Технологическая карта урока химии

Тема урока: «Учение о скорости химической реакции. Факторы, оказывающие влияние на скорость химической реакции»

Класс: 11 класс

Учитель: Екимова Людмила Павловна

Школа: МБОУ «Гимназия №8» ЭМР Саратовской области

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

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:

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:

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:

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:

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:

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:

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

2А_тв + Б_ж 2С_г + Д_ж + 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.