Конспект урока химии в 11 классе по теме: Скорость химических реакций

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 (υ_х.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 · C_A^m · C_Bⁿ , где k - константа скорости реакции;

C_A , C_B - 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

υ_{1 <} 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