Главная / Химия / Формирование представлений о скорости химических реакций с использованием информационных технологий на уроках химии.

Формирование представлений о скорости химических реакций с использованием информационных технологий на уроках химии.


Удельнинская гимназия

учитель химии высшей категории,

кандидат химических наук

Губская И. А.


Формирование представлений о скорости химических реакций

с использованием информационных технологий на уроках химии.


«Химии ни в коем случае научиться невозможно, не видя самой практики и не берясь за химические операции».

М.В. Ломоносов


Перестройка высшего и среднего специального образования в стране, школьная реформа предусматривают дальнейшее совершенствование форм, методов и средств обучения, использование разнообразных технологий: технологий личностно-ориентированного обучения (ЛОО), проблемно-поисковых технологий и компьютерных технологий в том числе.

Мы, педагоги, тоже перестраиваемся. Я в своей работе стараюсь постоянно использовать новые разработки, современные образовательные технологии.

В помощь нам, педагогам и ребятам, появилось много материалов на компьютерных дисках. Их можно применять в разработке рефератов, написании курсовых работ, с их помощью учащимся можно самостоятельно работать с материалом и выполнить имеющиеся по теме работы, получить результат, а значит, учитель может легко оценить знания.

Мне информационные технологии позволяют быстро организовать обучение и проверку знаний, составлять адаптивные программы и применять их в обучении химии.

Компьютерная техника и использование компьютерных технологий сегодня выступает не только как средство автоматизации всех процессов обучения, но и как инструмент резкого повышения эффективности интеллектуальной деятельности учащихся.

Из всех возможных способов, компьютерные технологии на своих уроках, я использую с разной целью:

  • решение задач, количественные расчеты, обработка данных (имея алгоритм);

  • осуществление самоконтроля и стандартизированный контроль знаний по содержанию учебной информации (тестовые, контрольные дифференцированные задания, карты и другие опросники);

  • автоматизация химического эксперимента, соединение с оптической аппаратурой (проекции опытов на экран);

  • получение необходимых справочных данных, составление контрольных, дифференцированных работ, анализ типических ошибок учащихся (автоматизированные системы управления и информационные банки);

  • самостоятельная работа учащихся в разработке рефератов, курсовых работ, работа с материалом, выполнение проверочных работ, получая результат, осуществлять самоконтроль.

Предложенный Вашему вниманию урок посвящен теме из раздела «Химическая кинетика» - «Скорость химической реакции, зависимость ее от различных факторов». Урок соответствует программе учебника «Химия-10» авторов Л.С. Гузея, Р.П. Суровцевой. Изучению этой темы предшествовало изучение термодинамики реакций. Предложенный материал соответствует не обязательному минимуму содержания, а, прежде всего, профильному уровню обучению.

На уроке используется групповая работа, дифференцированный подход, развивающие и проблемно-поисковые технологии, а самое главное – компьютерные технологии для проведения демонстрационного эксперимента, что позволяет наглядно понять, что такое скорость химической реакции и как она зависит от различных факторов.

Цели урока:

  1. Актуализировать и углубить знания о скорости химической реакции.

  2. Используя работу в группах, рассмотреть и изучить зависимость скорости химической реакции от различных факторов: природы реагирующих веществ, площади поверхности соприкосновения веществ, температуры, катализатора.

  3. Используя компьютерный измерительный блок, наглядно продемонстрировать, что такое скорость химической реакции и как она зависит от концентрации реагирующих веществ.

Девиз урока: «Существует лишь то, что можно измерить». М.Планк или

«Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением». М.В.Ломоносов.

Оформление класса:

Заранее учитель сообщает тему предстоящего урока. Делит класс на 4 творческие группы по 5-6 человек в группе, приблизительно одинаковых по способностям, учитель работает в тесном контакте с учащимися. На предыдущем уроке ученики получают домашнее задание: подготовит сообщения о практическом применении уравнения Аррениуса и о видах катализа.

Реактивы и оборудование:

На столах учеников – учебники, тетради, таблицы, лабораторные листы.

Группа № 1: штатив с пробирками, реактивы: цинк в гранулах, магниевая лента, раствор соляной кислоты.

Группа № 2: штатив с пробирками, стеклянная палочка, реактивы: железные опилки, железный гвоздь, раствор хлорида меди (II).

Группа № 3: штатив с пробирками, пипетка, пробиркодержатель, спиртовка, спички, реактивы: оксид меди (II), раствор серной кислоты.

