Федеральное агентство по образованию
ФГОУ СПО «Саратовский финансово-технологический
колледж»
ЧАСТНАЯ МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ОТКРЫТОГО ЗАНЯТИЯ
«Учение о
скорости химической реакции. Факторы, оказывающие влияние на скорость
химической реакции»
САРАТОВ
2012
Рассмотрена на
заседании
Технологических
дисциплин
Председатель _______ Н.Г.Артеменко
« ____ »
_________________ 2012г.
Автор: преподаватель ФГОУ СПО «Саратовский
финансово-технологический колледж» Л.П.Екимова
Аннотация
Частная методика проведения открытого занятия
предназначена для преподавателей средних специальных учебных заведений. Содержит
методическую структуру, материалы для проведения мероприятия, приложения.
ФГОУ СПО «Саратовский финансово-технологический колледж»,
2012 г.
Содержание
1. Введение
2. Основная часть
- методическая
структура занятия
- план занятия
- сценарий
3. Приложения
4. Заключение
Введение
Изучение темы «Учение о скорости химической реакции. Факторы,
оказывающие влияние на скорость
химической реакции» имеет большое теоретическое и практическое значение
для понимания студентами закономерностей протекания различных химических
процессов, способствуя тем самым, формированию и развитию логического мышления
и мировоззрения. Данная тема является теоретической базой для последующего
изучения технологических процессов производства в области химии.
МЕТОДИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА
Дата проведения:
Тема: «Учение
о скорости химической реакции. Факторы, оказывающие влияние на скорость химической реакции»
Место проведения:
Продолжительность: 80 мин.
Руководители: Екимова Людмила Павловна
Участники:
Дидактическая
цель:
- углубление и установление
междисциплинарных связей в области технологических дисциплин, химии;
- показать влияние
факторов на скорость химических реакций, установить закономерности протекания
химических процессов;
- развивать навыки
сравнивать, обобщать и делать выводы;
- формировать
мировоззренческие понятия о познаваемости природы, культуры общения в процессе
парного и коллективного взаимодействия.
Формирование общих
компетенций студентов:
ОК 1. Принимать
сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней
устойчивый интерес.
ОК 2. Организовывать
собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения
профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК 3. Принимать
решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.
ОК 4.Осуществлять
поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения
профессиональных задач, профессионального и личностного развития.
ОК 5.
Использовать информационно – коммуникационные технологии в профессиональной
деятельности.
ОК 6. Работать
в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством,
потребителями.
ОК 7. Брать на
себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат
выполнения задания.
ОК 8.
Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития,
заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.
Формирование профессиональных компетенций студентов:
ПК 1.2. Контролировать качество сырья.
уметь:
§ применять основные
законы химии для решения задач в области
профессиональной деятельности;
§ соблюдать правила техники
безопасности при
работе в химической лаборатории;
§ использовать
лабораторную посуду и оборудование;
§ подбирать реактивы и аппаратуру;
знать:
§
приемы
безопасной работы в химической лаборатории;
§ основные понятия и законы химии;
§ классификацию химических реакций и
закономерности их протекания;
§ назначение и правила использования лабораторного оборудования и аппаратуры.
Сфера: «Я - сфера», «Я и коллектив».
Социальные роли: коммуникативная.
Форма проведения: опытно-исследовательская работа
Методы и приемы:
- информационные
- наглядные
(демонстрация презентации, демонстрация химических опытов)
- практические: опыты
- словесные:
объяснение, рассказ
Оформление аудитории: Широко простирает химия руки свои в дела
человеческие.
