Энергетика химических процессов.

Тип урока: изучение нового материала

Вид урока: урок – исследование.

Цели урока:

• формировать систему комплексного восприятия химических процессов, как части мирового движения материи.
• привести к пониманию причины протекания химических реакций – достижение веществом более выгодного энергетического состояния.

Задачи урока:

• активизировать межпредметные связи, используя комплексный подход к рассмотрению энергетических процессов
• развивать навыки аналитического мышления
• совершенствовать навыки решения химических уравнений и задач
• формировать умение отражать химические процессы с помощью энергетических диаграмм
• воспитывать  культуру научного труда
• повышать  интерес к проблемам современной науки

Оборудование урока:

·         Мультимедийный проектор, экран, системный блок с установле­нным Office  XP ( не ниже  Windows 2000),колонки.

·         Презентация , выполненная в программе Mikrosoft Power Point XP;

·         Раздаточный материал:  карточки с   задачами, заготовки блок- схемы для систематизации полученных знаний.

·          .Набор для демонстрации опытов: магний металлический в порошке, асбестированная сетка, спички, штатив для крепления сетки, пробирка с порошком малахита, закрытая газоотводной трубкой, стаканчик с известковой водой, спиртовка, штатив для крепления пробирки.

Актуализация:

Давайте вспомним, о чем мы говорили на прошлом уроке. Какие механизмы реакции мы изучали (молекулярный, ионный, радикальный) В чем особенности молекулярного механизма? Ионного? Радикального? Посмотрим видеофрагмент. Какой механизм реализуется в этой реакции? По каким признакам вы догадались о подобном механизме? Какие эффекты реакции вы наблюдали?

Можно ли утверждать что в этой реакции выделилась энергия? В каком виде выделилась энергия?

Откуда эта энергия взялась? Где она была «спрятана»? Как рассчитать ее величину? – это ключевые вопросы нашего сегодняшнего урока.

Любое тело обладает энергией. Какие виды энергии вы знаете? А какой энергией может обладать вещество? Из чего складывается внутренняя энергия?  Внутренняя энергия – это суммарная энергия движения и взаимодействия всех частиц, входящих в вещество.

Можно ли учесть все частицы и их взаимодействие внутри вещества? Нет.

Мы не можем измерить энергию каждой частицы, но можем измерить общее изменение внутренней энергии вещества.

Чтобы понять изменение внутренней энергии вещества необходимо помнить, в чем суть химической реакции? (перегруппировка атомов)

Химические связи в исходных веществах разрушаются, и атомы соединяются по-новому. Что происходит при этом с энергией? Она понижается или повышается?

Давайте обратимся к энергетической диаграмме, которая отображает схематично процесс изменения внутренней энергии вещества в ходе реакции.

Исходные вещества находятся в устойчивом состоянии, они довольно активны, но чтобы произошел взрыв, пришлось водород поджечь, то есть сообщить дополнительную энергию. Почему?

Энергия, которую необходимо затратить, чтобы перевести вещество в активное состояние, называют энергией активации. При этом существующие химические связи разрушаются, поглощая энергию из окружающей среды.

Затем при образовании химической связи внутренняя энергия вещества  снижается, а избыток энергии выделяется в окружающую среду. Так мы наблюдаем действие закона сохранения  энергии.

Обратимся к эксперименту.  Как протекает реакция горения магния? Напишите на доске уравнение реакции.  Наблюдаете ли вы внешние эффекты? Какие особенности реакции разложения малахита? Напишите на доске реакцию разложения малахита.

Вернемся к диаграммам. На основании эксперимента давайте посмотрим, что происходило с внутренней энергией вещества. За счет чего возникло выделение энергии? – за счет разницы в энергии продуктов и исходных веществ.

Введем понятие «Тепловой эффект химической реакции» Экзо – и эндотермические реакции.  Что запишем в тетрадь? Предложите, как можно записать термохимический процесс? (+/- Q)

Где в промышленности и в быту мы можем встретиться с термохимическими процессами?

Можно ли почувствовать, что в нашем организме тоже идут энергетические процессы? Давайте попробуем повысить нашу энергию. Физкультминутка.

Величину тепловой эффекта реакции можно рассчитать, если известны  величины энергии активации и энергии образования новых химических связей. 

 Давайте научимся пользоваться термохимическими уравнениями. Комментируем  запись реакции горения магния.

2Mg + O ₂  =  2MgO  

Магний соединяется с кислородом воздуха. В результате реакции образуется оксид магния. Уравнение требует расстановки коэффициентов. Перед формулой оксида магния и перед  магнием ставим коэффициент 2.

Рассмотрите в группе реакцию разложения малахита, прокомментируйте запись и энергетическую диаграмму, которая вам предложена. Малахит разлагается при нагревании на три вещества: оксид меди с валентностью два, углекислый газ СО ₂ и воду.

(CuOH)₂ CO ₃  = 2CuO + CO₂ + H₂O

Перед оксидом меди ставим коэффициент 2

Давайте вспомним и обобщим, что нам удалось узнать, об изменении энергии. Мы смело можем отправляться в технологический тир. 

А теперь внимание – задание для самостоятельной работы. На экране демонстрация опытов: горение фосфора в хлоре и восстановление оксида меди водородом. На столах  листы с диаграммами,  на которые вам предстоит нанести данные об этих реакциях. Затем необходимо посчитать тепловые эффекты реакции и записать термохимические уравнения этих реакций. Все необходимые данные на листе- справочнике.

Проверим работу групп. Листы с диаграммами закрепляются на доске и сравниваются с диаграммами на слайдах.

Для того чтобы решить такую расчетную задачу, можно воспользоваться алгоритмом:

• составить термохимическое уравнение реакции;
• под формулами в уравнении записать количество вещества, (массу, объем для газов) одного из исходных веществ или продуктов реакции - согласно условию задачи;
• над формулами в уравнении записать количество вещества, (массу, объем для газов), одного из исходных веществ или продуктов реакции - согласно условию задачи, над значением теплового эффекта - х;
• составить пропорцию;
• решить пропорцию, определить количество теплоты, которое выделится или поглотится в процессе реакции;
• записать ответ.

Какой объем кислорода (при н.у.) выделится в результате реакции, термохимическое уравнение которой

2KClO₃ = 2KCl + 3O₂ – 91 кДж,

если на разложение бертолетовой  соли было  затрачено 182 кДж теплоты.

Ответ: объем выделившегося кислорода равен 134,4 л.

Домашнее  задание на доске: & 9 упр.3,4 после параграфа.

       Тепловой эффект реакции  Q – количество теплоты, которое поглощается или выделяется в ходе реакции.

       Чтобы вычислить числовую величину теплового эффекта находят разность между выделившейся и затраченной энергией. Тепловой эффект включается в химическое уравнение со знаком «+», если тепло выделяется (экзотермическая реакция) и со знаком

«-», если тепло поглощается (эндотермическая реакция). Его величина рассчитывается на один моль полученного или разложившегося  вещества.

                            Q =Δ E ₂  - Δ E  ₁

1.         2P + 5 Cl ₂  = 2 PCl ₅           (  +/_Q )  ?      

исходные                     2P + 5 Cl ₂ 

активное состояние   2P + 10 Cl 

продукты                      2 PCl ₅              

ΔE ₁  = 238 кДж            ΔЕ ₂  = 1568 кДж

2.   CuO + H ₂ = Cu + H₂ O   (  +/_Q )  ?      

исходные                        CuO + H ₂

активное состояние     Cu + O + 2H

продукты                        Cu + H₂ O  

ΔE ₁  = 1668 кДж            ΔЕ ₂  = 1020 кДж