Группа № 4 – выполняет демонстрационный опыт на демонстрационном столе: оборудование и реактивы для исследования зависимости скорости химической реакции от концентрации исходных веществ: компьютер с измерительным блоком, датчик оптической плотности 525 нм, кювета, магнитная мешалка, шприц на 10 мл, мерный цилиндр на 100 мл; растворы иодида калия KJ 1М, персульфата калия K2S2O8 0,1М, дистиллированная вода.

Все записи по ходу урока учащиеся выполняют в своих тетрадях.



Ход урока


I. Вводное слово учителя. Мотивация важности выбранной темы.

Учитель начинает объяснение материала с примеров химических реакций, протекающих с различной скоростью. Примеры реакций могут проводить учащиеся.

Химические реакции протекают с различными скоростями, одни идут медленно, месяцами, как, например, коррозия железа или ферментация (брожение) виноградного сока, в результате которой получается вино. Другие завершаются за несколько недель, как спиртовое брожение глюкозы. Третьи заканчиваются очень быстро, например, осаждение нерастворимых солей, а некоторые протекают мгновенно, например, взрывы.

Практически мгновенно, очень быстро идут многие реакции в водных растворах:

  • смешаем водные растворы Na2CO3 и CaCl2, продукт реакции CaCO3 – нерастворим в воде, образуется немедленно;

  • к щелочному раствору фенолфталеина добавим избыток кислоты, раствор обесцвечивается мгновенно. Это означает, что реакция нейтрализации, реакция превращения окрашенной формы индикатора в бесцветную идут очень быстро.

  • Медленно образуется ржавчина на железных предметах;

  • На медных и бронзовых предметах медленно образуются продукты коррозии черно-коричневого или зеленоватого цвета (патина).


Скорость всех этих процессов разная.


II. Актуализация представлений о скорости химических реакций.


Химические реакции – одно из важнейших понятий химии. Для их понимания и грамотного использования в учебном процессе нам, учителям, необходимо знать и уметь объяснить основные характеристики любой химической реакции: тепловой эффект, равновесие, скорость.

Химическая термодинамика дает возможность предсказать, в каком направлении может самопроизвольно протекать та или иная химическая реакция, но одна химическая термодинамика не дает ответа на вопрос о том, как и с какой скоростью будет протекать реакция. Понятие о скорости химической реакции одно из основных в химической кинетике.

Для изучения нового материала ребята используют необходимые знания о скорости химической реакции, проходит этап актуализации знаний. Но это понятие углубляется понятиями скорости гомогенных и гетерогенных реакций, энергией активации, введением уравнения Аррениуса и его практического применения – это зона их ближайшего развития (см. приложение № 1 «Структура урока»).

Учитель задает вопрос: Что понимают под скоростью реакции? Как ее можно измерить и изменить?

Ответить на эти вопросы помогут закономерности науки, изучающей закономерности протекания реакций во времени – химической кинетики.

Напомним основные понятия и закономерности, используемые в кинетике (отвечают ученики и дополняет учитель).

Химическая кинетика – это раздел химии, задача которого объяснение качественных и количественных изменений химических процессов, происходящих во времени. Обычно эту общую задачу подразделяют на две, более конкретные:

- выявление механизма реакции - установление элементарных стадий процесса и последовательности их протекания (качественные изменения);

- количественное описание химической реакции – установление строгих соотношений, которые позволяют рассчитывать изменения количеств исходных реагентов и продуктов по мере протекания реакции.

Основным понятием в химической кинетике является понятие о скорости реакции. Скорость химической реакции определяется количеством вещества, прореагировавшего в единицу времени в единице объема.

Если при неизвестных объеме и температуре концентрация одного из реагирующих веществ уменьшилась от С1 до С2 за промежуток времени от t1 до t2, то в соответствии с определением скорость реакции равна:

V= - (C2 - C1) / (t2 - t1) = - C / t

Знак «-» в правой части уравнения означает следующее. По мере протекания реакции (t2 - t1) 0 концентрация реагентов убывает, следовательно, (C2 - C1) 0, а так как скорость реакции всегда положительна, то перед дробью следует поставить знак «-».

Количественно зависимость между скоростью реакции и молярными концентрациями реагирующих веществ описываются основным законом химической кинетики – законом действующих масс.

Скорость химической реакции при постоянной температуре пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ.

Для реакции записанной в общем виде

аА + вВ + ... сС + dD + ... ,

в соответствии с законом действующих масс, зависимость скорости от концентрации реагирующих веществ, может быть представлена в виде

V = k A a B b

k – константа скорости;

a, b – показатели порядка реакции по реагентам А и В;

a + b – общий порядок реакции.

Рис. № 1. Изменение концентрации исходного вещества в зависимости от времени. Кинетическая кривая.