(Михаил Васильевич
Ломоносов)
Оборудование: демонстрационный
комплекс (ПК, экран, проектор), компьютерная презентация, химическое
оборудование, соляная кислота (концентрированная, 10%, 20%), цинк, железо
(порошковое, кусковое), алюминий, перекись водорода, оксид марганца (IV),
уксусная кислота, тиосульфат
натрия, серной кислотой”
ПЛАН ЗАНЯТИЯ
№ п\п
|
Элементы занятия
|
Методы
|
Время
|
1.
|
Вводная часть
|
|
6 мин
|
1.1.
|
Приветствие. Представление студентов и гостей
|
Информация
|
2 мин.
|
1.2.
|
Мотивация учебной деятельности
|
Демонстрация
|
2 мин.
|
1.3.
|
Цели занятия ОК, ПК
|
Информация
|
2 мин.
|
2.
|
Основная часть
|
|
|
2.1.
|
Организационный
|
Приветствие
учащихся, контроль готовности студентов к занятию
|
2 мин.
|
2.1.
|
Этап подготовки
учащихся к активному усвоению нового материала
|
Фронтальный опрос
|
7 мин.
|
2.2.
|
Этап усвоения новых
знаний
|
Демонстрация химических опытов.
Видео опыты.
Виртуальная лаборатория:
|
50 мин.
|
2.3.
|
Этап закрепления знаний
|
Фронтальный опрос, тестирование
|
5 мин.
|
2.4.
|
Этап информации
учащихся о домашнем задании, инструктаж по его выполнению
|
Информация
|
6 мин.
|
3.
|
Заключительная часть:
подведение итогов,
заключительное слово преподавателя
|
Информация
|
4 мин.
|
Сценарий
I. Вводная часть.
Химические реакции протекают с
различными скоростями. Для одних это доля секунды, для других минуты, дни;
некоторым требуются десятилетия или более длительные промежутки времени.
Показать: Рассмотрим пример: ВЫВОД: Различные
реакции протекают
с
горение
спички; различными скоростями
ржавление железа;
Возникает вопрос: какие факторы
определяют скорость химической реакции? Как измерять скорость и как управлять
химическими реакциями?
Запись: Раздел химии, изучающий скорости химических реакций
называется химической кинетикой.
Для ответа охарактеризуем
скорость химической реакции.
II. Понятие скорости химической реакции.
Из курса физики известно, что
скорость какого-либо процесса (v) измеряется изменением определенной
физической величины в единицу времени. В ходе реакции исходные вещества
расходуются (их количество уменьшается), а количество продуктов реакции
увеличивается.
Вывод: в ходе реакции изменяются количество веществ
во времени.
Вывод учащихся: Определение 1. Скорость химической реакции равна
изменению количеств исходных веществ в единицу времени.
Запись:
Но количества веществ будут
сопоставимы лишь в случае, если они приведены к одинаковым объемам.
Вопрос: Какая физическая величина характеризует
количество вещества в единицу объема? ()
По скорости изменения молярной
концентрации исходного вещества можно судить о скорости химической реакции.
Определение 2. Скорость химической реакции равна изменению
концентраций реагирующих веществ в единицу времени при неизменном объеме
системы.
Вопрос: Какова размерность скорости химической
реакции?
Запись:
Отрицательный знак в правой
части уравнения ставится потому, что концентрация (c)
исходного вещества уменьшается со временем, а скорость не может быть
отрицательной величиной.
III. Факторы, влияющие на скорость химической реакции.
Мы познакомились с понятием
скорости и способом ее выражения. Рассмотрим причины, влияющие на скорость
химической реакции.
Вопрос: Подумайте, что, по вашему мнению, оказывает
влияние на скорость химической реакции?
Приведем и обсудим несколько
опытов.
Объяснение преподавателя: Опыт №1. Берем три пробирки под номерами 1,
2, 3. В первой пробирке находится порошок магния. Во второй – порошок железа. В
третьей – порошок меди. К каждой пробирке приливаем равные объемы раствора HCl
(1:1). Наблюдаем:
Проблема: Учитель ставит проблему: «Какой фактор
оказывает влияние на скорость реакций и какова его сущность?».
Ученики отвечают исходя из опыта,
что в данном случае это природа реагирующего вещества (металла). Сущность
фактора – строение металлов (оно различно), следовательно, различна и скорость
химической реакции. Оформление на доске может выглядеть следующим образом
(презентация):
Опыт №1. Реакции соляной кислоты с металлами.
