Урок в 11 классе по теме «Обратимость химических реакций. Химическое равновесие»

Урок  в 11 классе

по теме

«Обратимость  химических реакций.

Химическое равновесие»

Тип урока: Приобретение  новых знаний.

Вид урока: Беседа с лабораторной работой в виртуальной лаборатории.

Цели урока:    

Обучающие:

§  изучить один из важнейших принципов  химической кинетики -  
принцип Ле Шателье;

§  повторить и обобщить знания о состоянии химического равновесия и условиях его смещения.

Развивающие:

§  развивать умения учащихся  проводить лабораторные   опыты с помощью виртуальной лаборатории, используя персональный компьютер;

§  продолжать формирование умения самостоятельно и   мотивированно организовывать познавательную деятельность;

§  развивать умение формулировать гипотезы и проводить их опытную проверку;

§  продолжать развивать внимание и воображение;

§  формировать общеучебные  умения:
а) выбирать критерии для сравнения, сопоставления и оценки изучаемого объекта;
б) умение развернуто обосновывать суждения;
в) давать определения; 
г) приводить доказательства.

Воспитательные:

§  формирование научного мировоззрения учащихся;

§  формирование у школьников  мотивации к самоуправлению учебно-познавательной деятельностью.

Методы и методические приемы:

§  фронтальный опрос;

§  лабораторная работа в виртуальной лаборатории;

§  самостоятельная работа с тестами;

§  самоанализ, самооценка.

Оборудование:

§  учебное электронное издание «Химия (8-11 класс)».
Виртуальная лаборатория. – МарГТУ: лаборатории систем мультимедиа, 2004.

Ход  урока

I.      Оргмомент:
приветствие, проверка работы компьютеров, наличия тетрадей, ручек.

II.      Вводное слово учителя.

Мы изучаем большую главу «Химические реакции». Часть знаний получили в основной школе, в 9 классе. Эти знания необходимо повторить и привести в систему.

На предыдущих уроках  мы рассмотрели реакции, идущие без изменения состава вещества: это реакции перехода из одного аллотропного видоизменения в другое, а также реакции изомеризации, и реакции, идущие с изменением состава веществ, которые классифицируются по разным признакам.

На  предыдущем уроке мы изучали важнейшее понятие химической кинетики – скорость химической реакции и влияние на нее различных факторов.

Сегодня нам предстоит изучить обратимые реакции, химическое равновесие и условия  его смещения.

Запишите тему урока «Обратимость химических реакций. Химическое равновесие»

Для того, чтобы успешно усвоить изучаемую тему, нам нужно вспомнить знания, полученные на предыдущих уроках.

III.      Фронтальный опрос по предыдущим темам:

Учитель:      Что такое скорость химических реакций?

Ученик:         Понятие скорость химической реакции, используют, чтобы характеризовать быстроту течения химической реакции. Под скоростью химической реакции понимают изменение концентрации в единицу времени.

Учитель:      От каких факторов зависит скорость химических реакций?

Ученик:        Скорость химических реакций зависит от природы реагирующих веществ, температуры, концентрации реагирующих веществ, давления, действия катализатора, величины площади поверхности соприкосновения реагентов.                         

Учитель:      Какие реакции называют  а) необратимыми, б) обратимыми?

Ученик:        Необратимые реакции идут только в одном направлении и  сопровождаются образованием веществ, уходящих из зоны реакции.

Обратимыми называют реакции, которые одновременно протекают в прямом и обратном направлениях.

Учитель:      Какие реакции относятся к необратимым?

Ученик:        Необратимыми являются реакции горения, реакции ионного обмена с образованием осадка, выделением газа, образованием очень слабого электролита (например, воды).

Учитель:      Какие две реакции протекают в обратимом процессе?

Ученик:        В обратимых реакциях одновременно протекают прямая и обратная

реакции.

Учитель:      Какая реакция будет называться прямой, какая обратной?

Ученик:        Реакция, которая  протекает в направлении слева направо,

называется прямой, а реакция, которая идет в направлении справа налево  - обратная.