С, моль/л



hello_html_m6ad0010c.gifС




С2

hello_html_13940382.gifhello_html_67fb2fef.gif



Chello_html_153d2c52.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_m70fc4668.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gif1






hello_html_m1473ff48.gift1 t2 t,c


Далее учитель и учащиеся раскрывают понятия о гомо- и гетерогенных реакциях и их особенностях.

В гомогенных реакциях (вещества находящиеся в одной фазе или растворе) реагирующие вещества равномерно перемешаны между собой, реакция идет по всему объему реакционной смеси, поэтому концентрация это частное от деления количества вещества на объем смеси:


hello_html_2136e8b.gif

t1 ® C1 = n1/V

t2 ® C2 = n2/V

V hello_html_m32e8880.gif

(моль/л, с (мин))

Чем < промежуток времени, тем более точным будет значение скорости реакции.

Гетерогенные реакции идут на границе раздела фаз:



газ – твердое вещество


газ – жидкость


жидкость – твердое вещество


жидкость – жидкость


твердое вещество – твердое вещество

Vгетер = hello_html_8ebf7a.gif - скорость будет изменяться к ед. площади соприкосновения реагирующих веществ


При рассмотрении тепловых эффектов химических реакций, превращение молекул реагентов (А+В) в молекулы продуктов (С+D) трактуется с термодинамической точки зрения как «восхождение на энергетическую гору» в случае эндотермических реакций (рис. 2а) или «спуск с горы» для экзотермических реакций (рис. 2б).


Рис. № 2. Зависимость свободной энергии от времени.

Свободная энергия

hello_html_4828aa2a.gif

С+D

hello_html_m77b3f0ea.gif

hello_html_54b208ed.gif







А+В

hello_html_436c29ca.gif

t,c

Свободная энергия

hello_html_4828aa2a.gifhello_html_m44c2aed3.gif


hello_html_11b8c72e.gifhello_html_884feec.gif А+В








С+D


t,c

2а)

Путь реакции

Эндотермическая реакция

2б)

Путь реакции

Экзотермическая реакция


А+В С+D - Q


А+В С+D + Q

Молекулам реагентов, чтобы прореагировать, необходимо предварительно запастись дополнительной энергией, чтобы преодолеть энергетический барьер на пути к продуктам реакции. Существенно, что такой барьер имеется и в случае экзотермических реакций, так что вместо простого «соскальзывания с горки» молекулам приходится предварительно «лезть в гору».

Движущая сила реакции – стремление прийти к минимуму энергии.

Исходные вещества продукты реакции Н

(разрыв химических связей)

(образование химических связей)

(энтальпия, энергосодержание за счет разной прочности связей)


Для того, чтобы реакция могла протекать, частицы реагирующих веществ, должны столкнуться друг с другом. С ростом температуры число этих столкновений возрастает вследствие увеличения кинетической энергии молекул, поэтому увеличивается скорость реакции. Но далеко не всякое соударение молекул реагирующих веществ приводит к их взаимодействию, для взаимодействия молекул, связи между атомами в них должны стать слабее или порваться, на что должна быть затрачена определенная энергия. Если сталкивающиеся молекулы не обладают такой энергией, их столкновение не приводит к реакции. Избыточная энергия, которой должны обладать молекулы для того, чтобы их столкновение могло привести к образованию молекул нового вещества, называется энергией активации данной реакции Еа, измеряется в Дж/моль, кДж/моль. Молекулы, обладающие такой энергией, называются активными молекулами.


Рис. № 3. Энергетический профиль эндо- и экзотермической реакции с учетом энергии активации на примере образования оксида азота (II) NO.


hello_html_53640376.gifN2 O2

hello_html_m387087d7.gifhello_html_5cfff0b5.gif

hello_html_53640376.gifNO NO

Свободная энергия

hello_html_4355ebed.gifhello_html_4bdcd730.gifhello_html_3bb2c7cc.gifhello_html_mfd30788.gifhello_html_m64b90f2f.gif



Ea



Нпрод

2NO

hello_html_m6f6054c0.gif


Нисх H O

N2+O2

hello_html_4822fe3d.gif

Свободная энергия

hello_html_m71ee4e26.gif


hello_html_m7fbd28b2.gifhello_html_m3ca8748d.gifhello_html_m59dc1041.gif



Ea



hello_html_m658678bc.gif

H O


H2+J2

hello_html_4822fe3d.gif2HJ

3а)

t,c


Эндотермическая реакция, +H= - Q

N2+O2 2NO - Q

3б)

hello_html_m6fb31ec.gift,c



Экзотермическая реакция, -H= + Q

H2+J2 2HJ + Q


В процессе реакции химические связи в активных молекулах ослабевают и возникают новые связи между частицами реагирующих веществ, образуются в переходное состояние – активированный комплекс, когда старые связи не полностью разрушены, а новые уже начали строиться. Энергия активации – энергия необходимая для возникновения активированного комплекса. Энергетический барьер различен, чем он ниже, тем легче и быстрее идет реакция.