Запись:
Химическая
реакция
|
Фактор,
определяющий скорость
|
Сущность
|
|
природа
реагента (металла)
|
строение
реагента (металла)
|
Объяснение преподавателя: Опыт №2. Возьмем два химических стакана с
приготовленными растворами тиосульфата натрия Na2S2O3. В первом – раствор тиосульфата натрия,
концентрацией с1. Во втором – тот же раствор, концентрацией с2=0,5с1.
приливаем к первому стаканчику разбавленный раствор H2SO4 (в пропорции 1:1).
Отмечаем время выпадения осадка
(момент помутнения). Ко второму стаканчику аналогично приливаем раствор H2SO4.
Записываем результаты времени
выпадения осадка τ1, τ2.
Проблема: Учитель ставит проблему: какой фактор оказывает
влияние на скорость, и какова его сущность?
Ученики отвечают исходя из
опыта: в данном случае фактор – это концентрация реагирующего вещества.
Сущность – повышение концентрации влечет рост числа молекул и увеличение числа
соударений между ними. Число соударений тем больше, чем выше концентрация
реагентов.
Оформление на доске может
выглядеть следующим образом:
Опыт №2. Взаимодействие тиосульфата натрия
различных концентраций с серной кислотой.
Запись:
Химическая
реакция
|
Фактор,
определяющий скорость
|
Сущность
|
I вариант с()=1 → 15 секунд
II вариант с()=0,5 → 30 секунд
|
Концентрация
реагентов
|
Увеличение
числа соударений реагирующих частиц
|
Математическое выражение
зависимости. Закон Гульдберга и Вааге (Норвегия, 1867
г.). Для реакции вида А+В=С (концентрацию обозначим как [A] и
[В]) можно записать: v=k[A][B], где k – коэффициент пропорциональности или
константа скорости данной химической реакции, зависящая от природы вещества и
температуры, но не зависящая от концентрации; [А] и [В] – равновесные
концентрации веществ А и В.
Формулировка закона: при
постоянной температуре скорость химической реакции пропорциональна произведению
концентрации реагирующих веществ.
Для реакции типа 2NO+O2=2NO2 справедлива запись: v=k[NO]2[O2], применим это уравнение к нашей реакции:
Запись: v=k[Na2S2O3][H2SO4]
Мы условились, что в первом
случае концентрация исходных веществ равна единице, следовательно, v1=k[1][1]=k1 (константа скорости равна самой скорости).
Во втором случае: v2=k[0,5][1]=k0,5. Поделив выражение 1 на выражение 2,
получим 1/0,5=2. Этим объясняется разница во времени первой и второй реакциями.
Данное уравнение применимо только для простейших гомогенных систем (об этом
подробнее на следующем уроке).
Объяснение преподавателя: Опыт №3. Берем две пробирки под номерами 1 и
2. В первую пробирку помещаем немного порошка цинка. Во вторую пробирку 1-2
гранулы цинка. Приливаем к обеим пробиркам равные объемы соляной кислоты.
Наблюдаем:
Вопрос:
Наблюдение:
Проблема: Учитель ставит проблему: «Какой фактор оказывает
влияние на скорость и какова его сущность?».
Ученики отвечают исходя из
опыта, что в данном случае фактор – площадь соприкосновения реагента (металла).
Сущность – увеличение числа соударений.
Оформление на доске может
выглядеть следующим образом:
Химическая
реакция
|
Фактор,
определяющий скорость
|
Сущность
|
|
Площадь
соприкосновения веществ
|
Увеличение
числа соударений реагирующих частиц
|
Объяснение преподавателя: Опыт №4 (мысленно). Представим реакцию в
газовой фазе:
N2 +
3H22NH3 + Q
Учитель ставит проблему: «Какой
фактор будет оказывать влияние на скорость в данной реакции, и какова его
сущность?».
Проблема: Ученики отвечают исходя из РАССУЖДЕНИЙ, что в
данном случае фактор – может быть увеличение давления
(концентрации). Сущность – увеличение числа соударений.
