Конспект урока по химии по теме: «Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость химической реакции». 11 класс с использованием технологии организации учебной исследовательской деятельности учащихся.

 Конспект урока  по химии  по теме: «Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость химической реакции».

Предмет: химия

Класс - 11

Базовый учебник: О.С.Габриелян, Г.Н.Лысова. Химия. 11 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. Рекомендовано МО  РФ, 6-е издание, стереотипное. Дрофа, М., 2006.

Тип урока: урок изучения нового материала с элементами исследования.

Технология: организация учебной исследовательской деятельности учащихся.

Формы работы учащихся: групповая, исследовательская.

Основные понятия: молярная концентрация, скорость химической реакции, гомогенные и гетерогенные реакции, катализ, катализаторы, ферменты.

Оборудование и реактивы: растворы HCl, H₂SО₄, Zn, Mg, Cu, Аl, Na₂S₂O₃ (тиосульфат натрия), СuSО₄, NaCl, пробирки, спиртовки, держалки для пробирок, инструкции по выполнению лабораторных работ.

Цели:   дать понятие о скорости химической реакции; показать влияние на скорость химической реакции таких факторов, как природа реагирующих веществ, их концентрация, площадь поверхности соприкосновения веществ, температура и участие катализаторов; закрепить классификацию химических реакций по таким признакам, как «фазовое состояние» и «участие катализатора».

Задачи урока:

·                   Образовательные: сформировать представление о скорости гомогенных и гетерогенных химических реакций, выявить формулы  их определения и единицы измерения. Исследовать  влияние различных факторов на скорость химических реакций.

·                   Развивающие: Развивать умение анализировать теоретические и экспериментальные данные; развивать умение наблюдать, находить причинно-следственные связи; развивать умения учащихся работать с химическими веществами, соблюдая правила техники безопасности. Развивать навыки коллективной деятельности, познавательный интерес и творческую активность в процессе решения проблемных ситуаций.

·                   Воспитательные: воспитывать самостоятельно мыслящего человека, формировать социальные компетенции учащихся, воспитывать чувство коллективизма, уважительное отношение друг к другу, товарищества, воспитывать бережное отношение к своему здоровью.  

Ход урока.

I.             Организационно-мотивационный этап.

II.          Активизация знаний.

Для актуализации знаний проводится с учащимися беседа по вопросам:

1.     Одинаково ли по времени протекают химические реакции?

2.     Какая величина характеризует быстроту протекания химических реакций?

3.     Приведите примеры химических реакций, идущих с разной скоростью.

4.     Для чего нужны знания о скорости химической реакции?

5.     Предположите, чем можно измерить скорость химической реакции?

Предполагаемые ответы.

1.     Нет, не одинаково.

2.     Скорость реакции.

3.     Коррозия металлов, разложение органических веществ идут медленно. Горение спирта, взаимодействие кислот с металлами и мелом - быстро. Реакции ионного обмена в растворах электролитов протекают мгновенно.

4.     Знания о скорости химической реакции помогут обосновать экономическую эффективность химических производств. Замедлить или ускорить процессы, которые сопровождают нас в повседневной жизни: коррозия металлов, хранение продуктов питания и т. п.

Если возникнут затруднения по 1,3 вопросу, можно дать подсказку.

Каждую секунду в природе, нашем с вами организме,  лабораториях, на химических предприятиях протекает множество реакций. Известно, что одни химические реакции протекают за доли секунды, другие же – за минуты, часы, дни. Например, практически мгновенно протекают реакции, которые сопровождаются взрывом: горение пороха, воспламенение горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания автомобилей. При сливании растворов серной кислоты и хлорида бария мгновенно образуется белый осадок сульфата бария:

H₂SО₄ + ВаCl₂ = ВаSО₄↓ + HCl.

Наоборот, образование минералов, горных пород длится в течение долгого времени, тысячелетиями. Коррозия железа (ржавление) идёт так медленно, что увидеть её продукт  можно лишь по истечении длительного времени.

Ответ на 5-й вопрос, как правило, вызывает затруднения. Целесообразно обратить внимание учащихся на единицы измерения скорости в физике и сопоставить с количественными характеристиками веществ (концентрацию), участвующих в химической реакции.

Тема урока: «Скорость химических реакций».

III.      Изучение нового материала.

Наука, занимающаяся закономерностями протекания химических реакций, а также выяснением её зависимости от условий проведения процесса, называется химической кинетикой.

Формулируется определение понятия «молярная концентрация». Молярная концентрация  - С - это отношение количества вещества к объёму:

C = n / V

Единицей измерения является [моль/л.]

- Вспомните классификацию химических реакций по фазовому состоянию.

(Гомогенные и гетерогенные).

Сейчас мы с вами выполним групповую работу. Сначала вам необходимо разбиться на 5 групп. Каждая группа получит свои задания.

