Скорость химических реакций и ее зависимость от условий протекания

Цели:   Сформировать понятие о скорости химических реакций и единицах ее измерения. Установить факторы, влияющие на скорость реакции (природа реагирующих веществ; их концентрация, площадь соприкосновения и температура).Показать значение ее в природе и человеческой деятельности. Углубить знания о катализаторах. Познакомить учащихся с классификацией химических реакций по признаку фазности (агрегатного состояния): гомо и гетерогенных.

   Ход урока:

1 этап.   Организационный

1.Приветствие: - Здравствуйте ребята! Садитесь.

2. Организация рабочих мест: - Открываем тетради и записываем сегодняшнее число, и тему урока с доски.

3. Оглашение цели урока учащимся

2. Подготовка к основному этапу усвоения учебного материала. Активизация опорных знаний и умений

Зачем нужны знания о скорости химических реакций?

Какими примерами можно подтвердить то, что химические реакции протекают с различными скоростями?

Как определяют скорость механического движения? Какова единица измерения этой скорости?

Как определяют скорость химической реакции?

3. Изучение нового материала Рассмотрим два примера (эксперимент проводит учитель).На столе – две пробирки, в одной раствор щелочи (КOH), в другой – гвоздь; в обе пробирки приливаем раствор CuSO4.  Что мы наблюдаем?

Прогнозируемая деятельность учеников 1-мгновенно, во второй – видимых изменений пока нет.

Составим уравнения реакций (два ученика записывают на доске уравнения):

1.      CuSO4  + 2КOH = Cu(OH)2 + К2SO4 ; Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2

2.      Fe + CuSO4  = FeSO4 + Cu ;  Fe0 + Cu2+  = Fe2++ Cu0

Какой вывод по проведённым  реакциям мы можем сделать? Почему одна реакция идёт мгновенно, другая медленно? Для этого необходимо вспомнить, что есть химические реакции, которые протекают во всём объёме реакционного пространства (в газах или растворах), а есть другие, протекающие лишь на поверхности соприкосновения веществ (горение твёрдого тела в газе, взаимодействие металла с кислотой, солью менее активного металла).

По результатам демонстрированного эксперимента учащиеся делают вывод: реакция 1 – гомогенная, а реакция  2– гетерогенная.

Скорости этих реакций будут математически определяться по-разному.

Учение о скоростях и механизмах химических реакций называется химической кинетикой

          Как измерить скорость химической реакции?

• самая быстрая змея- черная мамба. Скорость ее движения 16-19 км. Час;
• самое медленное млекопитающее  - трехпалый ленивец, передвигающийся по земле со скоростью 1,8-2 м/мин;
• рекорд печатания на машинке – 158 слов в минуту.

Для практики важно знать, за какое время протекает та или иная реакция, какова ее скорость.

Скорость химических реакций принято выражать изменением концентрации реагирующих веществ или продуктов реакции в единицу времени.

   Пример измерения скорости химической реакции: 0,5 моль/л.сек, это означает, что каждую секунду в одном литре 0,5моль вещества превращается в другое вещество.

Какие же условия влияют на скорость химической реакции).

Природа реагирующих веществ. В зависимости от того, какие именно вещества реагируют, реакции могут протекать очень быстро (со взрывом), с умеренными скоростями или крайне медленно.

Эта группа проводит реакции взаимодействия с раствором серной кислоты  (10%) и магния с тем же раствором кислоты. Природа магния такова, что он быстрее реагирует с кислотой, чем цинк.

Концентрация реагирующих веществ.

Поскольку в основе химической кинетики лежит постулат о том, что взаимодействие между молекулами (или др.), приводящее к образованию новых веществ, происходит только при столкновениях реагирующих частиц, то, чем больше частиц в единице объема, т.е. чем больше их молярная концентрация, чем чаще они за единицу времени сталкиваются и тем выше скорость химической реакции.

Эта группа проводит  реакции взаимодействия цинка с серной кислотой 5% и 10%.

Температура. Для подавляющего большинства самых разных химических реакций скорости их возрастают с увеличением температуры. Причина сильной зависимости скорости реакции от температуры состоит в том, что увеличивается доля частиц, обладающих повышенной энергией, столкновение которых приводит к протеканию химической реакции. Поэтому скорости большинства химических реакций (экзо- и экзотермических, прямых, обратных, гомогенных, гетерогенных и т.д.) даже при незначительном увеличении температуры заметно возрастают. Повышение температуры на каждые 10 градусов скорость увеличивается в 2-4 раза.

Правило Вант-Гоффа: скорость большинства химических реакций при повышении температуры на каждые 10  возрастает в 2-4 раза. Математически правило Вант-Гоффа выражается формулой:

где:– температурный коэффициент; – скорость химической реакции при температурах ,  соответственно.

Группа проводит реакции взаимодействия оксида меди (порошка) с раствором серной кислоты (10%) без нагревания и с нагреванием.

Катализатор.

Введение в реакционную систему небольших количеств специальных добавок- катализаторов может приводить к значительному увеличению скорости химической реакции. Действие катализатора состоит в том, что в его присутствии реакция протекает по иному маршруту, с меньшей энергией активации. Для обратимых реакций введение катализатора приводит к ускорению как прямой, так и обратной реакции. ( Механизм действия катализаторов не рассматривается). Группа проводит реакцию разложения раствора пероксида водорода с применением дихромата калия.

Площадь соприкосновения реагирующих веществ, для гетерогенных реакций.

Чем сильнее измельчено вещество, тем больше площадь раздела фаз и тем выше скорость реакции.

Группа проводит реакции взаимодействия гранул цинка с серной кислотой (10%) и порошка цинка с тем же раствором серной кислоты.

                   Класс заполняет таблицу в тетради.

№ п/п

№ пробирки

Содержание и условия опыта

Наблюдения

Выводы с разъяснением  причин

В  ходе заполнения последней графы таблицы возникает «разрыв» с появлением информационного запроса о выводах по каждому опыту и объяснению причин наблюдаемых явлений.

4.Закрепление. Решение задач на скорость реакций.

Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 2,3. Укажите, как изменится скорость этой реакции при повышении температуры на 20 градусов.

5.Домашнее задание: Решение задач

1.Если температурный коэффициент реакции равен 2, то для увеличения скорости  реакции в 16 раз температуру нужно увеличить на сколько градусов?

2.Как необходимо изменить температуру в системе, чтобы скорость химической реакции увеличить в 81 раз. Температурный коэффициент равен 3? Правило Вант-Гоффа.