Скорость химических реакций.
(Молекулярные гонки)
Урок химии в 11 классе
Учитель: Ульянова Ольга Вячеславовна
Цели:
образовательные:
Углубить и обобщить теоретические знания учащихся о скорости химической реакции и факторах, влияющих на скорость.
развивающие:
Продолжить развивать у учащихся умение связывать уже имеющиеся знания с вновь приобретенными, умение анализировать и выделять главное.
воспитательные:
Воспитание ответственного отношения к учебе, стремления к творческой, познавательной деятельности.
Тип урока: урок повторения и углубления знаний с элементами деловой игры.
Оборудование: компьютер, интерактивная доска, таблицы «Типы химических реакций», «Производство серной кислоты», набор посуды и реактивов для демонстрационных опытов, прибор для иллюстрации зависимости скорости реакции от условий.
Ход урока:
Слайд 1 Сообщается тема урока - «Скорость химических реакций».
Учитель: Сегодня мы устроим молекулярные гонки. Соревноваться будут химические реакции, а вы будете комментаторами и судьями.
Химические реакции – это явления, которые окружают нас повсюду. Каждая химическая реакция протекает с определенной скоростью. Одни реакции протекают очень быстро (воспламенение спички, горение водорода), другие реакции протекают медленно, могут идти часами, сутками, годами, тысячелетиями.
Учащимся демонстрируются: образование осадка сульфата бария при сливании растворов хлорида бария и серной кислоты (образуется мгновенно), реакция взаимодействия железа с медным купоросом (опыт поставлен накануне), металлическая пластина, подвергшаяся коррозии (коррозия может осуществляться годами). А образование каменного угля, нефти из органических остатков (это тоже химическая реакция) длилось миллионы лет.
Слайд 2
Мотивация темы урока: Знание скорости химической реакции имеет большое практическое значение на производствах. От скорости реакции зависят размеры аппаратуры, количество продукта реакции и реагента, условия её проведения.
Раздел химии, изучающий скорости и механизмы протекания химических реакций называется химической кинетикой.
Сообщается цель урока: обобщить и расширить сведения о скорости химических реакций; определить факторы, влияющие на скорость химической реакции.
Но химические вещества при реакции не перемещаются в пространстве. Они просто расходуются в определенном количестве, переходя в продукты реакции за некоторый промежуток времени.
В химии скорость обозначается также υ (а не V - объем) и определяется как изменение концентрации вещества в единицу времени.
Слайд 3
υ = , где ∆С = С2 – С1 – изменение концентраций реагирующих веществ или продуктов реакции;
∆ t = t2 – t1 – время протекания реакции.
Когда ставится знак «минус»? Если скорость реакции характеризуют изменением концентрации реагирующих веществ, то С2 <С1 (концентрация исходного вещества убывает по мере протекания реакции). Так как скорость реакции имеет положительное значение, перед дробью следует поставить знак «минус». Единица измерения скорости - [моль/л · с], может быть [моль/л · мин], [моль/л · час], т.д.
Слайд 4
Вспомним, что по агрегатному состоянию веществ, участвующих в реакции, все реакции делятся на гомо- и гетерогенные.
Если химическая реакция происходит в однородной среде, например в растворе или газовой фазе, то взаимодействие реагирующих веществ происходит во всем объеме и скорость реакции определяется как изменение числа молей одного из веществ в единицу времени в единице объема:
Слайд 5
υ гомог. = ± , где ∆n – изменение числа молей одного из веществ;
∆ t – интервал времени;
V – объем газа или раствора.
Если реакция идет между веществами, находящимися в разных агрегатных состояниях, например между твердым веществом и газом или жидкостью, то она происходит только на поверхности соприкосновения веществ и скорость реакции определяется как изменение числа молей одного из веществ в единицу времени на единице поверхности:
Слайд 6
υ гетер. = ± , где S – площадь поверхности соприкосновения веществ.