Точка, находящаяся на вершине энергетического барьера, носит название переходного состояния. Из этой точки система может свободно перейти в продукт реакции, либо вернуться в исходное состояние.






Рис. № 4. Физическая модель процесса – шар на вершине горки.

hello_html_m1c797710.gifhello_html_1fbb54a6.gifhello_html_m5629cd4e.gifhello_html_68bf672a.gif







Энергия активации – это тот фактор, посредством которого на скорость реакции влияет природа реагирующих веществ. Для некоторых реакций она мала, для других – велика.

Если энергия активации мала ( 40 кДж/моль), то большая часть столкновений между молекулами реагирующих веществ приводит к реакции. Скорость таких реакций велика. Если энергия активации велика ( 40 кДж/моль), то в этом случае лишь малая часть столкновений молекул или других частиц приводит к реакции. Скорость подобной реакции мала.

Скорость реакции в данный момент времени можно рассчитать, если знать число активных соударений реагирующих частиц в единицу времени. Поэтому зависимость скорости реакции от температуры можно записать в виде

V = Vo exp (-Ea/RT), где

Vo скорость реакции при условии, что каждое соударение приводит к взаимодействию (Еа=0)

Это уравнение Аррениуса – важное уравнение в химической кинетике (его практическое применение см. в приложении № 2, учащиеся делают сообщения).

Почему химические реакции идут с разной скоростью? Вот основная задача, которая стоит перед учителем и ребятами на уроке, и решаем мы ее и теоретически, и проводя лабораторные эксперименты в группах, и при решении задач.


III. Работа в группах.


Работа групп включает в себя следующие виды деятельности:

- экспериментальное изучение факторов, влияющих на скорость химической реакции;

- наблюдение и анализ полученных результатов опытов;

- заполнение лабораторных листов, отражающих ход работы и выводы.

Обязательное условие успешной работы в группах и реализации поставленных задач – обеспечение каждого рабочего места ученика необходимым оборудованием, наглядными пособиями. Во время работы учитель подходит ко всем группам, в случае необходимости оказывает консультативную помощь.

Ниже раскрыто содержание заданий для работы каждой из групп.


Лабораторный опыт № 1


«ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ОТ ПРИРОДЫ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ»


:

Цель:

закрепить понятие скорости химической реакции и выявить ее зависимость от природы реагирующих веществ

Оборудование:

штатив с пробирками.

Реактивы:

цинк в гранулах, магниевая лента, раствор соляной кислоты


Ход работы

Наблюдения

Условия химических реакций

Выводы

Поместите в одну пробирку гранулы цинка, а в другую кусочек магниевой ленты. Добавьте по 1 мл соляной кислоты.

В какой пробирке быстрее произошли изменения?


Какое условие влияет на скорость данной химической реакции?


Демонстрационный опыт № 2


«ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ РЕАКЦИИ И ЕЕ ЗАВИСИМОСТЬ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ ИСХОДНЫХ ВЕЩЕСТВ »


Цель:

Наглядно продемонстрировать, что такое скорость химической реакции и как она зависит от концентрации исходных веществ

Оборудование:

компьютер с измерительным блоком; датчик оптической плотности 525 нм; кювета; магнитная мешалка; шприц на 5 мл; мерный цилиндр на 100 мл.

Реактивы:

KJ 1M, K2S2O8 0,1M, дистиллированная вода

Химическая сущность:

Исследуется реакция окисления иодид-иона персульфатом:

2J- + S2O82- = J2 + 2SO42-

Реакция проводится в избытке иодида калия. Выделяющийся иод окрашивает раствор в коричневый цвет, и его концентрацию определяют по интенсивности окраски с помощью датчика оптической плотности 525 нм.

Подготовка к работе:

К первому каналу измерительного блока подключают датчик оптической плотности 525 нм. Включают пункт датчик оптической плотности в режиме зависимости от времени, наливают в кювету 10 мл KJ и 90 мл дистиллированной воды. Настраивают датчик.

Выполнение:

Запускают процесс перемешивания. Отбирают в шприц 5 мл раствора K2S2O8 быстро выливают его в кювету, запуская одновременно процесс измерения нажатием на экранную кнопку «Пуск». Измерение прекращают, когда оптическая плотность достигнет значения 0,5.