Работа по учебнику

Задание №1 (для 1, 3, 5 группы). Используя учебник Габриеляна О.С., Лысовой Г.Г. стр. 128., в течение 2-3 минут найдите математическое выражение для расчёта скорости химической реакции и единицу измерения скорости гомогенной реакции. Дайте определение гомогенной реакции.

Среди уравнений реакций найдите гомогенные реакции:

N₂(_г) +3H₂(_г) = 2NH₃(_г)  (1)

2Al(_тв) + 2S(_тв) = Al₂S₃(_тв)   (2)

S(_тв) +O₂(_г) = SO₂(_г)   (3)

Na₂SO₃(_р-р) + KMnO₄(_р-р) + H₂SO₄(_р-р) = Na₂SO₄(_р-р)  + MnSO₄(_р-р)  + K₂SO₄(_р-р)  + H₂O(_ж)  (4)

CaCO₃(_тв) +2HCl(_р-р) = CaCl₂(_р-р) +CO₂(_г) +H₂O(_ж)   (5)

N₂(_г) +O₂(_г) = 2NO(_г)   (6)

Задание №1 (для 2, 4 группы). Используя учебник Габриеляна О.С., Лысовой Г.Г. стр. 128., в течение 2-3 минут найдите математическое выражение для расчёта скорости химической реакции и единицу измерения скорости  гетерогенной реакции. Дайте определение гетерогенной реакции.

Среди уравнений реакций найдите  гетерогенные реакции:

N₂(_г) +3H₂(_г) = 2NH₃(_г)  (1)

2Al(_тв) + 2S(_тв) = Al₂S₃(_тв)   (2)

S(_тв) +O₂(_г) = SO₂(_г)   (3)

Na₂SO₃(_р-р) + KMnO₄(_р-р) + H₂SO₄(_р-р) = Na₂SO₄(_р-р)  + MnSO₄(_р-р)  + K₂SO₄(_р-р)  + H₂O(_ж)  (4)

CaCO₃(_тв) +2HCl(_р-р) = CaCl₂(_р-р) +CO₂(_г) +H₂O(_ж)   (5)

N₂(_г) +O₂(_г) = 2NO(_г)   (6)

Ответы учащихся 1, 3, 5 группы:

Гомогенные реакции – это реакции, протекающие в однородной среде (нет поверхности раздела между реагирующими веществами)

Скорость гомогенной химической реакции υ определяется как изменение концентрации одного из веществ в единицу времени:

υ _гомог = ± С₁ – С₂ / t₂ – t₁ = ± ∆C / ∆t,

если принять, что ΔC = Δn / V,  то υ_гомог = Δn / ∆t• V,

где С₁ и С₂ - молярная концентрация реагирующих веществ или продуктов реакции соответственно в момент времени t₂ и t₁;  Δn – изменение молей одного из исходных веществ; V – объём газа или раствора.

Единица изменения скорости химической реакции [моль/л • сек].

Если С₂ больше С₁ , то перед дробью ставят знак «минус».

К гомогенным относятся реакции: 1, 2, 6.

Ответы учащихся 2, 4 группы:

Гетерогенные реакции – это реакции,  протекающие в неоднородной среде (есть поверхность раздела между веществами).

Скорость гомогенной химической реакции υ определяется как изменение количества одного из веществ в единицу времени на единице поверхности:

υ _{гетерог}= Δn / ∆t• S,

где Δn – изменение молей одного из исходных веществ, ∆t – интервал времени,  S - площадь поверхности соприкосновения веществ.

К гетерогенным относятся реакции: 3, 4, 5.

Выдвижение гипотезы: «Что может повлиять на изменение скорости химической реакции?»

Учащиеся высказывают предположения. Для подтверждения своих гипотез учащимся предлагается выполнить ряд экспериментальных заданий. Задания выполняются в группах. Каждая группа получает свою инструкцию. Результаты работы оформляются в виде таблицы.

Перед выполнением работы проводится инструктаж по правилам техники безопасности.

Инструкция группе 1.

Исследование влияния природы реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Цель: сравнить скорость протекания химической реакции взаимодействия раствора соляной кислоты с различными металлами.

Оборудование и реактивы: раствор соляной кислоты, гранулы Mg, Zn, Cu, пробирки.

Возьмите три пробирки и налейте в них по 1 мл соляной кислоты, поместите в них примерно одинаковые гранулы  Mg, Zn, Cu. Наблюдения и выводы запишите в таблицу.

Сделайте вывод по работе. Что, в данном случае подразумевается под понятием природа реагирующих веществ?

Инструкция группе 2.

Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Цель: изучить зависимость скорости взаимодействия раствора тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃) разной концентрации с серной кислотой.

Оборудование и реактивы: раствор тиосульфата натрия Na₂S₂O₃, H₂SО₄, H₂O, пробирки.

Используя учебник Габриеляна О.С., Лысовой Г.Г. стр. 138 найдите, что такое ферменты, ингибиторы.

