Урок химии Скорость химических реакций (8 класс)

Урок-исследование в 8 классе по теме:

«Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Катализаторы. Ферменты»

Дидактическая цель урока:

I. Познавательный аспект.

-изучить понятие "скорость" в химии, влияние температуры, катализатора, концентрации, природы вещества, площади поверхности реагирующих веществ, как факторов на изменение скорости протекания химических реакций;

-формировать умение пользоваться исследовательской картой как алгоритмом поисково-самостоятельной деятельности учащихся на основе памятки - задания;

-осуществить интегрированный подход в формировании информационного поля изучения темы на основе межпредметных связей с физикой, математикой и биологией;

-уметь анализировать, делать выводы, осуществлять самоконтроль.

II. Воспитательный аспект.

-воспитание трудолюбия, настойчивости в работе, уверенности в себе, в своих способностях;

-формирование нравственности, чувства патриотизма, гуманного отношения к окружающему миру;

-эстетическое воспитание личности;

-воспитание устойчивого интереса к предмету, будущей профессии, потребности учиться и добывать знания.

III. Развивающий аспект.

-развитие речи, обогащение ее словарного запаса;

-развитие памяти, мышления (способности сравнивать, устанавливать причинно-следственные связи);

-развитие интеллектуальных творческих способностей учащихся.

Тип обучения - проблемно - развивающий.

Тип урока - урок-исследование.

Методы обучения: а) показательный; б) диалогический; в) эвристический.

Методы преподавания: а) объяснительный; б) стимулирующий;в) пробуждающий.

Методы учения:

а) репродуктивно - рационализаторский; б) проблемно-поисковый, исследовательский.

Средства обучения. Раздаточный материал: тиосульфат натрия в различных количествах, карбонат кальция (кусковой и измельченный), пероксид водорода, оксид меди (II), медь, железо, магний, оксид марганца (IV), разбавленные соляная и серные кислоты, картофель, морковь, спички, лабораторный штатив, держатель, лучинка, спиртовка, пробирки.

Ход урока

1. Вводное слово учителя. (Беседа с опорой на изученный ранее материал.) Здравствуйте, ребята, сегодня на уроке тема интересная и очень важная в изучении химических реакций.

До сих пор, рассматривая какой-либо химический процесс, мы записывали уравнение этого процесса с помощью химических формул. Нам было ясно, какие исходные вещества дали химические продукты, но о длительности протекания процесса мы сказать ничего не могли. А ведь важной характеристикой любого процесса является "скорость". Вы уже знакомы с понятием "скорость" из курса физики и математики, но мы будем изучать не скорость поезда или автомобиля, не скорость механического движения, а скорость химической реакции. Мы должны ответить на вопрос, почему одни реакции идут быстро, а другие - медленно, от чего зависит их скорость.Чтобы рассмотреть длительность протекания химических процессов обратимся к опыту. Поэтому эпиграфом к нашему уроку служат слова великого И. Гёте "Опыт - вот учитель жизни вечный".

В этой стеклянной пробирке находятся два газа: водород и кислород - составные части воды. Пройдет месяц, год, сто лет, но мы так и не увидим образования воды. Дело в том, что водород и кислород при обычных условиях реагируют очень медленно, так медленно, что нужны тысячелетия, чтобы образовалась капелька воды. Но этот процесс можно ускорить, достаточно поднести горящую лучинку.

(Демонстрация опыта: взрыв "гремучей смеси".) (Объяснение наблюдения опыта)

Вывод-комментарий учителя: водород и кислород в свободном виде существуют в виде молекул. Чтобы они соединились, молекулы должны столкнуться. Чем чаще столкновения, тем вероятность образования молекул воды больше. Но при комнатной температуре и давлении молекулы водорода и кислорода сталкиваются ~ 10 млрд. раз в секунду! И если бы каждое столкновение приводило бы к химическому взаимодействию, то реакция протекала бы со скоростью большей, чем этот взрыв. В чем секрет? Секрет в температуре. Она во много раз увеличивает число таких столкновений, молекулы начинают чаще колебаться и это ослабляет валентные связи между атомами в молекуле. И когда на атомном уровне встречаются водород и кислород, то они реагируют мгновенно, со взрывом. А ведь это самая обыкновенная химическая реакция.