Повторяют эксперимент, используя 20 мл раствора KJ.

Комментарии:

Скорость реакции – это изменение концентрации реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени. Скорость реакции в данный момент времени зависит от концентрации исходных реагентов в данный момент времени.

Поскольку реагенты по ходу реакции расходуются, скорость замедляется.

При увеличении концентрации исходного реагента скорость реакции увеличивается. Причем в данном случае при увеличении концентрации в 2 раза скорость реакции также увеличилась в 2 раза.

Выводимые понятия:

Скорость реакции, зависимость от концентрации.

Выводы:




Лабораторный опыт № 3


«ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ

ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ»


Цель:

закрепить понятие скорости химической реакции и исследовать влияние температуры на скорость химической реакции

Оборудование:

штатив с пробирками, пипетка, спиртовка, пробиркодержатель.

Реактивы:

оксид меди (II), раствор серной кислоты (1:3).


Ход работы

Наблюдения

Условия химических реакций

Выводы

В две пробирки поместите по одной грануле оксида меди (II) и добавьте по 5-6 капель серной кислоты. Одну пробирку нагрейте.

В какой пробирке реакция протекает более интенсивно? По каким признакам вы это определили?

Запишите уравнение реакции.

Какое условие влияет на скорость данной химической реакции?


Лабораторный опыт № 4


«ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ОТ

ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТИ СОПРИКОСНОВЕНИЯ

РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ»


Цель:

закрепить понятие скорости химической реакции и выявить ее зависимость от величины площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ

Оборудование:

штатив с пробирками, стеклянная палочка

Реактивы:

железные опилки, железный гвоздь, раствор хлорида меди (II)


Ход работы

Наблюдения

Условия химических реакций

Выводы

Поместите в одну пробирку железную проволоку длиной 10 мм или гвоздь, а в другую – 2-3 стеклянные лопатки железных опилок. Добавьте по 1 мл раствора хлорида меди (II).

В какой пробирке быстрее произошло изменение цвета ?


Какое условие влияет на скорость данной химической реакции?


IV. Представление результатов групповой работы, их обсуждение.

Выводы.

Порядок представления результатов определяется номерами групп (по очереди), ребята выступают у доски, используя заполненные таблицы по результатам проделанных лабораторных опытов. Организуется краткое обсуждение результатов работы групп, формулируются выводы.

Учитель указывает о влиянии еще одного фактора на скорость химической реакции – катализаторы.

Катализаторы – ускоряют химическую реакцию, ингибиторы – замедляют химическую реакцию, но сами при этом не расходуются, в состав реакции не входят.

Катализ – это процесс изменения скорости реакции под действием катализатора. Действие катализатора избирательно, единого катализатора для всех реакций. Реакции с использованием катализатора называются каталитическими.

Механизм катализа:

А + В → А В → АВ

реакция идет медленно, т.к. Еа велика

Катализатор – ускоряет реакцию:

а) A + Kat → A Kat → Akat

активированный промежуточный

комплекс I продукт

б) Akat + B → B A Kat → AB + Kat

активированный

комплекс II

Еа и Еа - малы, поэтому реакции протекают быстро.

В итоге: А + В → АВ

При участии катализатора происходит снижение Еа, образуется выигрыш энергии и реакция протекает быстрее.


hello_html_2e65d77b.png















Далее следуют сообщения учащихся о видах катализа.
Виды катализа:

1. Гомогенный – исходные вещества и катализатор – однофазная система.

Пример: естественные колебания толщины озонового слоя Земли, связанные с изменением солнечной активности.

В верхних слоях атмосферы:

Nhello_html_1083bca2.gif2 + O2 2NO

Ohello_html_m53d99bf1.gif2 O + O


Ohello_html_7fb3c877.gif3 + NO → NO2 + O2

Nhello_html_42c45ef8.gifO2 + O → NO + O2

O3 + O = 2O2 NO2 – является катализатором

2. Гетерогенный катализ – исходные вещества и катализатор образуют разнофазную систему.

кат.

3H2 (г) + N2 (г) 2NH3 (г)

кат.

2SO2 (г) + O2 (г) 2SO3 (г)


Механизм гетерогенного катализа включает 5 стадий:

  • диффузия – реагирующие молекулы диффузируют к поверхности катализатора;

  • адсорбция – реагирующие вещества накапливаются на поверхности катализатора;

  • химическая реакция – поверхность катализатора неоднородна, на ней имеются активные центры, они ослабляют связь между атомами в адсорбируемых молекулах, реагирующие молекулы деформируются, иногда диссоциируются на атомы, что облегчает протекание химической реакции;

  • десорбция – молекулы продукта сначала удерживаются поверхностью катализатора, затем освобождаются;

  • диффузия – молекулы продукта диффундируют с поверхности катализатора.