В две пробирки налейте одинаковый объём раствора тиосульфата натрия (Na₂S₂O₃). В первой пробирке не разбавляйте раствор, во вторую пробирку долейте воды столько же, сколько взяли тиосульфата натрия (разбавьте вдвое 1:1). Наблюдения и выводы занесите в таблицу.

Сделайте вывод по работе. Сформулируйте основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ – закон действующих масс, используя учебник Габриеляна О.С., Лысовой Г.Г. стр. 134.

Инструкция группе 3.

Влияние температуры на скорость химической реакции.

Цель: сравнить скорость химической реакции взаимодействия раствора тиосульфата натрия  Na₂S₂O₃  с  H₂SО₄  при разной температуре.

Оборудование и реактивы: раствор тиосульфата натрия Na₂S₂O₃, H₂SО₄, спиртовка, держалка для пробирок, пробирки, спички.

Проделайте две реакции между раствором тиосульфата натрия и серной кислоты. В первой пробирке нагревать раствор тиосульфата натрия не надо. А во второй пробирке предварительно нагрейте раствор тиосульфата натрия, а затем добавьте серную кислоту.

Наблюдения и выводы занесите в таблицу.

Сделайте вывод по работе. Сформулируйте правило Вант-Гоффа, используя учебник Габриеляна О.С., Лысовой Г.Г. стр. 133.

Инструкция группе 4.

Влияние поверхности соприкосновения реагирующих веществ на скорость химической реакции.

Цель: сравнить скорость взаимодействия раствора соляной кислоты с гранулами, опилками и порошком Zn.

Оборудование и реактивы: раствор HCl, Zn, пробирки.

В три пробирки поместите гранулы, опилки и порошок Zn примерно одинакового объёма, добавьте раствор HCl. Наблюдения и выводы занесите в таблицу.

Сделайте вывод по работе.

Инструкция группе 5.

Изучить зависимость скорости взаимодействия алюминия с раствором сульфата меди от наличия катализатора.

Влияние катализатора на скорость химической реакции.

Цель: рассмотреть влияние катализатора на скорость реакции.

Оборудование и реактивы: раствор СuSО₄, гранулы Аl, кристаллы NaCl, пробирки.

Вспомните, какие вещества называют катализаторами? Используя учебник Габриеляна О.С., Лысовой Г.Г. стр. 138 найдите, что такое ферменты, ингибиторы.

В две пробирки налейте одинаковый объём раствора СuSО₄. Поместите в них примерно одинаковые гранулы  Cu. В одну из пробирок добавьте несколько кристаллов NaCl. Что наблюдаете? Сравните скорость реакции при разных условиях. Наблюдения и выводы занесите в таблицу.

Сделайте вывод по работе.

После окончания эксперимента происходит обсуждение. Учащиеся демонстрируют результаты опытов, делают выводы о влиянии различных факторов на скорость химических реакций. Уравнения проделанных реакций записывают на доске.

Выводы по результатам эксперимента.

1.   Каждое вещество оказывает влияние на скорость химической реакции. Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ. В данном случае, от активности металлов.

2.   Скорость химической реакции зависит от концентрации реагирующих веществ. Чем больше концентрация реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции.

Закон действующих масс: скорость химических реакций прямопропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их коэффициентам.

Для реакции: А + В = Д этот закон выразится так:

υ = k· C_A· C_B

Для реакции: 2А + В = Д этот закон выразится так:

υ = k· C²_A· C_B

3.   Скорость химической реакции зависит от температуры. При повышении температуры скорость химической реакции увеличивается. Правило Вант-Гоффа: при изменении (повышении или понижении) температуры на каждые 10 градусов скорость химической реакции изменяется (соответственно повышается или понижается) в 2-4 раза.

υ₂ = υ₁ • γ (t₂-t₁) / 10

υ₂, υ₁ - скорости химической реакции при температуре соответственно t₂ и t₁, γ - температурный коэффициент, показывающий во сколько раз изменяется скорость химической реакции (2-4).

4. Скорость химической реакции зависит от  площади соприкосновения веществ. Чем больше площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции.

5. Скорость химической реакции зависит от наличия катализаторов или ингибиторов. Катализаторы - вещества, изменяющие (увеличивающие) скорость химической реакции, но остающиеся неизменными к её окончанию. Ингибиторы – вещества, замедляющие скорость химической реакции.

       Ферменты - биологические катализаторы белковой природы.

4.     Рефлексия.

Ребята, сопоставьте выдвинутые вами гипотезы с данными, выявленными в ходе решения экспериментальных заданий. Сделайте вывод о значимости знаний о скорости химических реакций и факторов, влияющих на скорость реакции для человека

Вывод: знания о скорости химической реакции и факторах, влияющих на её изменение, позволяют управлять в значительной степени химическими реакциями, допустим, на химических предприятиях. Использование ингибиторов позволяет бороться с коррозией металлов и другими нежелательными процессами, например, в медицине для уменьшения образования раковых клеток у онкобольных.