Оформление на доске может
выглядеть следующим образом:
Химическая
реакция
|
Фактор,
определяющий скорость
|
Сущность
|
|
Увеличение
давления (концентрации)
|
Увеличение
числа соударений
|
Объяснение преподавателя:
Опыт №5. Берем два химических стакана с одинаковыми
растворами Na2S2O3. К первому приливаем разбавленную серную кислоту. Второй раствор
подогреваем на 10 0С выше комнатной температуры и приливаем равный
объем разбавленной серной кислоты. Наблюдаем:
Вопрос
Наблюдение:
Проблема: Учитель ставит проблему: «Какой фактор оказывает
влияние на скорость реакции и какова его сущность?».
Ученики отвечают исходя из
опыта, что в данном случае фактор – увеличение температуры. Сущность – в
результате увеличения температуры увеличивается число активных молекул.
Запись: Оформление на доске может выглядеть следующим
образом:
Химическая реакция
|
Фактор, определяющий скорость
|
Сущность
|
|
Увеличение температуры
|
Увеличивается число активных молекул
|
Зависимость скорости реакции от
температуры. Правило Вант-Гоффа.
Объяснение преподавателя: Определение: при повышении температуры
на каждые 100С скорость большинства химических
реакций возрастает
в 2-4 раза.
, где γ
– температурный коэффициент, показывающий во сколько раз увеличивается скорость
реакции с повышением температуры на каждые 100С, t2 – конечная температура, t1 – начальная температура.
Опыт №6. В трех пронумерованных
пробирках содержится порошок Al (Zn). В первую пробирку ничего не добавляем. Во
вторую добавляем немного порошка меди. В третью пробирку добавляем немного
формалина.
Проблема: Учитель ставит проблему: «Возможно ли влияние меди и
формалина на скорость реакции Al с HCl, если эти вещества сами по себе с соляной
кислотой не реагируют?».
Учащиеся, вероятнее всего, не
смогут ответить на этот вопрос.
Учитель предлагает проверить
это.
Вопрос: Наблюдаем:
В данной реакции медь и
формалин – вещества, изменяющие скорость реакции. Такие вещества называются
катализаторами. Катализаторы в реакции не расходуются и в продукты реакции не
входят. Одни катализаторы ускоряют реакцию – положительный катализ (или просто
катализ), другие замедляют – отрицательный катализ (такие вещества называют
ингибиторами). Более подробно с катализаторами мы познакомимся на следующем
уроке.
Оформление на доске может
выглядеть следующим образом:
Химическая реакция
|
Фактор, определяющий скорость
|
Сущность
|
|
Присутствие катализатора
|
Катализатор влияет на скорость химических реакций
|
Закрепление. Учитель с учениками повторяет по итогам проведенных опытов факторы,
влияющие на скорость реакций, и их сущность. Учащиеся у доски с помощью учителя
решают задачи.
Студенты у доски: Задача №1. Исходная концентрация одного из
реагирующих веществ составляет 1 моль/л. Через 4 секунды от начала реакции она
составила 0,6 моль/л. Найдите скорость этой реакции.
Решение: (1-0,6)/4=0,1 моль/.
Задача №2. Реакция при
температуре 500С протекает за 2 мин., 15 с. За сколько времени
закончится данная реакция при температуре 700С, если γ=3.
Решение: t2=700С, t1=500С; , следовательно,
скорость реакции увеличивается в 9 раз, и завершается за .
Итог урока: на сегодняшнем
уроке мы познакомились с понятием скорости химической реакции, с факторами,
влияющими на скорость реакций, посмотрели химические реакции, протекающие с
различными скоростями, научились решать задачи по теме.
Запись: Домашнее задание: §13; вопросы и задания после
параграфа.
Контроль и учет знаний учащихся (компьютерное
тестирование)
Предлагаем следующий вариант тестовых заданий.
1. Единицей измерения скорости реакции может
быть:
а) моль/(); б)
моль/ч; в) г/(); г) м/().
2. Скорость химической реакции определяется
уравнением:
а) ; б) ; в) ; г) .
