошего «толчка». Я зажигаю спиртовку – я сообщаю дополнительную энергию Е а, необходимую для преодоления энергетического барьера в реакции взаимодействия молекул спирта с молекулами кислорода.
Рассмотрим факторы , которые влияют на скорость реакции.
1) Природа реагирующих веществ (слайд 9).Под природой реагирующих веществ понимают их состав, строение, взаимное влияние атомов в неорганических и органических веществах.
Величина энергии активации веществ – это фактор, посредством которого сказывается влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции.
Инструктаж.
Самостоятельная формулировка выводов (приложение 3 дома)
План урок по теме «Скорость химических реакций»,
9 класс
учитель химии О.В. Залозных
Цель: познакомить учащихся с понятием «скорость химических реакций» и факторами, от которых она зависит.
Задачи:
Образовательные: дать понятие о скорости химических реакций и единицах ее измерения. Показать значение ее в природе и человеческой деятельности; установить факторы, влияющие на скорость реакции. Углубить знания о катализаторах. Познакомить учащихся с классификацией химических реакций по признаку фазности (агрегатного состояния): гомо и гетерогенных.
Развивающие: развивать у учащихся навыки управления своей учебной деятельностью; развитие самостоятельного мышления; совершенствование практических навыков при выполнении лабораторных опытов; развитие умения выделять главное в изучаемом материале, наблюдать, сравнивать, анализировать, делать выводы.
Воспитывающие: формировать коммуникативные умения в ходе парной и коллективной работы; развивать самостоятельность; стремление к цели.
Тип урока: урок изучения нового материала
Ресурсы урока: учебники и учебные пособия разных авторов, электронное учебное приложение к учебнику О.С.Габриеляна (9класс), компьютер, мультимедийный проектор
Оборудование: штатив с пробирками, спиртовка, пробиркодержатель.
Реактивы : цинк, магний, медь, раствор серной кислоты, вода, железо (гвоздь и опилки), пероксид водорода, оксид марганца (IV).
Методы и методические приемы: самостоятельная работа с текстом, индивидуальная работа, работа в группах, заполнение таблицы, выполнение тестовых заданий, работа в парах.
Техника безопасности : работа со спиртовкой, раствором серной кислоты
Планируемы результаты:
Предметные :
● знать определение скорости химических реакций
● знать факторы, влияющие на скорость химических реакций
Метапредметные :
● уметь слушать собеседника и вести диалог; уметь признавать возможность существования различных точек зрения
● использовать различные способы поиска, сбора, обработки, анализа и интерпретации информации в соответствии с задачами урока
● уметь излагать свое мнение и аргументировать свою точку зрения
● активное использование речевых средств, информационных средств и ИКТ для решения коммуникативных и познавательных задач
Личностные :
●развивать навыки сотрудничества с учителем и сверстниками в разных ситуациях; умения не создавать конфликтов и находить выходы из спорных ситуаций
●формировать уважительное отношение к чужому мнению
● осуществлять самоконтроль, взаимоконтроль
● оценивать свои достижения на уроке
Ход урока
Организационный этап
Актуализация знаний
Почти неподвижности мука -
Мчаться куда-то со скоростью звука,
Зная прекрасно, что есть уже где-то
Со скоростью
Леонид Мартынов
Ребята, сегодня на уроке у нас очень интересная и очень важная в изучении химических реакций тема. Но начать урок я хочу с интересных фактов:
Скорость лопания мыльного пузыря составляет 0.001 секунды.
Наполеон читал со скоростью две тысячи слов в минуту 12.000 знаков.
Бальзак прочитывал 200 страниц за полчаса.
Скорость ветра от 10 до 15 миль в час.
При кипячении воды, ее молекулы движутся со скоростью 650 метров в секунду
Ураган может двигаться со скоростью 125 миль в час.
Ночью волосы растут медленно. Днём рост волос ускоряется. Между 10 и 11 часами скорость роста самая большая. Пик роста наступает между 14 и 16 часами.
Кровь движется быстро в артериях (500 мм/с), медленнее в венах(150 мм/с), и еще медленнее в капиллярах(1мм/с).