Учитель: Ученые - химики не сразу проникли в тайны природы превращения веществ. Сначала они наблюдали, затем исследовали, объясняли и только потом научились управлять химическими реакциями. Им это удалось благодаря изучению скорости реакции. Они даже создали целую науку, которую назвали химической кинетикой.

Я предлагаю вам провести экспериментально подтверждение наличия у химических реакций скорости, чтобы не нарушать традиции ученых. Поэтому наша работа на уроке будет носить исследовательский характер. Пусть каждый из вас почувствует себя ученым-исследователем.

На ваших столах есть все необходимое: набор реактивов и лабораторного оборудования для исследования. Свои наблюдения и выводы записывайте в исследовательской карте, которая послужит алгоритмом ваших действий. Памяткой для выполнения будут задания к исследовательской работе. Ваша задача заключается в решении проблемы: от чего зависит скорость химической реакции. После каждого эксперимента мы будем обсуждать ваши полученные результаты. Каждый правильный ответ оценивается в 1 балл.

Прежде чем приступить к работе, вспомните правила техники безопасности:

1) химические реакции проводить на расстоянии вытянутой руки;

2) поджигать спиртовку только спичкой и гасить пламя колпачком;

3) при нагревании пробирки использовать держатель, нагревать равномерно, отверстие пробирки направлено в сторону от сидящих;

4) опыт выполнять строго по инструкции.

Пусть вдохновением послужат слова великого русского ученого М.В. Ломоносова, который верил в Российскую науку, в возможности молодых ученых, в их самостоятельный труд:

"Дерзайте ныне ободренны

Раченьем вашим показать

Что может собственных Платонов

И быстрых разумом Невтонов

Российская земля рождать".

II. Выполнение эксперимента.

(Ученик читает задание. Обсуждение результатов после каждого выполненного эксперимента)

Опыт № 1.

Выполнение опыта и выводы. К растворам тиосульфата натрия (пробирки № 1 и № 2) разной концентрации приливаем 1 мл серной кислоты. Выпадает осадок желтого цвета, свидетельствующий об образовании простого вещества - серы. В пробирке № 2 выпадение осадка происходит быстрее, следовательно, скорость реакции больше. На скорость реакции влияет концентрация тиосульфата натрия.

Этот опыт позволяет дать определение скорости химической реакции. Скорость - это изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени. Скорость обозначается латинской буквой V как в физике и математике.

V = ± ∆С/∆t

Вопрос: В каких единицах измеряется скорость химической реакции?

Чтобы ответить на этот вопрос обратимся к проведенному опыту. Мы брали разное количество вещества и проводили опыты в определенном объеме, следовательно,

V= √ /V·t [V]=[моль/л·с]

Допустим, концентрация вещества SO₂, была 2 моль/л, через 50 секунд стала 0,5 моль/л. Чему равна скорость?

Ответ: V=0,0З моль/л·с

Опыт № 2. От чего зависит скорость химической реакции в гетерогенной среде? Для исследования фактора, влияющего на скорость реакции в гетерогенной среде, ученики приливают 1 мл соляной кислоты к кусковому и измельченному карбонату кальция.

Вывод: Скорость зависит от степени измельчения, т.е. от площади соприкосновения реагирующих веществ. По признаку выделения углекислого газа определяют химическую реакцию, о времени протекания реакции судят о её скорости.

Опыт № 3. К металлам: медь, железо, магний ученики приливают 1 мл разбавленной соляной кислоты.