3. Скорость реакции повышается при нагревании
и увеличении концентрации реагирующих веществ. Эти правила выполняются:
а) чаще всего; б) всегда; в) при повышении
давления; г) при нормальных условиях.
4. Скорость гетерогенной химической реакции
при увеличении поверхности реагирующих веществ:
а) не изменяется; б) незначительно изменяется;
в) возрастает; г) снижается.
5. При одновременном повышении температуры на
10 0С и уменьшении концентрации одного из веществ в три раза
скорость гомогенной реакции, вероятнее всего:
а) вначале возрастает, затем уменьшается; б)
возрастает; в) уменьшается; г) не изменится.
6. В каком ряду химические знаки расположены в
порядке снижения скорости реакций этих веществ с соляной кислотой?
а) Na, Mg,
Zn, Fe, Cu; б) Mg, Na, Fe, Zn, Cu;
в) Na, Mg,
Fe, Cu, Zn; г) Mg, Na, Zn, Cu, Fe.
7. Какие два вещества будут реагировать между
собой с большей скоростью при прочих равных условиях?
а) Zn и H2SO4; б) H2SO4 и Mg; в) H2SO4 и Fe; г) Pb и H2SO4.
8. Вычислите среднюю скорость химической
реакции А + В = 2С, если начальная концентрация А = 0,25 моль/л, а через 20
секунд – 0,10 моль/л:
а) 0,30; б) ; в) ; г) 0,15.
9. При 60 0С скорость реакции равна
2 моль/(). Вычислите скорость этой реакции при 20 0С,
если температурный коэффициент равен 2:
а) 0,125; б) 0,120; в) 0,040; г) 1,00.
10. Скорость реальных процессов и реакций
зависит от совокупности воздействия нескольких факторов. Сделайте
предположение, где будет быстрее корродировать (ржаветь) железо:
а) в квартире; б) в пустыне; в) в джунглях; г)
на солнечной поверхности Луны; д) на вершине Эвереста; е) в Антарктиде.
11. Температурный коэффициент реакции равен 3.
Начальная скорость реакции равна 4 моль/().
Какова будет скорость этой реакции при повышении температуры на 40 0С?
а) 120; б) 480; в) 240; г) 324.
12. Гомогенная реакция с участием газов
отвечает уравнению А + 2В = С. Как увеличится ее скорость, если концентрация
вещества В увеличить в два раза; давление увеличить в три раза?
а) в 4 и 9 раз; б) в 4 и 27 раз; в) в 3 и 18
раз; г) в 8 и 9 раз.
13. Как изменится скорость реакции между
азотом и водородом, если вначале увеличить давление, а затем повысить
температуру?
а) вначале возрастет, затем уменьшится; б)
возрастет; в) уменьшится; г) вначале уменьшится, затем возрастет.
14. Известно, что скорость гетерогенной
реакции зависит от поверхности реагирующих веществ. Как изменится объем
выделившегося ацетилена, если кусочек карбида кальция массой 10
г разбить на 100 частей?
а) возрастет примерно в 10 раз; б) возрастет
примерно в 100 раз;
в) не изменится; г) увеличится примерно в 1000
раз.
15. Катализатор – вещество, которое:
а) увеличивает скорость реакции; б) изменяет
скорость реакции, формально не участвуя в ней; в) вначале увеличивает скорость
химической реакции, затем уменьшает ее; г) замедляет скорость реакции.
16. Катализаторы изменяют скорость химических
реакций в связи с тем, что изменяется:
а)
температура; б) концентрация веществ;
в) число столкновений молекул; г) другая
причина.
17. Гомогенная реакция с участием газообразных
веществ описывается уравнением 2А + Б 2С + Q. В какую сторону сместится равновесие, если
давление повысить; температуру повысить?
а) вправо, влево; б) вправо, вправо; в) влево,
вправо; г) влево, влево.
18. В какую сторону сместится равновесие в
реакции
2Атв + Бж 2Сг + Дж + Q, если
давление повысить; температуру понизить?
а) влево, влево; б) влево, вправо; в) вправо,
влево; г) вправо, вправо.
19. Как влияют катализаторы на смещение
химического равновесия?