Учитель:      Как вы думаете, каких реакций больше в природе?

Ученик:        Обратимых реакций больше, т.к. при определенных условиях необратимая реакция может стать обратимой.

Учитель:      Итак, обратимыми называют реакции, которые одновременно протекают в двух взаимно противоположных  направлениях.

В обратимых реакциях с течением времени изменяются скорости прямой и обратной реакции.

Учитель:      Как вы считаете, почему они будут изменяться?

Ученик:        В начале реакции концентрации исходных веществ будут большими,  скорость прямой реакции велика. С течением времени вещества будут расходоваться, их концентрации уменьшаться, скорость прямой реакции станет меньше, по сравнению с первоначальной. Концентрации продуктов реакции с течением времени будут увеличиваться, следовательно, будет возрастать и скорость обратной реакции.  

IV.      Изучение нового учебного материала.

Учитель:     При уменьшении скорости прямой реакции и увеличении скорости обратной реакции наступает момент, когда эти скорости станут равными.

Состояние системы, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции, называется химическим равновесием.

Химическое равновесие имеет характерную особенность – оно динамическое, т.е. подвижное.

Это означает, что прямая и обратная реакции продолжают протекать, но так как скорости их равны, то концентрации всех реагирующих веществ в системе остаются постоянными, эти концентрации называются равновесными, они сохраняются при постоянных внешних условиях.

Какими внешними условиями мы можем воздействовать на равновесную систему?

Ученик:       Это концентрации реагирующих веществ, температура и давление.

Учитель:     Нам предстоит сейчас выполнить лабораторные опыты, чтобы увидеть, как происходит смещение химического равновесия при изменении внешних условий.

Учитель:      Давайте выясним, что означает «смещение химического равновесия»?

Под смещением химического равновесия понимается переход из одного равновесного состояния в другое.

Оно происходит, когда нарушается равенство скоростей прямой и обратной реакции, т.е. скорость прямой реакции больше или меньше скорости обратной.

Вам предстоит выполнить несколько опытов в виртуальной лаборатории по смещению химического равновесия с помощью различных условий.

В первом опыте будет осуществляться обратимая реакция между растворами хлорида железа (III) FeCl₃ и роданида калия KCNS. (Учитель демонстрирует эти растворы в реактивных склянках).

Учитель:      Какую окраску имеют растворы этих веществ?

Ученик:         Раствор хлорида железа (III) – бурый, роданида калия -  бесцветный.

Учитель:      Чтобы выяснить, по какому признаку будем судить о протекании химической реакции, я наливаю в пробирку немного хлорида железа (III) и добавляю к нему раствор роданида калия.

                       Как изменилась окраска?

Ученик:        Получился раствор кроваво-красного цвета.

Учитель:      Каков признак данной реакции?

Ученик:        Изменение окраски будет являться признаком данной реакции.

Учитель:      Чем интенсивнее красная окраска, тем больше будет скорость  прямой реакции, и химическое равновесие сместится вправо. При ослаблении интенсивности красной окраски будет возрастать скорость обратной реакции, и химическое равновесие сместится влево.

   А сейчас с помощью лабораторного опыта выясним, как влияет изменение концентрации реагирующих веществ на смещение химического равновесия.

Указания учителя учащимся перед выполнением лабораторной работы:

1.      Подведите курсор мыши к первой строке с названием опыта «Влияние концентрации реагентов на состояние химического равновесия».

2.      Активируйте ее нажатием левой клавишей мыши.

3.      Выполняем работу, следуя инструкции виртуального лаборанта.

4.      После окончания опыта активируем нижний значок в верхнем левом углу, переходим на первоначальную страницу.

5.     Приступаем к работе.     

Лабораторный опыт № 1.

Влияние концентрации реагентов на состояние химического равновесия.

(Все опыты проводятся с использованием электронного пособия «Виртуальная лаборатория»)

Виртуальный лаборант:

1.      В химическом стакане на 200 мл смешайте 0, 001М растворы хлорида железа (III) и роданида калия.
Что наблюдаете? (Раствор приобрел кроваво-красную окраску).

