Урок химии и презентация по теме "Сущность и классификация химических реакций" (11 класс)

 Тема: «Сущность и классификация химических реакций»

Цель: систематизировать знания учащихся о сущности и подходах к классификации химических реакций.

Задачи.

Образовательные:

- систематизировать, обобщить и углубить знания учащихся о химических реакциях и их классификации,

– доказать учащимся ведущую роль теории в познании практики;
– показать учащимся взаимосвязь противоположных процессов;
– доказать материальность изучаемых процессов;

- формирование образовательной компетентности.

Воспитательные:

- воспитание самостоятельности, сотрудничества, чувства ответственности, нравственных качеств – коллективизма, способности к взаимовыручке;

- формирование  общих организационно-трудовых умений (соблюдение чистоты, порядка на рабочем столе).

Развивающие:

– развитие логического мышления путем сравнения, обобщения, анализа, систематизации;

- развитие речевых навыков;

- развитие познавательных способностей, мышления, внимания, умения использовать изученный материал для познания нового;

- развитие навыков самостоятельной работы, умения записывать уравнения реакций и расставлять коэффициенты, указывать типы реакций, делать выводы и обобщения;

- формирование  коммуникативной, общекультурной компетентности;

- формирование  умений проводить химические эксперименты с соблюдением правил техники безопасности, наблюдать за реакциями,

- формирование целостной научной картины мира;

- развитие памяти, внимания;

- способствовать развитию мировоззренческих представлений.

Оборудование и реактивы: презентация, компьютер, мультимедийный проектор, медная проволока, спиртовка, спички, цинк, соляная кислота, гидроксид натрия, сульфат меди (II), пробирки, держатель.

Ход урока.

I. Организационный момент.

Сегодня мы приступаем к изучению нового раздела «Химические реакции». (слайд 1) На изучение этого раздела отведено 15 уроков, за этот период времени вы должны будете выполнить очередное индивидуальное учебное задание, которое я вывешиваю на стенд. Напоминаю, что номер варианта совпадает с порядковым номером в журнале.

II. Актуализация знаний.

Вы изучаете химию уже четвертый год, и, думаю, убеждаетесь в том, что химия – наука удивительная!   

- Что изучает химия?

- Какие явления могут происходить с веществами?

- В чем разница между физическими и химическими явлениями?

- Какие признаки химических реакций вы знаете?  (слайд 2)

- Каковы условия возникновения и течения химических реакций?

III. Изучение нового материала.

В организме человека и  в окружающем нас мире протекает огромное число реакций. (слайд 3). Без химических реакций невозможна жизнь. Только в печени человека протекает около 20 млн. химических реакций. Чтобы ориентироваться в огромном царстве  реакций, необходимо знать их типы. В любой науке применяется прием классификации, позволяющий по общим признакам разделить все множество объектов на группы. Сегодня мы рассмотрим классификацию химических реакций. Итак, запишите тему урока: «Сущность и классификация химических реакций». (слайд 4)

- Объясните сущность протекания химических реакций.

Сущность химических реакций сводится к разрыву связей в исходных веществах и возникновению новых химических связей в продуктах реакции. При этом общее число атомов каждого элемента остается постоянным, следовательно, масса веществ в результате химических реакций не изменяется.

- Кем  была установлена эта закономерность?

(В 1748 году русским ученым М.В.Ломоносовым – закон сохранения массы веществ).

(Слайд 5 с формулировкой закона, данной М.В.Ломоносовым:

“Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупляется к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оные у себя теряет, сколько сообщает другому, которое движение получает”).

Из этой формулировки видно, что закон сохранения массы веществ Ломоносов понимал гораздо глубже и рассматривал его в единстве с законом сохранения энергии и понимал его как всеобщий закон природы.

- А кем была доказана взаимосвязь массы и энергии?   

(Закон сохранения энергии, открытый немецким физиком А.Энштейном:

E = mc²)

Вывод: законы сохранения массы вещества и энергии при химических реакциях являются частным случаем проявления всеобщего закона природы – закона сохранения энергии и ее движения.