Учитель объясняет, что образно механизм действия катализатора можно сравнить с переходом туристов через горный перевал. Не знающие местности туристы выберут самый очевидный, но самый трудный путь, требующий длительного восхождения и спуска через вершину горы. Опытный проводник поведет свою группу по тропинке, минуя вершину, пусть этот путь извилистый, но менее трудный, по нему легче дойти до конечного пункта, после чего проводник возвращается в исходный пункт.

Развивая тему, учитель рассказывает учащимся, что особую группу составляют катализаторы, действующие в живых организмах. Такие катализаторы называются ферментами или энзимами

Ферменты (энзимы) – это белковые молекулы, ускоряющие химические процессы в биологических системах (в организме около 30 тысяч различных ферментов, каждый их них ускоряет соответствующую ему реакцию).

Далее учитель проводит демонстрационный эксперимент:

кат.

2H2O2 2H2O + O2

Для этого в три пробирки наливают по 5 мл аптечной перекиси водорода, затем во вторую пробирку пинцетом опускает кусочек сырого мяса, в третью – кусочек сырой моркови. Ребята наблюдают «вскипание» в двух пробирках, кроме первой. Учитель вносит во вторую и третью пробирки тлеющую лучинку, которая вспыхивает, так как выделяется кислород. Учитель объясняет, что разложение перекиси водорода происходит и без катализатора, но гораздо медленнее. Это могут быть несколько месяцев, а быстрые реакции в других пробирках доказывают «работу» фермента – каталазы, который находится и в растительных и в животных клетках.

Эффективность фермента как катализа можно проиллюстрировать данными о разложении H2O2 в водном растворе:

катализатор

Еа, кДж/моль

Отн. при Vр 300К

без катализатора

73

1

Pt (гетерогенный

катализатор)

48

2,3*104

ионы Fe (гомогенный

катализатор)

42

2,5*105

фермент каталаза

7

3*1011

Более подробно с ферментами будем знакомиться при изучении курса химии 11 класса.

Важное значение имеет химический эксперимент. С демонстрационного эксперимента начинается воспитание устойчивого внимания, умения наблюдать за опытом, проводить анализ, делать выводы. Групповая форма работы позволяет эффективно получать знания, воспитывая чувство коллективизма.

Использование комплекта оборудования с компьютерным измерительным блоком и датчиками (температуры, оптической плотности, электропроводности, уровня рН) значительно расширяет возможности демонстрационного эксперимента, т.к. позволяет заглянуть внутрь процесса, чего ранее мы сделать не могли, изучая эту тему только теоретически. А изучение количественных закономерностей – одна из ключевых и наиболее сложных тем в химии (см. приложение № 3 «Параметры, которые используются в количественных химических расчетах»).

На рассматриваемом уроке нас интересуют параметры реакции. На предыдущих уроках учащиеся познакомились с термодинамическими параметрами, а параметры вещества и среды будут изучаться на последующих уроках.


V. Итоги урока, рефлексивный анализ.


Учитель подводит итоги урока. Учащиеся заполняют листки контроля работы ученика, на которых они указывают класс, фамилию, имя, оцениваю свою работу на уроке, работу группы, понимание темы («плохо», «хорошо», «отлично»).

Затем ребята отвечают на вопросы:

- с каким настроением вы уходите с урока?

- Чем интересен был урок для каждой группы, каждого ученика?

- В чем польза этого урока для вас?

- С какими трудностями столкнулись на уроке?

В разных классах можно предлагать разные вопросы. Из опыта можно сказать, что на рефлективном этапе учащиеся дают высокую оценку урока («5» реже «4», отмечают необычность, наглядность, насыщенность урока, высокий эмоциональный уровень, логичность, интересный информационный материал. Технология сотрудничества учителя и учеников наиболее важна на уроке. Вместе достигаются общие цели, учащиеся лучше усваивают материал и применяют полученные знания.


Домашнее задание:


Параграфы учебника, конспект и каждая группа получает индивидуальную задачу на изучение влияния того или иного фактора на скорость химической реакции.

Задача № 1


При t = 30 С реакция протекает за 25 минут, при t = 50 С – за 4 минуты. Рассчитать температурный коэффициент реакции.


Задача № 2


Взаимодействие Al и Cl2 протекает по уравнению:

2Al(т) + 3Cl2(г) = 2AlCl3(т)

Начальная концентрация хлора 0,05 моль/л. Константа скорости реакции 0,2.