Итак, начинаем гонки.
Выпускаем первую пару соревнующихся. Стартует первая пара: цинк и магний в гранулах с соляной кислотой.
Определить какая реакция идёт быстрее, нам поможет специальный прибор для изучения зависимости скорости реакции от условий. О различной скорости химической реакции в двух сосудах Ландольта судят по разности уровней жидкости в манометрических трубках.
Демонстрация реакций.
Прошу судью – комментатора (ученик вызывается к доске) заполнить протокол соревнований, записать уравнения химических реакций, дать им характеристику и объяснить результаты.
«Комментатор»: Реакция магния с соляной кислотой идет быстрее, так как магний активнее цинка, в электрохимическом ряду напряжений металлов он стоит левее. Уравнения реакций:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑
Обе реакции относятся к реакциям замещения, гетерогенным, экзотермическим, некаталитическим, необратимым, окислительно-восстановительным.
Запишем в тетрадь «Факторы, влияющие на скорость реакции»
Слайд 7
1. Природа реагирующих веществ.
Чем активнее вещества, тем быстрее протекает реакция между ними. Реакционная активность веществ определяется характером химической связи в соединениях и их строением. Наиболее активны вещества с ионными и полярными ковалентными связями.
Вопрос классу: Какая реакция пойдет быстрее?
Zn + HCl → или Zn + CH3COOH →
Цинк будет энергичнее взаимодействовать с соляной кислотой, чем с уксусной, так как соляная кислота сильнее уксусной.
2. Концентрация (для гомогенных реакций)
Учитель: Продолжают гонки тройка стартующих. Проделаем опыт, показывающий зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. При взаимодействии раствора тиосульфата натрия с серной кислотой одним из продуктов реакции является сера, она выпадает в осадок.
Судья – комментатор запишите уравнение реакции:
Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + SO2↑ + H2O + S↓
Нальем в три пробирки по 5 мл раствор тиосульфата натрия разной концентрации.
Прильем в каждую по 2 мл раствора серной кислоты и проследим в какой из них раньше всего будет выпадать осадок серы.
Слово «комментатору»: Быстрее всего осадок серы образуется там, где концентрация тиосульфата натрия выше. Необходимым условием протекания реакции является то, что частицы реагирующих веществ (атомы, ионы, молекулы) должны столкнуться друг с другом, и чем больше частиц в единице объема, тем чаще они сталкиваются.
Слайд 8
С повышением концентрации реагирующих веществ увеличивается скорость реакции.
Учитель: Количественную зависимость скорости реакции от концентрации устанавливает основной закон химической кинетики - закон действующих масс (1865 г. русский химик Н.И.Бекетов, 1867 г. норвежские химики Гульдберг и Вааге):
«Скорость химической реакции (υх.р.) прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их коэффициентам в уравнении реакции».
Слайд 9
Для реакции m A + n B → C
υ = k · CAm · CBn , где k – константа скорости реакции;
CA , CB – концентрации веществ А и В в моль/л;
m, n – коэффициенты перед веществами А и В в уравнении реакции
Слайд 10
Решить у доски задачу № 1.
Слайд 11
Учитель: Следующая реакция - взаимодействие карбоната кальция с соляной кислотой. Посмотрим как влияет степень измельчения мрамора на скорость реакции.
«Комментатор» пишет уравнение реакции и объясняет результаты опыта:
CaCO3 + HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑ - υ1
кусочек мрамора
CaCO3 + HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑ - υ2
мраморная крошка
υ1 < υ2, так как поверхность соприкосновения реагирующих частиц увеличивается при измельчении твердого вещества. Чтобы увеличить скорость гетерогенной реакции, твердое вещество надо измельчить.
Слайд 12
3. Площадь соприкосновения (для гетерогенных реакций).
В промышленности для проведения гетерогенных реакций используют «кипящий слой», увеличивая поверхность соприкосновения реагирующих веществ. При производстве серной кислоты в «кипящем слое» проводят обжиг колчедана.