Химию создавали люди необычной судьбы — вначале алхимики, затем врачи, аптекари и, наконец, собственно химики. Они верили в свое предназначение и не щадили здоровья, а порой и жизни в стремлении открыть двери в неизведанное, получить новые вещества и материалы, необходимые людям. Сейчас мы рассмотрим именные реакции названные в дань памяти химикам – первооткрывателям новых методов синтеза веществ. Всего известно более 1000 именных органических, неорганических и аналитических реакций. Их число продолжает увеличиваться. Вот некоторые из них: (слайды 6-12)

реакция Бертло – получение этилового спирта гидратацией этилена

C₂H₄ + HOH = C₂H₅OH

реакция Бертолле – получение триоксохлората калия

6KOH + Cl₂ = KClO₃ + 5KCl + 3H₂O

реакция Вюрца – удлинение углеродной цепи

2CH₃I + 2Na = C₂H₆ + 2NaI

реакция Велера – синтез карбамида (мочевины)

NH₄ОCN = (NH₂)₂CO

реакция Кучерова – получение уксусного альдегида из ацетилена

H₂C₂ + H₂O = CH₃CHO

реакция Коновалова — получение нитросоединений

CH₄+ HNO₃ = CH₃NO₂ + H₂O

И, наконец, рассмотрим реакции, отмеченные Нобелевскими премиями. (слайды 13-17)

Нобелевские премии присуждаются людям, чья деятельность принесла максимальную пользу человечеству. Такими реакциями являются следующие:

Cинтез аммиака – немецкий химик Фриц Габер (1918).

Cинтез каучука – Лебедев Сергей Васильевич (1928).

Cинтез препарата ДДТ (дихлордифенилтрихлорметилметан) – швейцарский химик Пауль Мюллер (1948).

Cинтез пенициллина Флеминг (1945).

Идут химические реакции и создаются вещества самые разные с заранее заданными свойствами, которых не было, и нет в природе.

О достижениях химии за последний период нам расскажет Ланина Аня.

Сообщение учащегося. Идут химические реакции – и самолет поднимается в воздух, льется в изложницы металл, отбеливается льняное полотно, древесина превращается в бумагу, свекла — в сахар, речной песок — в стекло...

Только за последние годы химиками созданы сотни новых видов изделий и материалов, и не меньше прогрессивных, оригинальных технологических процессов.

Начнем с работ для сельского хозяйства. Среди наиболее значимых исследований – концентрированные и медленно растворимые минеральные удобрения такие, как карбомидно-формальдегидные. Сделан шаг к комплексному использованию природных ресурсов.

Остановлюсь еще на нескольких примерах уже из другой области. Созданы новые марки полимерных материалов, новые технологии производства многотоннажных пластмасс и синтетических смол. Значительные достижения! Они позволили наладить выпуск ряда полимеров: полисульфона, полифениленоксида, оптического поликарбоната и других полимеров с заранее заданными свойствами! Что за этим стоит, думаю, пояснять не надо.

Речь идет о принципиально новых материалах, приспособленных к тем условиям, в которых предстоит работать изделиям из них: в особо агрессивной среде или в условиях повышенных температур. Словом, там, где обычные пластмассы использоваться не могут.

Выпускаются трубы из термопластов, причем весь технологический процесс автоматизирован. Тоже вроде бы будничный факт, но как много за ним стоит.

Можно упомянуть и смазку на полимерной основе, которая защищает стрелочные переводы от коррозии, от обледенения.

Впервые в мировой практике были разработаны и апробированы новые технологические методы получения высокопрочных синтетических нитей и мононитей.

Есть что показать химикам в области создания красителей. Освоено промышленное производство красителей для особо прочного крашения синтетической нити типа нитрон.

Освоена технология получения полиизопренового каучука. Это позволило заметно снизить расход натурального каучука в шинной промышленности, сэкономить огромные деньги.

Весьма интересны результаты в области защиты металлов от коррозии. Привлекательность созданных покрытий еще и в том, что приготовляются они из недорогих и недефицитных компонентов.

Итак, количество химических реакций огромно, и с каждым годом их становится все больше. Для систематизации реакций используют метод классификации. Но для того, чтобы проводить классификацию чего-либо или кого-либо, необходимо выбрать признак классификации. Сейчас мы с вами обобщим наши знания о классификации химических реакций и будем работать с таблицей. (слайд 18)

 В таблице отмечены признаки классификации и приведены примеры реакций. Вам необходимо заполнить графу «Тип реакции» и дать определение.

1. Соотношение исходных и конечных веществ.

Реакции соединения, разложения, замещения, обмена, изомеризации, аллотропного превращения.

CaO+H₂O→Ca(OH)₂ (гашение извести).

CaCO₃ → CaO+ CO₂ (получение негашеной извести).

H₂ + CuO → Cu + H₂O (получение металлов).

СH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂ (гашение соды).