Ребята скажите, что объединяет эти научные факты? (в них говорится о скорости).
Следовательно, о чем мы будем говорить сегодня на уроке? (скорости)
Правильно. Сегодня мы будем говорить о скорости. Но не о той, с которой вы знакомились на уроках физики и математики, а о скорости химических реакций. Итак, тема сегодняшнего урока «Скорость химических реакций».
Как вы думаете, какие вопросы, помогут нам раскрыть тему урока?
(1. Что такое скорость химических реакций? 2. От чего зависит скорость химических реакций?)
Организация познавательной деятельности
А что же такое скорость химической реакции? Чтобы ответить на этот вопрос, предлагаю вам самостоятельно поработать с учебниками и учебными пособиями по химии разных авторов, которые имеются у вас на столах (учащиеся работают с учебникам, выписывают определение понятия «скорость химической реакции» и формулу для ее расчета).
Затем в ходе фронтальной беседы обсуждаем основные вопросы:
Что такое скорость химических реакций? (двое учащихся читают определения из разных источников)
В каких единицах измеряется скорость реакций?
Итак, одна проблема решена. Теперь перейдем ко второму вопросу: «Отчего зависит скорость химических реакций?»
В ходе работы с литературой вы встретились с факторами, влияющими на скорость химической реакции. Какие это факторы? (2 человека перечисляют факторы, можно записать на доске)
А сейчас вы проведете лабораторную работу, в ходе которой определите, как тот или иной фактор влияет на скорость химических реакций. Для этого вы заранее поделились на 5 групп. Каждая группе имеет свое задание. Вам необходимо точно по инструкции провести эксперимент, ответить на предложенные вопросы, заполнить таблицу. Для нахождения ответов на вопросы вы можете воспользоваться имеющейся у вас дополнительной литературой. Не забывайте соблюдать правила техники безопасности. После окончания исследования мы обсудим ваши результаты (учащиеся работают согласно инструктивным картам)
Начнем. В зависимости от того, какие именно вещества реагируют, реакции могут протекать очень быстро, да же со взрывом, с умеренной скоростью или крайне медленно. Поэтому одним из факторов, влияющим на скорость реакции является природа реагирующих веществ. Под природой реагирующих веществ понимают их состав, строение, взаимное влияние атомов друг на друга. А как происходит это влияние, нам сейчас расскажет (выступление группы)
Согласно химической кинетики новые вещества образуются при взаимодействии молекул друг с другом. Поэтому, чем больше частиц в объеме, тем чаще они сталкиваются во времени. Следовательно, концентрации реагирующих веществ так же влияет скорость химических реакций. А каково это влияние нам расскажет (выступление группы)
Следующий фактор, на котором мы остановимся – это температура (выступление учащегося).
Для подавляющего большинства химически реакций их скорость с ростом температуры увеличивается. Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа:
при увеличении температуры на каждые 10 0 , скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.
Это правило можно отобразить с помощью формулы:
ʋ t 2 = ʋ t 1 γ t 2 - t 1 /10
где, γ – температурный коэффициент, который зависит от природы реагирующих веществ и от катализатора.
Следующий фактор, который нас интересует – это поверхность соприкосновение реагирующих веществ (выступление учащегося).
О влиянии данного фактора на скорость химических реакций можно только в том случае, если реакция гетерогенная, т.е. реагирующие вещества находятся в разных агрегатных состояниях.
Если же реагирующие вещества находятся в одинаковом агрегатном состоянии, т.е. реакция гомогенная, то поверхность соприкосновения реагирующих веществ на скорость реакции не влияет.
У нас с вами остался последний фактор, влияющий на скорость химической реакции – это влияние катализатора. Давайте вспомним из курса биологии, какие вещества мы называем катализаторами.
Катализаторы – это вещества, изменяющие скорость реакции, но сами при этом остающиеся неизменными.
В зависимости от того, как катализаторы влияют на скорость реакции, их делят на две группы:
«+» катализаторы – увеличивают скорость химических реакций. Сюда можно отнести большинство биологические катализаторы – ферментов.
