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

Разработка урока по химии по теме:

«Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химической реакции»

Учитель МБОУ «Гимназия» Вебер С.В.

Класс 11

Тип урока: урок развития знаний, умений, навыков 

Технологии: проблемного обучения при проведении практических и лабораторных работ на уроках химии, ИКТ

Цель урока: усвоение умений самостоятельно в комплексе применять знания, умения, навыки, осуществлять их перенос в новые условия.

Задачи урока:

·         образовательные – рассмотреть, как изменяется скорость реакции в зависимости от условий ее проведения; подвести учащихся к пониманию закономерностей, с помощью которых можно управлять химическими реакциями;

·         воспитательные - продолжить формирование мировоззренческих понятий: причинно-следственные связи и познаваемость мира; воспитывать у учащихся интерес к учению, стремление добиваться успехов за счет добросовестного отношения к своему труду;

·         развивающие – в процессе выполнения лабораторных опытов продолжить развитие мыслительных умений: анализировать, сравнивать и делать выводы.

Оборудование и реактивы: 

учебник «Химия 11класс», Г.Н.Рудзитис, Ф.Г.Фельдман; учебное электронное издание «Химия (8-11 класс) Виртуальная лаборатория» 2013год, персональный компьютер, проектор, справочная литература (Большая химическая энциклопедия),

10%-ый раствор НCl, 10%-ый раствор H₂SO₄, Mg (порошок), Zn (опилки, гранулы и порошок), Fe (порошок), CuO (порошок), дистиллированная вода;  3% раствор перекиси водорода, MnO₂ (порошок), детергент (растворенный стиральный порошок), спиртовка, пробирки, пробиркодержатель, спички, лучина, кипящая водяная баня.

Этапы, включенные в ход  урока по проблемной технологии.

1.      Подготовка к восприятию  проблемы. Актуализация знаний.

2.      Создание проблемной ситуации. Установка к действию.

3.      Формулирование проблемы.

4.      Процесс  решения проблемы (выдвижение гипотез, выбор одной верной).

5.      Доказательство правильности избранного решения, подтверждение его на практике.

Ход урока: 

I.  Организация начала занятия

II. Подготовка к основному этапу занятия

III. Конкретизация знаний, закрепление способов действий, систематизация знаний о закономерностях, с помощью которых можно управлять химическими реакциями.

IV. Подведение итогов занятия, информация о домашнем задании

I. Организация начала занятия

Задача этапа: подготовить учащихся к работе на занятии.

Учитель приветствует учащихся.

 Учитель: понятие «скорость химической реакции» охватывает всю нашу жизнь: с разной скоростью идут в организме обменные процессы, варится пища, портятся продукты питания, окисляются металлы, растворяются вещества и т.д. Сегодня мы продолжим изучение темы «Скорость химической реакции» и выясним, может ли человек, обладая определенными знаниями, управлять химической реакцией.

II. Подготовка к основному этапу занятия

Задачи этапа: актуализация опорных знаний и умений, обеспечение мотивации и принятия учащимися цели урока (первоначальные знания о скорости химических реакций изучались в курсе химии 9 класса).

Актуализация знаний учащихся

Учитель организует фронтальную беседу.

Учитель: вы повторили материал 9 класса.

Вопрос 1: что изучает химическая кинетика?

Предполагаемый ответ: химическая кинетика – наука о закономерностях протекания химических реакций во времени.

Вопрос 2: на какие две группы можно разделить реакции в зависимости от состояния химических веществ?

Предполагаемый ответ: если химические реакции происходят в однородной среде, например в растворе или газовой фазе, их называют гомогенными. А если реакция идет между веществами, находящимися в разных агрегатных состояниях, их называют гетерогенными.

Учащиеся приводят примеры таких реакций

Презентация (слайд) – формула и определение для нахождения скорости гомогенной реакции (учащиеся записывают в тетрадь). Скорость гомогенной реакции определяется как изменение количества вещества в единицу времени в единице объема:

— изменение числа молей одного из веществ (чаще всего исходного, ко может быть и продукта реакции);
— интервал времени (с, мин);
— объем газа или раствора (л).