3 О₂ =2 О₃ (очистка и обеззараживание питьевой и промышленной воды, а также нейтрализация вредных ядовитых веществ, очистка воздуха, стерилизация упаковочных и перевязочных материалов).

Бутан  → изобутан (для получения бензина с большим октановым числом). (слайд 19)

Определите, какие  среди предложенных реакций являются реакцией соединения, обмена, разложения, замещения (слайд 20)

Сu+2АgNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2Ag

2 КМnO₄=  К₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ 

С₈Н₁₈= С₄Н₁₀ +С₄Н₈

4NO₂+ O₂+2H₂O=4HNO₃ 

n СН₂=СН₂ → (-СН₂-СН₂-)_n

2. Тепловой эффект (слайд 21).

Реакции бывают экзотермические и эндотермические, (учащиеся дают определение этим реакциям). Реакции, идущие с выделением теплоты – экзотермические, реакции, идущие с поглощением теплоты – эндотермические.

CH₄+2O₂= CO₂+H₂O+Q (использование природного газа в качестве топлива)

2 КМnO₄=  К₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ – Q  (получение кислорода в лаборатории)

3. Обратимость реакций.

Реакции бывают необратимые и обратимые (слайд 22).  К необратимым относят те реакции, продукты которых не могут взаимодействовать с образованием исходных веществ. Иными словами, реакция в данных условиях может протекать только в одном направлении.  

SO₃ + H₂O → H₂SO₄ (промышленный способ получения серной кислоты)

Обратимые реакции идут в данных условиях как в прямом, так и в обратном направлениях.

Обратимость реакций создает проблемы в химической технологии. При прохождении через колонну синтеза смесь азота и водорода лишь на 15-17 % превращается в аммиак.

N₂ + 3 H₂ ↔ 2NH₃

Обратимость реакций, протекающих в живых организмах – это основа важнейших природных процессов обмена веществ.

4. Участие катализатора.

Реакции можно разделить на  каталитические  и некаталитические (слайд 23). Вопрос к классу: дайте определения этим реакциям.

Реакция, идущая с участием катализатора называется каталитической. Реакция, идущая без участия катализатора – некаталитическая.

Каталитические реакции широко используют в промышленности.

Биохимические процессы, протекающие в клетках живых организмов, идут с участием биологических катализаторов – ферментов. Они ускоряют реакции во много раз. Человек использует ферментативные реакции для получения продуктов питания (сыр), лекарств (пенициллин), химических веществ (молочная кислота).

2Ca+O₂ → 2CaO

                              ^Hg2+

C₂H₂+HOH →  CH₃COH (получение ацетальдегида)

5. Агрегатное состояние.

Реакции бывают: гомогенные и гетерогенные (слайд 24) .  Реакция гомогенная, если исходные вещества и продукты реакции находятся в одной фазе (фаза – это однородная по составу и свойствам часть системы, которая отделена от других фаз поверхностью раздела). Если агрегатное состояние исходных веществ и продуктов реакции различается, то такая реакция будет гетерогенной.

N_{2 (г)} + 3 H_{2 (г)} ↔ 2NH_{3 (г)}

H_{2 (г)} + CuO_(т)  → Cu _(т) + H₂O_(ж)

6. Изменение степеней окисления атомов.

Реакции бывают: окислительно-восстановительные и не окислительно-восстановительные (слайд 25)

       _{-2                                                               0}

6СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6 О₂

( фотосинтез – основа природного получения  органических веществ и источник кислорода в атмосфере)

_{+6 -2        +1  -2          +1  +6  -2}

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Каждую реакцию можно классифицировать по нескольким признакам. Сейчас каждая группа выполнит небольшой эксперимент.

Задание:  провести  реакцию, классифицировать ее по разным признакам, а один человек от каждой группы напишет уравнение реакции на доске. Инструкции перед вами, соблюдайте технику безопасности. Не  забудьте, что работать с веществами надо аккуратно, над ящиком, вещества наливайте осторожно.

Класс разделен на 4 группы. Первая группа выполняет опыт по реакции соединения (окисление меди), вторая группа по реакции замещения (цинк с соляной кислотой), третья группа и четвертая  группы по реакции обмена между раствором сульфата  меди (II) и раствором гидроксида натрия с последующим разложением при нагревании гидроксида меди (II) (но четвертая группа дает классификацию первой проведенной реакции, а третья – реакции разложения). Каждая группа записывает результаты своего опыта в тетрадь  и дает классификацию реакций по разным признакам.