Напишите математическое выражение скорости реакции и определите, как изменяется скорость реакции по сравнению с начальной, если давление в системе увеличить в 6 раз?


Задача № 3


В двух одинаковых сосудах за 10 секунд получили: в 1-ом 22,4 л О2, во 2-ом 4 г Н2. Где скорость химической реакции больше? Во сколько раз?

Задача № 4


Предложите 2 способа увеличения скорости реакции в 16 раз путем изменения концентраций исходных веществ:


аhello_html_4da2cac.gif) 2Cu(тв) + O2 (г) = 2CuO(тв)

бhello_html_4da2cac.gif) 2H2(г) + O2(г) = 2H2O(г)


Особенностью этого урока является то, что ребятам дан материал выше рамок учебника, что необходимо им и для повышения эрудиции, и как для будущих абитуриентов, т.к. дополнительный материал в профильном классе основывается, главным образом, на материалах вступительных экзаменов в различные ВУЗы.

Цель педагогических технологий – повысить эффективность образовательного процесса, достижение запланированных результатов обучения. Главное – ориентация на личность ученика, т.к. педагогическая технология – совокупность взаимосвязанных средств, методов, процессов, необходимых для целенаправленного воздействия на формирование личности с заданными качествами. В связи с этим, на своих уроках я использую личностно-ориентированный подход к учащимся, что позволяет ребятам подойти более сознательно и творчески к изучению материала. Именно технология сотрудничества учителя и ученика важна в достижении высоких результатов. Активное применение элементов педагогических технологий на уроках способствует развитию у ученика мотивационной сферы, интеллекта, самостоятельности, способности контролировать и управлять своей учебно-познавательной деятельностью.

Мой предмет – химия, но я еще преподаю предмет человековедение. Используя новые подходы в образовании, я по-другому смотрю на свой предмет. Главное – видеть в каждом ученике человека.

Химия – наука о веществах, и я теперь подхожу к изучению веществ не только с точки зрения их практической значимости для общества, но и с позиции философского осмысления мира. Я и на уроках химии, и на уроках человековедения показываю целостность мира и человека, стараюсь раскрыть детям беспредельность и гармонию жизни, воспитать стремление к пониманию и познанию себя, желание себя совершенствовать, трудиться над собой, чтобы улучшить жизнь. Меня радует интерес ребят к этим проблемам. И я думаю, что поразмышлять над этим полезно и нам, учителям. Так как, только совершенствуя и развивая себя, мы можем учить ребят.


Приложение № 1.

СТРУКТУРА

проблемно-поисковой деятельности учителя и учащихся,

включающая исследование свойств веществ, сущности химических реакций

(возможно использование информационных технологий)




Аhello_html_706a9a39.gifhello_html_m15f7e983.gifктуализация знаний учащихся


hello_html_m68323e42.gif








Формулировка

задания





hello_html_738706fd.gif



hello_html_mbee0d8d.gif



Вhello_html_m5fafc452.gifыделение задач для решения проблемы








Проведение теоретического анализа




Составление плана экспериментальной проверки

(работа в группах)

hello_html_738706fd.gif




hello_html_738706fd.gif

Построение гипотезы




Экспериментальное подтверждение предположений

(работа в группах)

hello_html_m3544e576.gif


hello_html_2ad34b37.gif

Обсуждение результатов, формулировка обобщений





hello_html_7402789a.gif






Вhello_html_m163a798c.gifывод.

Постановка проблемы






Приложение № 2.

Практическое использование уравнения Аррениуса.


Пример 1.


В определенном температурном интервале скорость (частота) пиликанья сверчков подчиняется, хотя и не вполне строго, уравнению Аррениуса, плавно увеличивалась от 14,2 до 27 С, с эффективной энергией активации 51 кДж/моль.

Интересно, что по частоте стрекотаний можно достаточно точно определить температуру: надо подсчитать их число за 15 секунд и прибавить 40, получится температура в градусах Фаренгейта (американцы до сих пор пользуются этой температурной шкалой, ее можно перевести в шкалу Цельсия).

Так, частота составляет 1с-1 при 55 (12,8 С), и 4с-1 при 100 (37,8 С).


Пример 2.


В температурном интервале от 18 С до 34 С частота сердечных сокращений морской черепахи согласуется с уравнением Аррениуса, которое дает энергию активации 76,6 кДж/моль, но при более низких температурах, энергия активации резко увеличивается. Это может быть связано с тем, что при пониженных температурах черепаха чувствует себя не очень хорошо и ее частота сердечных сокращений начинает управляться другими биохимическими реакциями.