Поскольку отношение количества веществ к объему представляет собой молярную концентрацию, то

Скорость химической реакции - это изменение молярной концентрации одного из участвующих в реакции веществ в единицу времени:

v = c/t [моль/литр*сек]

Презентация (слайд) – формула и определение для нахождения скорости гетерогенной реакции (учащиеся записывают в тетрадь).

Скорость гетерогенной химической реакции равна изменению количества любого исходного вещества в единицу времени на единицу площади поверхности раздела фаз

.

 «Факторы, влияющие на скорость химической реакции».

 Цель экспериментальной работы: провести эксперимент, показывающий зависимость скорости химических реакций от природы реагирующих веществ, концентрации и температуры

Форма проведения эксперимента: фронтальная (демонстрационный эксперимент), и/или эксперимент на лабораторной работе. Учащимся предлагаются задания. На основе результатов эксперимента они делают выводы о влиянии разных факторов на скорость химической реакции.

Ход работы:

Опыт №1. Зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ

До проведения опыта 1 учитель не должен акцентировать внимания учащихся на теме «Ряд активности металлов», необходимо проверить остаточные знания путём создания проблемной ситуации.

Инструкция по проведению опытов: В три пробирки (подписанные, под номерами) прилить по 3 мл раствора НCl и внести в каждую из пробирок навески опилок одинаковой массы: в первую - Mg, во вторую - Zn, в третью - Fe;

Наблюдения: что химическая реакция идет во всех трех пробирках с выделением газа.

Уравнения реакций:

Mg + 2НCl > MgCl₂ + Н₂↑ (очень бурно)

Zn + 2НCl > ZnCl₂ + Н₂↑ (бурно)

Fe + 2НCl > FeCl₂ + Н₂↑ (медленно)

Проблема:

Учитель: массы взятых веществ навесок твёрдых веществ, концентрация соляной кислоты, условия проведения реакции одинаковы, но при этом интенсивность проходящих процессов (скорость выделения водорода) различна?

Обсуждение проблемной ситуации:

Учащиеся: мы брали разные металлы.

Учитель: все вещества состоят из атомов химических элементов. Чем отличаются химические элементы согласно знанию вами Периодического закона и Периодической системы Д. И. Менделеева?

Учащиеся: Порядковым номером, положением в Периодической системе Д. И. Менделеева, то есть они имеют различное электронное строение, а следовательно простые вещества образованные этими атомами имеют различные свойства.

Учитель: то есть эти вещества имеют различную природу. Таким образом, скорость химической реакции будет зависеть от природы того или иного реагирующего вещества, т. к. они имеют различное строение и свойства.Уравнение

Вывод:

Учащиеся: Скорость химической реакции будет зависеть от природы реагирующих веществ: чем активнее металл (вещество), тем выше скорость химической реакции. Ссылаются на ряд активности металлов.

Опыт №2. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ.

Объяснение учителя.Теория

Влияние  концентрации (закон действующих масс)-

1867 год- К.Гульдберг, П.Вааге; 1865 год- Н.И. Бекетов. «Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их коэффициентам в уравнении реакции».

По закону действующих масс скорость химической реакции

аА+bB=сС

 может быть определена по формуле

V=kСA^aСB^b

V= k C_A C _B  /для уравнения A + B = AB/ - уравнение 1 порядка: коэффициенты = 1

N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃ - уравнение 2-3 порядка: коэффициенты> 1

Vр-ии = k∙C _N2 ∙ C _H2³ (кинетическое уравнение)

S + O₂ = SO²

Vр-ии = k∙C _O2 (кинетическое уравнение)

k-коэффициент пропорциональности

Закон действующих масс не учитывает концентрации реагирующих веществ, находящихся в твёрдом состоянии, так как они реагируют на поверхности и их концентрации обычно являются постоянными!