(См. таблица «Производство серной кислоты»)
4. Температура.
Учитель: Эффективным средством увеличения скорости реакции является повышение температуры. Возвратимся к реакции цинка с уксусной кислотой. При обычных условиях она идет очень медленно. Можно ускорить этот процесс? При нагревании выделение водорода стало интенсивнее. Почему?
Комментируем:
Согласно молекулярно-кинетической теории газов, при повышении температуры резко увеличивается число активных молекул, энергия которых оказывается выше энергии активации. А также увеличивается скорость их движения. Именно эти молекулы при столкновении реагируют друг с другом и превращаются в молекулы продуктов реакции.
Слайд 13
Зависимость скорости реакции от температуры выражает правило Вант-Гоффа. Слайд 14
Решить у доски задачу № 2
Учитель: Для изменения скорости реакции в реакционную смесь часто вводят специальные вещества, которые ускоряют реакцию. Как называют такие вещества? Запишем следующий фактор, влияющий на скорость реакции.
5. Катализатор.
Обратимся к знакомой нам реакции разложения перекиси водорода, в результате чего образуется кислород, который мы обнаруживаем тлеющей лучиной.
«Комментатор» пишет уравнение реакции и комментирует ход опыта.
MnO2
2H2O2 → 2H2O + O2↑
Без катализатора реакция протекает так медленно, что образующегося кислорода недостаточно, чтобы лучинка разгорелась. После внесения небольшого количества порошка оксида марганца (IV), начинается бурное выделение газа, а внесенная в пробирку тлеющая лучинка ярко вспыхивает. Оксид марганца (IV) увеличивает скорость реакции разложения пероксида водорода во много раз. Сам же оксид марганца (IV) по окончании реакции остается в таком же количестве, в каком был взят.
Слайд 15
Слайд 16
Как вы понимаете слова выдающегося советского химика - органика
А.Н. Несмеянова
«Если ещё на сегодняшний день какая-либо реакция неосуществима
- это значит, не найден катализатор»
III. Закрепление:
Учитель: Главный судья, зачитайте протокол молекулярных гонок, назовите факторы, влияющие на скорость химических реакций.
«Главный судья» называет факторы, от которых зависит скорость химических реакций. Быстрее протекают реакции:
- с участием активных веществ;
- чем больше концентрация реагирующих веществ;
- при повышении температуры;
- в присутствии катализатора;
- при измельчении твердого вещества.
Слайд 17
IV. Тест успешности усвоения темы.
Проверка теста с комментариями и выставление оценок.
Учитель: Знание закономерностей и скоростей протекания химических реакций необходимо каждому человеку, а не только тем людям, чья профессиональная деятельность будет связана с химическим производством. Не бывает не нужных знаний, все сгодится когда-нибудь. Ответьте на вопросы, которые может вам задать сама жизнь.
1) Чтобы разжечь костёр надо взять крупные дрова или мелкие? Почему?
2) Почему скоропортящиеся продукты хранят в холодильниках?
3) Почему жидкий бензин, хранящийся в канистрах в гаражах, горит спокойно, а пары его взрывоопасны?
4) Почему на мукомольных заводах и каменноугольных шахтах иногда происходят взрывы?
5) Как замедлить процесс коррозии металлических деталей и узлов автомобиля?
V. Домашнее задание §13 с. 126-139
Литература:
1. Л.Ю. Аликберова. Занимательная химия: Книга для учащихся, учителей и родителей. М.:АСТ-ПРЕСС, 1999. – с.207
2. О.С.Габриелян, Г.Г.Лысова Химия. 11 класс: Учеб. для общеобразоват. учреждений.- М.: Дрофа, 2008. – с.126
3. А.С. Егоров. Химия. Новое учебное пособие для поступающих в ВУЗы. Ростов н/ Дону: Феникс, 2006. – с. 193