Вывод: На основании ряда активности металлов магний реагирует быстрее, чем железо, а медь вообще не реагирует. По скорости выделения пузырьков газа водорода судят о скорости реакции. Скорость реакций зависит от природы реагирующего вещества.

Опыт № 4. К оксиду меди (II) ученики приливают 1 мл разбавленной серной кислоты. О быстроте появления раствора синего цвета (сульфата меди (II)) при комнатной температуре и нагревании судят о скорости протекания реакции.

Вывод: Скорость реакции зависит от температуры.

Учитель: Мы уже наблюдали в начале урока влияние температуры на скорость химических реакций. Лауреатом Нобелевской премии Вант-Гоффом установлено правило: при увеличении температуры на каждые 10° скорость химической реакции увеличивается в 2 - 4 раза.

Опыт № 5. Ученики проводят реакцию разложения пероксида водорода в присутствии оксида марганца (IV). Наблюдают быстрое выделение пузырьков газа кислорода, который определяют с помощью тлеющей лучинки.

Вывод: Скорость зависит от катализатора.

Учитель: Такую роль ускорителя играют в животных и растительных организмах ферменты. Налейте в пробирку с кусочком сырой моркови и картофеля пероксид водорода Н₂О₂, вы заметите бурное выделение кислорода, Это работает фермент каталаза. Ферменты - биологические катализаторы. Некоторые химические реакции наносят вред окружающей среде. Например, коррозия металлов, гниение пищевых продуктов на полях и складах. Задача ученых-химиков замедлять такие быстро текущие химические реакции с помощью ингибиторов (в переводе на русский язык обозначает "замедлители").

III. Повторение. Итак, мы справились с поставленной задачей и экспериментально подтвердили наличие такой качественной характеристики химического процесса как скорость. Этот показатель зависит: от катализатора, температуры, природы реагирующих веществ, площади соприкосновения реагирующих веществ, концентрации.

Прием «Аналогия»

Теперь как научные сотрудники дайте объяснение явлениям. Почему на скорость химической реакции влияют:

площадь поверхности соприкосновения веществ,

природа реагирующего вещества,

концентрация исходных веществ,

температура,

катализатор (или ингибитор)

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

Дается задание каждой группе:

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

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

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

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

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

Т.е. вам 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?

1 группа- На что из вашей жизни похоже действие катализатора на скорость химической реакции ?

2 группа- На что похоже влияние температуры на скорость химической реакции?

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

4 группа- На что похоже влияние природы вещества на скорость химической реакции?

5 группа- На что похоже влияние увеличения или уменьшения площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ?

Дается время для обсуждения в группах, (3 мин.) Затем заслушивается выступление каждой группы:

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 дискотеку, 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 дорогах. Концентрация машин 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.

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

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

IV. Закрепление. А теперь давайте убедимся, что благодаря полученным знаниям сегодня на уроке, вы можете объяснить многие явления из реальной жизни.

Проблемные вопросы:

1) Известно, что для полного гниения брошенной в лесу газеты потребуется год. Для ржавления консервной банки 10 лет. А стекло практически не разрушается в течении столетий. Какой фактор влияет на скорость названных химических процессов? Задумайтесь, ребята, можно ли оставлять мусор в лесу?

2) Почему продукты питания хранят в холодильниках?

3-а)Что горит быстрее: лучинка, зажженная снизу, или лучинка, зажженная сверху?

Подсказка. В одном из этих случаев продукты сгорания несколько затрудняют достаточный доступ новых порций воздуха!

З-б)Что горит быстрее: деревянная дощечка или пучок древесных лучинок?

4. От чего зависит скорость горения веществ в чистом кислороде и на воздухе?

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 пошла! 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.