2.      Полученный раствор разделите поровну в четыре химических стакана.

3.      В один химический стакан на 100 мл добавьте концентрированный раствор хлорида железа (III).
Что наблюдаете? (Усиление окраски раствора).

4.      В другой стакан добавьте концентрированный раствор роданида калия.
Что наблюдаете? (Усиление окраски раствора).

5.      В третий стакан поместите два шпателя кристаллического хлорида калия.
Что наблюдаете? (Ослабление окраски раствора).

6.      Последний стакан остается для сравнения

7.      Сравните цвета растворов в химических стаканах.

8.      Объясните изменение цвета растворов на основании закона действия масс.

9.      Результаты эксперимента оформите в лабораторном журнале. Оформляем запись в тетради.

FeCl3	+	3KCNS	" !	Fe (CNS) 3	+	3 KCl
желтый		Бесцветный		кроваво-красный		Бесцветный

Cисх. # " Vпр. > Vобр химическое равновесие смещается вправо.

   Добавляя исходные вещества, хлорид железа (III) или роданид калия, наблюдаем потемнение окраски, что означает увеличение концентрации конечных веществ, следовательно, скорость прямой реакции стала больше скорости обратной.   

  Добавляя продукт реакции, хлорид калия, наблюдаем ослабление окраски, что указывает на уменьшение концентрации конечных веществ, следовательно, скорость обратной реакции стала больше скорости прямой реакции.

С кон. # " Vобр. > Vпр. химическое равновесие сместилось влево.

Выводы:

1.      Изменение концентрации только одного вещества приводит к изменению концентраций остальных веществ.

2.      При повышении концентрации вещества равновесие смещается в сторону реакции, в которой это вещество расходуется.

3.      При уменьшении концентрации вещества, равновесие смещается в сторону реакции, в которой это вещество образуется.

Далее мы выясним, на примере обратимой реакции превращения оксида азота (IV) NO₂ в его димер N₂O₄, как влияют на состояние химического равновесия температура и давление.       

2NO2	" !	N2O4	+	Q
бурый		бесцветный

Реакция обратимая, прямая реакция экзотермическая, сопровождается выделением тепла. Обратная – эндотермическая, сопровождается поглощением тепла.

Признаком реакции, как и в первом случае, является изменение окраски.

NO₂  –  бурый, а его димер N₂O₄ –  бесцветный.

Выясним, как влияет температура на состояние химического равновесия.

Указания учителя учащимся перед выполнением лабораторной работы:

1.      Курсором мыши активировать название второго опыта «Влияние температуры на состояние  химического равновесия».

2.      Начинаем выполнять работу, следуя указаниям виртуального лаборанта.

3.      По окончании опыта, возвращаемся на исходную страницу.     

Лабораторный опыт № 2.

Влияние температуры на состояние химического равновесия.

Виртуальный лаборант:

1.      Наполните три колбы оксидом азота(IV).

2.      Соберите прибор, изображенный на рисунке.

3.      Подготовьте один кристаллизатор с горячей водой.

4.      Второй кристаллизатор заполните охладительной смесью.

5.      Одновременно две крайние колбы опустите в приготовленные кристаллизаторы. Средняя колба служит для сравнения.
Что наблюдаете? ( В колбе, опущенной в горячую воду, окраска потемнела, а в колбе, находящейся в охладительной смеси – обесцветилась).

6.      Результаты эксперимента оформите в лабораторном журнале.

Учитель:          Вспоминаем, как классифицируются химические реакции по тепловому эффекту?

Ученик:             По тепловому эффекту реакции делятся на экзотермические, идущие с выделением тепла,  и эндотермические, сопровождающиеся поглощением тепла.

Учитель:          Записываем уравнение реакции:

2NO2	" !	N2O4	+	Q
бурый		бесцветный

Наблюдаем усиление окраски при нагревании, что указывает на смещение химического равновесия влево, в сторону эндотермической реакции, скорость обратной реакции стала больше скорости прямой реакции.

При охлаждении, наоборот, равновесие смещается в сторону прямой, т.е. экзотермической реакции.