После выполнения опытов,  один представитель от каждой группы  рассказывает, что они делали,  а другой записывает  уравнение химической реакции на доске. Далее разбираем, к какому типу реакции относится каждая реакция. А остальные группы наблюдают, слушают и дополняют.

В органической химии число различных соединений перешагнуло за несколько миллионов, соответственно миллионы реакций — настоящие джунгли. Но знание механизмов реакций позволяет не только пройти через джунгли органической химии, но и использовать их богатство. И только изучив до тонкостей механизм реакций, можно влиять на ее ход, получать вещества с заданными характеристиками и предсказывать новые реакции.

А теперь представим, что, начиная с весны, кинокамера фиксирует жизнь яблони – час за часом, день за днем – до появления урожая. Киносъемка зафиксирует мгновения, когда набухают почки, когда на глазах раскрываются клейкие листья, когда вдруг образуются крошечные завязи, и, наконец, стоп-кадр – спелые крупные плоды.

На глазах спрессовано время: месяцы стали минутами.

Химическая реакция идет так же – в несколько этапов. И каждый дает свой промежуточный продукт, который становится исходным для последующей стадии реакции. Разница лишь в том, что эти стадии порой протекают слишком быстро. Их течение не подсмотришь кинообъективом.

Вмиг исчезают возникшие только что частицы, взамен появляются новые, но и они быстро пропадают, наконец, остановка – процесс закончился, в руках исследователей плоды химической реакции.

Так вот, то, неуловимо мелькавшее с начала реакции до ее остановки, и есть механизм.

Давайте откроем учебник на странице 45 и , используя схему, вспомним по каким механизмам могут протекать химические реакции в органической химии. Приведем примеры.

(Используя схему из учебника Г.Е. Рудзитис, Химия 11, стр. 45 , рассматриваем ионный и радикальный механизм химической реакции).

IV.  Закрепление изученного.

Задания по теме «Классификация химических реакций».

(слайд 26)

Реакция, уравнение которой  2СО(г) → СО₂(г) + С(тв) + Q  относится к реакциям:

А) соединения, экзотермическим

Б) разложения, экзотермическим

В) соединения, эндотермическим

Г) разложения, эндотермическим

(слайд 27)

Реакция, уравнение которой  N₂ + O₂ →2NO - Q  относится к реакциям:

А) соединения, эндотермическим

Б) соединения, экзотермическим

В) разложения, эндотермическим

Г) разложения, экзотермическим

(слайд 28)

Реакция, уравнение которой 2SO₂(г)  + O₂(г)  ↔SO₃ (г)  относится к реакциям:

А) соединения, необратимым, гетерогенным

Б) обмена, обратимым, гомогенным

В) соединения, обратимым, гомогенным

Г) обмена, необратимым, гетерогенным

(слайд 29)

Реакция, уравнение которой                            кат

                                                 N₂(г)   + 3H₂ (г)    ↔  2NH₃(г)  

относится к реакциям:

А) каталитическим, замещения, гомогенным

Б) некаталитическим, соединения, гетерогенным

В) каталитическим, соединения, гомогенным

Г) некаталитическим, замещения, гетерогенным

VI. Итог урока.

У Владимира Маяковского есть такая философская мысль: если звезды зажигают, значит, это кому-нибудь нужно. Если химики изучают классификацию химических реакций. То, следовательно, это кому-то нужно. И здесь у меня возникает желание предложить вам небольшой реферат или презентацию, в которых на примерах нужно показать значение различных типов химических реакций в реальной жизни, в ее богатстве и разнообразии.

VII. Домашнее задание.

§ 11

Приложение 1.

Группа 1.

Задание.

Прокалите медную проволоку в пламени спиртовки. Отметьте наблюдения. Напишите уравнения реакций и классифицируйте проведенную реакцию по разным признакам.

Группа 2.

Задание.

Проведите реакцию между цинком и соляной кислотой. Напишите уравнения реакций и классифицируйте проведенную реакцию по разным признакам.

Группа 3.

Задание.

Проведите реакцию между раствором гидроксида натрия и раствором сульфата меди (II) . Полученный гидроксид меди (II) нагрейте до кипения. Что наблюдаете? Напишите уравнение второй реакции и классифицируйте ее  по разным признакам.

Группа 4.

Задание.

Проведите реакцию между раствором гидроксида натрия и раствором сульфата меди (II) . Что наблюдаете? Напишите уравнение  реакции и классифицируйте ее  по разным признакам.

Классификация химических реакций