а) влияют, но слабо; б) увеличивают выход
продукта; в) не влияют;
г) положительные катализаторы смещают
равновесие вправо, а ингибиторы влево.
20. Дополнительная энергия, которую необходимо
передать реагирующим частицам для того, чтобы между ними началось химическое
взаимодействие:
а) термический эффект; б) теплота реакции; в)
энергия связи; г) энергия активации.
21. При повышении давления в 2 раза скорость
химической реакции
2SO2(г.) + O2(г.)2SO3(г.) увеличится:
а) в 2 раза; б) в 4 раза; в) в 6 раз; г) в 8
раз.
22. При повышении температуры на 20 0С
скорость реакции увеличилась в 16 раз, следовательно температурный коэффициент
реакции равен:
а) 2; б) 4; в) 8; г) 32.
23. При понижении давления в 3 раза скорость
реакции
N2(г.) + 3H2(г.)2NH3(г.) уменьшится:
а) в 3 раза; б) в 9 раз; в) в 27 раз; г) в 81
раз.
24. Скорость газовой реакции А + 3ВАВ3 увеличится в
1000 раз при увеличении концентрации вещества В:
а) в 5 раз; б) в 10 раз; в) в 15 раз; г) в 20
раз.
25. При увеличении давления в 5 раз скорость
газовой реакции
А + 3ВАВ3 увеличится в:
а) в 225 раз; б) в 525 раз; в) в 625 раз; г)
1025 раз.
26. Участки катализатора на которых
осуществляется химическая реакция это:
а) активные центры; б) ингибиторы; в)
ферменты; г) активированный комплекс.
27. Гетерогенный катализ это каталитический
процесс, осуществляемый в системе представленной:
а) одной фазой; б) двумя фазами; в) тремя
фазами; г) двумя и более фазами.
28. Исходная концентрация одного из реагентов
составляет 1 моль/л. Через 4 секунды от начала реакции она составила 0,6
моль/л. Скорость этой реакции:
а) 0,1 моль/; б)
0,2 моль/; в) 0,3 моль/; г)
0,4 моль/.
29. Реакция при температуре 500С
протекает за 2 мин. За сколько времени закончится данная реакция при
температуре 700С, если γ=3?
а) 15 с; б) 30 с; в) 45 с; г) 60 с.
30. Во сколько раз увеличится скорость реакции
при повышении температуры с 30 0С до 70 0С, если
температурный коэффициент равен 2?
а) 16 раз; б) 32 раз; в) 15 раз; г) 64 раз.
Вопросы и задания
1.
Место темы в курсе химии.
2.
Значение темы в курсе
химии.
3.
Основные понятия темы.
4.
Химический эксперимент и
его методика.
5.
Основные методические
приемы при изучении темы.
6.
Ответьте на вопросы
тестового задания.
7.
Проведите анализ урока и
текста лекции в целом и выскажите свои суждения по их содержанию.
8.
Проанализируйте и решите
тестовые задания.
9.
Рассмотрите презентацию к
уроку и выскажите свое мнение о ней.
Заключение
Методическая разработка актуальна и имеет практическую
значимость. Актуальность данной методической разработки – занимает ключевые
позиции, наряду с другими, поскольку позволяет понять механизмы и сущность
протекания тех или иных химических процессов. Изучение темы помогает студентам
учиться абстрактно мыслить, поскольку сущность некоторых явлений нельзя
показать на конкретных примерах. В связи с этим, при изучении темы необходимо
активно привлекать проблему и химический эксперимент, поскольку такая
постановка материала позволит студентам продуктивнее мыслить, лучше понимать
сущность изучаемых явлений.
Объяснение понятий зависимости скорости
реакций от катализатора приводится на основе теории активированного комплекса.
Эта теория в сочетании с кинетической теорией молекулярного движения позволяет
понять, как влияют на скорость различные факторы (концентрация, температура,
катализатор и др.). Эти представления позволяют не только связать между собой
ранее изученные теории, но и создают основу для последующего рассмотрения
равновесий в химических системах.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.