T^о # "   Vобр. > Vпр. химическое равновесие смещается влево.

T^о $ "   Vпр. > Vобр. химическое равновесие смещается вправо.

Выводы:

1.      При понижении температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции (+Q).

2.      При повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции (-Q).

В заключительном опыте, выясним влияние давления на состояние химического равновесия. В качестве примера используем предыдущую реакцию, превращение NO₂ в N₂O₄. Признаком реакции также будет изменение окраски.

Изменение давления смещает химическое равновесие лишь в том случае, если в реакции принимают участие газообразные вещества, и она сопровождается изменением их количества. Если же количество газообразных веществ в процессе реакции не изменяется, то увеличение или уменьшение давления не влияет на состояние  равновесия такой обратимой реакции.

Давление действует на объем газообразных веществ, судить об объемах участвующих реагентов можно на основании их количественного соотношения в уравнении реакции.

2NO2	" !	N2O4	+	Q
бурый		бесцветный

Общее количество исходного газа NO₂ больше количества продукта реакции N₂O₄  в два раза, значит, изменение давления будет смещать химическое равновесие. Выясним, как смещается химическое равновесие под влиянием давления.

Указания учителя учащимся перед выполнением лабораторной работы:

1.      Курсором мыши активировать название следующего опыта «Влияние давления на состояние  химического равновесия».

2.      И как всегда следуем в выполнении работы подсказкам виртуального лаборанта.

3.      По окончании опыта выходим из виртуальной лаборатории, закрываем окно.

Лабораторный опыт № 3.

Влияние давления на состояние химического равновесия.

Виртуальный лаборант:

1.      Возьмите стеклянную трубку.

2.      Заполните толстостенную стеклянную трубку на 1\4 объема оксидом азота (IV).
Чтобы заполнить трубку газом, используйте кран.

3.      Вставьте в трубку поршень.

4.      Смешайте газ с воздухом, несколько раз перевернув трубку.

5.      Быстро сожмите смесь передвижением поршня на 4\5 длины трубки.
Что наблюдаем? (Окраска газа обесцвечивается).

6.      Быстро уменьшите давление в трубке, выдвижением поршня.
Что наблюдаете? (Окраска газа становится темнее).

7.      Результаты эксперимента оформите в лабораторном журнале.

   Разбираем процесс:

2NO2	" !	N2O4	+	Q
бурый		бесцветный

P  # "   Vпр. > Vобр. химическое равновесие смещается вправо.

P  $ "   Vобр. > Vпр. химическое равновесие смещается влево.

При увеличении давления увеличится скорость той реакции, где меньше объем участвующих в реакции веществ.

Выводы:      

1.      При повышении давления равновесие смещается в сторону той реакции, в которой образуются вещества, занимающие наименьший объем.

2.      При понижении давления равновесие смещается в сторону той реакции, в которой образуются вещества, занимающие больший объем.

V.      Вывод

Мы увидели, что в результате изменения внешних воздействий химическое равновесие нарушается, так как скорости прямой и обратной реакций становятся разными. В обратимой реакции начинает преимущественно протекать тот процесс, который опять приводит ее к состоянию равновесия, но уже отвечающему новым условиям.

Переход системы из одного равновесного состояния в другое называется смещением или сдвигом равновесия.

Принцип, который определяет изменения, происходящие в равновесной системе в результате внешних воздействий, называется принципом Ле Шателье:

Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказывается внешнее воздействие (изменяется концентрация реагирующих веществ, давление, температура), то равновесие смещается в ту сторону, которая ослабляет данное воздействие.

VI.      Закрепление

Чтобы убедиться в том, что вы хорошо усвоили изученный вопрос, предлагаю вам выполнить небольшое тестовое задание.

Указания учителя учащимся перед выполнением теста:

1.      На рабочем столе компьютера найдите папку «Тест по химии», откройте ее.

2.      К каждому вопросу есть несколько вариантов ответа, активируйте тот, который на ваш взгляд является правильным.

3.      По гиперссылке узнайте результат вашего ответа.