Пример 3.


Особенно интересны попытки «положить на аррениусовскую зависимость» психологические процессы человека.

Так, людей с разной температурой тела (от 36,4 С до 39 С) просили отсчитать секунды. Оказалось, что чем выше была температура, тем быстрее был счет (Еа=100,4 кДж/моль).

Таким образом, наше субъективное ощущение времени тоже, оказывается, подчиняется уравнению Аррениуса. Автор проведенного социологического исследования, Г. Хогланд, предположил, что это связано с некоторыми биохимическими процессами в мозге человека.

А немецкий исследователь Х. Фон Ферстлер измерял у людей с разной температурой скорость забывания. Он давал людям последовательность разных знаков и измерял время, в течении которого люди эту последовательность помнили. Результат был тот же, что и у Хогланда: аррениусовская зависимость с Еа=100,4 кДж/моль.

В эти примеры показывают, что очень многие процессы в природе, включая и психологические, подчиняются уравнению Аррениуса с довольно высокими Еа. Последнее замечание важно, потому что Еа физических процессов (например, вязкого течения жидкости обычно не превышает 20 кДж/моль. Высокая Еа означает, как правило, что имеет место разрыв химических связей. Так что всех без исключения разобранных примерах, несомненно, имеют место самые настоящие химические реакции (очевидно, ферментативные).

1 моль вещества, это 1 моль вещества, реакция которого является ключевой для данного процесса. Другое дело, еще очень мало знаем о том, что это за реакции и как именно они управляют сложными биохимическими процессами. Так, что тут еще очень много работы и для биологов, и для химиков (биохимиков) и для физиков (биофизиков).

Приложение № 3.

ПАРАМЕТРЫ, КОТОРЫЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ В КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ХИМИЧЕСКИХ РАСЧЕТАХ.

ПАРАМЕТРЫ

ВЕЩЕСТВА

РЕАКЦИИ

СРЕДЫ


ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ

ХИМИЧЕСКИЕ


ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ

Дипольный момент

Параметры кристаллической решетки

рН

Ионная

сила

КИНЕТИЧЕСКИЕ


ФИЗИЧЕСКИЕ


ФИЗИЧЕСКИЕ

hello_html_7361f99a.gifhello_html_m6eae1f17.gifhello_html_m3216c787.gifhello_html_3e08bf0c.gifhello_html_2a8ed352.gifhello_html_3c239de4.gifhello_html_6570bad2.gifhello_html_2fb5743e.gifhello_html_m5dc3e0ef.gifhello_html_6f31ddf5.gifhello_html_m65b57ab3.gifhello_html_7f3c6c5.gifhello_html_2ec08fcc.gifhello_html_877c1bc.gifhello_html_m47357494.gifhello_html_7cf527b2.gifhello_html_1850fb0d.gifhello_html_m4e0bdb89.gifhello_html_3cd4f2b2.gifhello_html_m1c3bb5d2.gifhello_html_2f02b27b.gifhello_html_m54e136e9.gifhello_html_m68767ad2.gifhello_html_28a44d36.gifhello_html_m5968a9ae.gifhello_html_10231386.gifhello_html_m24cd3e94.gifhello_html_m4e0bdb89.gifhello_html_m2daaefb6.gifhello_html_m23823471.gifhello_html_m5841911d.gifhello_html_m1927401e.gifhello_html_fa4b7c2.gifhello_html_36e6845b.gifhello_html_m2daaefb6.gifhello_html_m20db2e00.gifhello_html_6eabd51d.gifhello_html_m7cdadb55.gifhello_html_m6aa8b50.gifhello_html_2195534c.gifhello_html_4a499f33.gifhello_html_m2752995f.gif



СТРУКТУРНЫЕ



Формирование представлений о скорости химических реакций с использованием информационных технологий на уроках химии.
  • Химия
Описание:

Предложенный Вашему вниманию урок посвящен теме из раздела «Химическая кинетика» - «Скорость химической реакции, зависимость ее от различных факторов».

 Изучению этой темы предшествовало изучение термодинамики реакций. Предложенный материал соответствует не обязательному минимуму содержания, а, прежде всего, профильному уровню обучению.

На уроке используется групповая работа, дифференцированный подход, развивающие и проблемно-поисковые технологии, а самое главное – компьютерные технологии для проведения демонстрационного эксперимента, что позволяет наглядно понять, что такое скорость химической реакции и как она зависит от различных факторов.

 

Автор Губская Ирина Александровна
Дата добавления 05.01.2015
Раздел Химия
Подраздел
Просмотров 563
Номер материала 32479
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

↓ Показать еще коментарии ↓