Инструкция по проведению опытов: В три пробирки (пронумерованные) прилить раствор10% НCl: в первую - 3 мл; во вторую - 2 мл; в третью - 1 мл. Затем во вторую и третью добавить по 1 мл и 2 мл дистиллированной воды соответственно (тем самым разбавляем раствор). В каждую из пробирок опустить по грануле Zn (примерно одинакового размера).

Наблюдения: химическая реакция идет во всех трех пробирках, но с разной скоростью.

Уравнение реакции:

а) Zn + 2НCl > ZnCl₂ + Н₂↑

10%-ый р –р HCI – бурно

б) разбавленный р –р - медленно

в) очень разбавленный р –р очень медленно

Проблема: природа всех реагирующих веществ, условия проведения опыта одинаковы, однако интенсивность проходящих процессов (скорость выделения водорода) различна. Почему?

Обсуждение проблемы:

Учащиеся: При добавлении воды, мы изменили (уменьшили) концентрацию соляной кислоты во второй и третьей пробирках, при этом интенсивность выделения водорода уменьшалась.

Учитель: Почему?

Учащиеся: выдвигают гипотезы, в т.ч.: скорость реакции увеличивается, т.к. чем выше концентрация веществ, тем больше число частиц в растворе, тем больше число столкновений.

Вывод:

Учащиеся: Скорость химической реакции будет зависеть от концентрации реагирующих веществ: чем больше концентрация реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции.

Опыт №3. Зависимость скорости химической реакции от температуры

Инструкция по проведению опытов: В три пробирки (под номерами) налить по 3 мл раствора Н2SO4 (одинаковой концентрации). В каждую поместить навеску CuO (II) (порошок). Первую пробирку оставить в штативе; вторую - опустить в водяную баню; третью - нагреть в пламени спиртовки.

Наблюдения: в первой пробирке очень медленно и практически незаметно, во второй - с небольшой скоростью, а в третьей - очень быстро.

Проблемная ситуация. Выдвижение гипотез.

Уравнение реакции:

CuO + Н₂SO₄ > CuSO₄ + Н₂О

Синий раствор

·         без нагревания очень медленно

·         с горячей водой медленно

·         при кипячении быстро

Учитель: синюю окраску раствору придали гидратированные ионы меди.

Проблемная ситуация. Выдвижение гипотез.

Учитель: все взятые для эксперимента вещества имеют одинаковую природу, масса взятого порошка CuO и концентрация серной кислоты также одинаковы, однако скорость реакции разная.

Обсуждение:

Учащиеся: Значит, при изменении температуры увеличивается скорость движения частиц реагирующих веществ, а значит число столкновений.

Учитель: Значит ли это, что при повышении температуры будет увеличиваться скорость всех химических реакций?

Учащиеся: Нет. Некоторые реакции идут при очень низких и даже минусовых температурах.

Вывод:

Учащиеся: Следовательно, любое изменение температуры на несколько градусов будет в разы изменять скорость химической реакции.

Учитель: Практически так звучит закон Вант-Гоффа, который будет здесь действовать: При изменении температуры реакции на каждые 10^OС скорость химической реакции изменяется (увеличивается или уменьшается) в 2-4 раза (слайд).

Опыт №4. Зависимость скорости химической реакции от площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ.

Инструкция по проведению опытов: В три пробирки (под номерами) прилить по 2 мл раствора HCl, и добавить в первую - гранулу Zn, во вторую - стружку Zn, в третью - порошок Zn (одинаковые по массе).

Наблюдения: химическая реакция идет во всех трех пробирках (выделение газа), но с разной интенсивностью.

Уравнение реакции:

Zn + 2НCl > ZnCl₂ + Н₂↑

·         гранулы медленно

·         стружка - скорость возрастает

·         порошок - бурно

Проблема:

Учитель: все вещества одинаковы по своей химической природе, одинаковы по массе и концентрации, реагируют при одинаковой температуре, однако интенсивность выделения водорода (а, следовательно, и скорость) разная.