«-» катализаторы или ингибиторы – уменьшают скорость химических реакций. Сюда можно отнести антиоксиданты – это природные или синтетические ингибиторы, которые способны замедлять процесс окисления. Их используют для того, чтобы не портились продукты. Например, аскорбиновая кислота.
Мы рассмотрели с вами все факторы, влияющие на скорость химических реакций. Давайте еще раз их назовем.
Первичное закрепление
Выполнение тестового задания (по вариантам), решение задач
Ключ к тесту: 1 вариант – 1-1; 2-1; 3-4; 4-4; 5-3; 6-2; В1 – 3421; В2-2
2 вариант - 1-2; 2-1; 3-2; 4-4; 5-2; 6-3; В1 – 3412; В2-1
Задача: определите, как изменится скорость некоторой реакции:
а) при повышении температуры от 10° до 50° С;
б) при понижении температуры от 10° до 0° С.
Температурный коэффициент реакции равен 3.
Домашнее задание
повторить конспект, заполнить последнюю графу таблицы; индивидуальное задание: на «3» - найти интересные факты по теме «Скорость химической реакции»; на «4» - составить тест по теме «Скорость химической реакции»; на «5» - придумать задачу по теме «Скорость химической реакции»
Рефлексия
В конце урока обучающимся предлагается закончить предложения:
Сегодня я узнал…
Я удивился…
Теперь я умею…
Я хотел бы…
Наибольшее затруднение вызвало…
Своей работой на уроке я … (доволен /не доволен)
Ребята, вы сегодня все прекрасно работали на уроке в роли исследователей. Я вижу, что вы усвоили тему урока, а это было самое главное в нашей с вами совместной работе. Спасибо вам за урок.
Инструктивная карта №1
Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ
Задание: в три пробирки налейте по 1мл кислоты. В первую пробирку поместите магний, во вторую – цинк, а в третью – медь. Сравните скорость взаимодействия металлов с кислотой. В чем, по- вашему, причина в различной скорости реакции взаимодействия кислоты с металлами. Заполните таблицу по проделанному опыту.
| № пробирки | условия опыта | Наблюдения | |
Инструктивная карта №2
Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ
Задание: в 2 пробирки налейте по 1мл кислоты. В первую пробирку добавьте 0,5мл воды. В обе пробирки поместите 2-3 гранулы цинка. В какой из пробирок выделение газа началось быстрее? Почему? Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Заполните таблицу по проделанному опыту.
| № пробирки | условия опыта | Наблюдения | |
Инструктивная карта №3
Зависимость скорости реакции от температуры
Задание: в две пробирки налейте по 1мл кислоты. В обе пробирки поместите 2-3 гранулы цинка. Одну из пробирок нагрейте. В какой из пробирок выделение газа протекает интенсивнее? Почему? Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от температуры. Заполните таблицу по проделанному опыту.
| № пробирки | условия опыта | Наблюдения | |
Инструктивная карта №4
Зависимость скорости реакции от поверхности соприкосновения реагирующих веществ (для гетерогенных реакций)
Задание: в две пробирки налейте по 1мл кислоты. В одну пробирку поместите железный гвоздь, а в другую – железные опилки. В какой из пробирок реакция идет быстрее? Почему? Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от поверхности соприкосновения реагирующих веществ. Заполните таблицу по проделанному опыту.
| № пробирки | условия опыта | Наблюдения | |
Инструктивная карта №5
Зависимость скорости реакции от катализаторов
Задание: в две пробирки налейте по 1мл пероксида водорода. В одну пробирку осторожно насыпьте несколько кристалликов оксида марганца (IV). В какой из пробирок наблюдается бурное выделение газа? Почему? Какую роль в этой реакции выполняет оксид марганца? Сделайте вывод о зависимости скорости реакции от катализаторов. Заполните таблицу по проделанному опыту.
| № пробирки | условия опыта | Наблюдения | |
| Факторы, влияющие на скорость | Выводы |
| Природа реагирующих веществ | |
| Концентрация реагирующих веществ | |
| Температура | |
| Поверхность соприкосновения реагирующих веществ | |
| Катализаторы |