4.      Оцените свою работу по 10-балльной системе.

5.      Эти баллы выставим в электронный журнал рейтинговых оценок.

Итоговый тест

1.      Cостояние  химического  равновесия характеризуется:       

а)      изменением химической природы продуктов

б)      повышением температуры

в)      понижением давления

г)      постоянством концентрации веществ

2.      Какое внешнее воздействие не будет смещать равновесия:

а)      давление

б)      концентрация

в)      катализатор

г)      температура

3.      Направление смещения  химического равновесия можно определить, руководствуясь:

а)      правилом Вант-Гоффа

б)      правилом Марковникова

 в)  принципом Ле Шателье.
 г)  принципом неопределенности Гейзенберга

4.      При увеличении давления возрастает скорость реакции,  сопровождающейся:

а)      увеличением объема

б)      без изменения объема

 в)  уменьшением объема 
г)   понижением температуры

5.      Для смещения равновесия вправо в реакции, уравнение которой

 2 CO _(г)+O_{2 (г)} D2CO_{2 (г)} +Q , необходимо

а)      увеличить концентрацию CO₂

б)      увеличить давление

в)      уменьшить концентрацию CO

г)      повысить температуру

6.      Химическое равновесие системы, соответствующей уравнению

        NH₃+HCl D NH₄Cl + Q, при понижении температуры сместится в сторону   

         Образования соли, так как

а)      это реакция соединения

б)      прямая реакция идет с уменьшением объема

в)      прямая реакция экзотермическая

г)      элементы не меняют степень окисления

7.      На состояние химического равновесия в системе

           2SO₂ + O₂ D 2SO₃ + Q, не оказывает влияние:

а)      действие катализатора

б)      изменение концентрации исходных веществ

в)      изменение температуры

г)      изменение давления

8.      В ходе химической реакции между оксидом углерода (II ) и хлором по уравнению

           CO _(г)+Cl_{2 (г )} DCOCl _{2 (г)}

      скорость прямой реакции с течением времени

а)      уменьшается

б)      увеличивается

в)      не изменяется

г)      сначала уменьшается, потом остается постоянной

9.      Выберите систему, в которой повышение давления не вызовет смещения равновесия:

а)      CO_{2 (г)}+C_(ТВ.) D2CO_(г) +Q

б)      3Fe₂O_3(ТВ.) + H_2(г) D2Fe₃O_4(ТВ.) + H₂O_(г)

в)   2ZnS_(ТВ.) + 3O_2(г) D 2ZnO_(ТВ.) + 2SO_2(г)
г)   C_(ТВ.)    + 2N₂ O _(г)  D  -CO_{2 (г)}  +  2N_{2 (г)}

10. С помощью какого воздействия на равновесную систему

              2SO₂ + O₂ D 2SO₃ + Q,
          можно максимально сместить равновесие вправо?

а)      уменьшить  температуру, уменьшить давление

б)      увеличить  температуру, увеличить давление

в)      уменьшить температуру, увеличить давление

г)      увеличить температуру, уменьшить давление

            Домашнее задание
По учебнику О.С. Габриеляна «Химия-11. Базовый уровень» §16, упр. 2, 5, 6, с.142

VII.      Литература

1.      Аршанский Е.Я. Методика обучения химии в классах гуманитарного профиля. - М.: Вентана-Граф, 2003, 169 с.;

2.      Аспицкая А.Ф., Титова И.М. Проверь свои знания по химии. – М.: Вентана-Граф, 2006, 140 с.;

3.      Габриелян О.С. Химия. 11 класс. Базовый уровень. - М.: Дрофа, 2008, 223 с.;

4.      Габриелян О.С., Лысова Г.Г., Введенская А.Г. Настольная книга учителя. 11 класс. Часть 1. - М.: Дрофа, 2003, 320 с.;

5.      Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Введенская А.Г. Общая химия. В тестах, задачах, упражнениях. 11 класс. - М.: Дрофа, 2003, 303 с.;

6.      Гин А. Приемы педагогической техники. Пособие для учителя. - М.: Вита-Пресс, 2003, 88 с.