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, тодается правильный ответ (лаборант напевал, 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. Домашнее задание. Продолжите эксперимент по влиянию фактора на скорость химической реакции в домашних условиях:

Внесите в пламя газовой горелки кусочек сахара. Он будет плавиться, но не гореть. Тогда посыпьте сахар пеплом сгоревшей бумажной салфетки и снова внесите в пламя. Сахар будет гореть. Какой фактор влияет на характер скорости горения данного органического вещества? §14 с. 33-34, с.43 задачи № 1,2.

Какие вопросы есть у вас ко мне по теме урока? Если нет, то подведем итоги вашей исследовательской деятельности.

VI. Самоконтроль. 5 баллов, если все выводы учащихся совпали с результатами общей исследовательской карты. Ученики получают оценку "отлично", 4 балла - "хорошо".

Рефлексия

А теперь, когда наше исследование завершилось, давайте посмотрим на доску. Как мы сегодня работали? Хорошо или плохо? (Отметить работу групп в целом за урок, их активность, дружбу, дисциплину внутри группы)

Вопросы для рефлексии:

Вам понравилось работать?

А с кем больше всего понравилось работать?

Каково ваше настроение?

Чего бы вы хотели пожелать на будущее?

VII. Заключительное слово учителя:

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. Поэтому я вручаю каждому "Удостоверение юного исследователя химической кинетики" за ваш труд в изучении скорости химической реакции. Спасибо вам за урок.

Приложение 1.

Исследовательская карта

"Опыт - вот учитель жизни вечный". И. Гёте

п/п

Содержание пробирки

Реактив, условие реакции

Наблюдение (в какой пробирке реакция идет быстрее, укажите №пробирки)

От какого фактора зависит скорость химической реакции?

1

№1 -Na₂S₂O₃ (1г.)

№2-Na₂S₂O₃ (Зг.)

H2SO4 (р)

обычные условия

2

№ 3 - СаСОз

(мел кусковой)

№ 4 - СаСО₃

(мел измельченный)

HCI (р)

обычные условия

3

№ 5 - Си

№ 6 - Mg

№ 7 - Fe

HCI (р)

обычные условия

4

№ 8 - CuO

№ 9 - CuO

H₂SO₄ (p) -

обычные условия

H₂SO₄ (p)

5

№10 - H₂О₂

МпО₂

Приложение 2.

Задания к исследовательской работе

Опыт 1.

В пробирках № 1, № 2 находится тиосульфат натрия (фиксаж) Na₂S₂О₃ в разных количествах. Прилейте в каждую пробирку воды так, чтобы объёмы растворов были одинаковыми. Добавьте к полученным растворам 1 мл разбавленной серной кислоты H₂SO₄ (р) (постарайтесь одновременно). В какой пробирке химическая реакция протекает быстрее? От чего зависит её скорость? Ответы на вопросы запишите в соответствующих колонках исследовательской карты.

Опыт 2.

В двух пробирках находится мел СаСОз одинаковой массы: № 3 - кусковой, № 4 - измельченный. В обе пробирки прилейте 1 мл разбавленной соляной кислоты HCI (р). В какой пробирке химическая реакция протекает быстрее? Почему?

Опыт 3.

В пронумерованных пробирках находятся: № 5 - Си; № 6 - Мд; № 7 - Fe.Прилейте в каждую пробирку 1 мл разбавленной соляной кислоты HCI (р). В какой пробирке металл реагирует быстрее с HCI ? От чего зависит скорость химической реакции?

Опыт 4.

В пробирках № 8, № 9 находится оксид меди (II) СиО. Прилейте в обе пробирки по 1 мл разбавленной серной кислоты H₂SO₄ (р). Одну их них нагрейте над пламенем спиртовки. В какой пробирке произошла химическая реакция быстрее? От чего зависит её скорость?

Опыт 5.

Поместите в пробирку № 10 с пероксидом водорода Н₂О₂ немного оксида марганца (IV). Вспомните, какую роль играет МпО_г в получении кислорода при разложении Н₂О₂. Как изменяется скорость химической реакции при добавлении МпО_г?