Обсуждение:

Учащиеся: Одинаковые по массе гранулы Zn, стружки Zn и пыль Zn, имеют разные занимаемые объемы в пробирке, разную степень измельчения. Там где эта степень измельчения наибольшая - скорость выделения водорода максимальна.

Учитель: эта характеристика - площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ. В нашем случае различна площадь поверхности соприкосновения цинка с раствором Н₂SO₄.

Вывод:

Учащиеся: Скорость химической реакции зависит от площади соприкосновения реагирующих веществ: чем больше площадь соприкосновения реагирующих веществ (степень измельчения), тем больше скорость реакции.

Учитель: такая зависимость наблюдается не всегда: так для некоторых гетерогенных реакций, например, в системе Твердое вещество - Газ, при очень высоких температурах (более 500 ⁰С) сильно измельчённые (до порошка) вещества способны спекаться, тем самым площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ уменьшается.

Опыт№5: изучить влияние катализатора на скорость химической реакции

Опыт №5. Зависимость скорости химической реакции от катализатора

Следует повторить понятие реагент в химической реакции, что бы потом учащийся смог дифференцировать реагент и катализатор в конкретной реакции.

Учитель: что называется катализаторами, катализом?

Учащиеся: катализаторы – это вещества, которые ускоряют химические реакции, но сами при этом не расходуются. Катализаторы способны изменять природу реагирующего вещества (его энергию активации).

 Катализ – процесс с использованием катализатора.

Учитель: как вы считаете, что такое отрицательный катализ?

Обсуждение. Предполагаемый ответ учащихся: это процесс с использованием ингибиторов – веществ, замедляющих скорость химической реакции.

В пробирку  прилить 3%-ый раствор перекиси водорода внести порошок оксида марганца (IV) .

Наблюдения: химическая реакция проходит очень бурно и сопровождается выделением газа

Учитель: Какой это газ? Водород или кислород? Как доказать выделение каждого из газов?

Ученики: внесём тлеющую лучину.

Наблюдения: лучина вспыхивает

Ученики: следовательно, это кислород

Уравнение реакции:

2Н₂О₂ → 2Н₂О + О₂↑

Обсудить с учащимися условия хранения, используемого в быту как бактерицидное средство, вещества - перекиси водорода. Обратить внимание на то, что особенно на свету она разлагается на воду и кислород, который в момент образования обладает сильными окислительными свойствами. По этой причине перекись водорода хранят в герметичных тёмных склянках.

Учитель: Давайте подведем итоги и сделаем выводы. От чего будет зависеть скорость химической реакции?

Учащиеся:

- от природы реагирующих веществ;

- от их концентрации;

- от температуры реакции;

- от площади соприкосновения реагирующих веществ;

- от катализатора.

Р.S. Результаты наблюдений, уравнения химических реакций учащиеся записываю в таблицу.

Факторы, влияющие на скорость химических реакций	Уравнения реакций	Наблюдения в ходе эксперимента

Домашнее задание. Параграф № 12,вопросы и упражнения стр.62 №2,3; задачи№1,2

Рефлексия:

Ребята по кругу высказываются одним предложением, выбирая начало фразы из рефлексивного экрана на доске:

сегодня я узнал…

было интересно…

было трудно…

я выполнял задания…

я понял, что…

теперь я могу…

я научился…

я смог…

меня удивило…

урок дал мне для жизни…

Литература

1.Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. «Химия 10: органическая химия (Учебник для 10 класса средней школы)», Просвещение – Москва, 2012

2.«Репетитор по химии (издание 15-ое)», под редакцией Егорова А. С., Феникс – Ростов-на-Дону, 2012

  3. Электронные учебные пособия: Химия (8–11-й класс). Виртуальная лаборатория. – Лаборатория систем мультимедиа, МарГТУ, 2011