Санкт-Петербургская академия постдипломного педагогического образования Кафедра философии образования ВЫПУСКНАЯ РАБОТА

Санкт-Петербургская академия постдипломного педагогического образования
Кафедра философии образования
ВЫПУСКНАЯ РАБОТА
ПО КУРСУ
«ЛОГИКО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В ОБРАЗОВАНИИ»
УМП по учебной теме
«Скорость химической реакции»
Автор: Прохорова Надежда Борисовна
Должность: учитель биологии и химии
Название ОУ:ГБОУ СОШ № 493
Кировского района Санкт-Петербурга
Санкт-Петербург
2012
СОДЕРЖАНИЕ
1
Исходный учебный/методический текст
3
2
Оптимизированный учебный/методический текст
6
3
Учебно-методические материалы для освоения темы
(текста)
7
3.1.
Цели освоения темы
7
3.2.
Глоссарий
7
3.3.
План-оглавление учебной темы
8
3.4.
Учебно-контролирующие вопросы
9
3.4.1. Учебно-контролирующие вопросы «на знание»
3.4.2. Учебно-контролирующие вопросы «на понимание»
9
11
3.4.3.
Учебно-контролирующие вопросы «на интеллектуальное
умение»
12
3.5.
Обобщающие контролирующие задания «на
интеллектуальное умение»
15
1. Исходный учебный/методический текст
Скорость химических реакций.
Мы уже познакомились с основными типами химических реакций,
научились отличать их от физических явлений по определенным признакам,
производить расчеты по химическим уравнениям. Мы убедились, что
свойства
веществ,
вступивших
в реакцию,
отличаются
от свойств
образовавшихся веществ.
Однако настало время поговорить о продолжительности химических
реакций, то есть о протекании химического процесса во времени, за которое
он происходит. Известно, что одни химические реакции протекают за малые
доли секунды, другие же — за минуты, часы, дни. Например, практически
мгновенно
протекают
реакции,
которые
сопровождаются
взрывным
эффектом: горение пороха, воспламенение горючей смеси в двигателе
внутреннего сгорания автомобиля. При сливании растворов хлорида бария и
серной кислоты мгновенно образуется белый осадок сульфата бария:
ВаСI2 + Н2S04 = ВаSО4↓ + 2НСI.
Наоборот, реакция ржавления железа (коррозия) идет так медленно, что
проследить за ее результатами можно лишь по истечении длительного
времени. Одна и та же реакция может в одних условиях протекать быстро, а в
других — медленно. Например, процесс окисления серебра или меди на
воздухе тянется годами, а в присутствии озона проходит чрезвычайно
быстро. Чтобы характеризовать быстроту течения химической реакции,
пользуются понятием скорость химической реакции, которая обозначается
латинской буквой υ.
Скорость химической реакции υ определяется изменением концентрации
одного из реагирующих веществ или одного из продуктов реакции в единицу
времени.
Запишем формулу, по которой можно найти скорость реакции:
υ = ±Δc2-c1/Δ t2-t1= ± Δc/Δt
где с2 и с1 — молярные концентрации реагирующих или образующихся
3
веществ, соответственно, в момент времени t1 и t2.
Если
скорость
реакции
характеризуют
изменением
молярной
концентрации исходных (реагирующих) веществ, то t2 > t1, а с2 < с1
(концентрация исходного вещества убывает по мере протекания реакции).
Так как скорость реакции имеет положительное значение, перед дробью
следует поставить знак минус. При определении скорости реакции по
возрастающей концентрации образующихся веществ величина дроби ± Δс/
Δt получается положительной, перед дробью ставят знак плюс.
Количество вещества в единице объема называется его молярной
концентрацией. Она измеряется в моль/л. Так как время измеряется в
секундах (минутах, часах), то можно вывести и единицы измерения скорости
химической реакции: 1 моль/л · с; 1 кмоль/м3· мин и т. д.
Следовательно, чтобы определить, с какой скоростью протекает
химическая реакция, нужно знать:
а) какое количество вещества образуется (для продукта реакции) или
расходуется (для исходного вещества);
б) за какое время это происходит и
в) в каком объеме протекает реакция.
Знание
скоростей
химических
реакций
имеет
очень
большое
практическое и научное значение. Например, в химической промышленности
от скорости химической реакции зависят размеры и производительность
аппаратуры, количество вырабатываемого продукта и, в конечном итоге,
зарплата работников и себестоимость продукции.
Раздел химии, изучающий скорость химической реакции, называется
химической кинетикой. Зная ее законы, человек получает возможность
управлять химическими процессами, задавать им требуемую скорость.
При рассмотрении вопроса о скорости реакции необходимо помнить, что
реакции в химии делятся на гомогенные и гетерогенные. Реакции, которые
протекают в однородной среде (нет поверхности раздела реагирующих
веществ), например в смеси газов или в растворах, называются гомогенными
4
(от греч. гомо — «равный, одинаковый»). Гетерогенными называются
реакции, которые идут между веществами в неоднородной среде (есть
поверхность раздела реагирующих веществ). Например, на поверхности
соприкосновения твердого вещества и жидкости, газа и жидкости, твердого
вещества и газа и т. д. (от греч. гетеро — «разный, другой»).
Данное выше определение и соответствующая ему формула скорости
химической реакции справедливы для гомогенных реакций.
Если реакция гетерогенная, то она может идти только на поверхности
раздела реагирующих веществ. В этом случае скорость химической реакции
будет определяться площадью поверхности соприкосновения реагирующих
веществ.
Следовательно, для гетерогенных реакций одним из факторов, которые
определяют скорость химической реакции, является величина площади
поверхности
соприкосновения
реагирующих
веществ.
Поэтому
на
производстве столь часто проводятся химические реакции в «кипящем слое».
Твердое вещество для этой цели мелко дробят, измельчают почти до
состояния пыли, а затем через него пропускают снизу второе вещество, как
правило, газ. Прохождение его через мелкораздробленное первое веществореагент сопровождается иллюзией кипения. Например, в «кипящем слое»
осуществляется обжиг мелко измельченного серного колчедана при
производстве серной кислоты.
В лабораторных условиях зависимость скорости гетерогенной реакции
от величины поверхности соприкосновения реагирующих веществ можно
наблюдать на следующем опыте.
Опустите в одну пробирку гранулу цинка, а во вторую — порошок цинка
такой же массы. Налейте в обе пробирки по 2 мл раствора соляной кислоты.
В какой из пробирок реакция идет быстрее?
Другие факторы, от которых зависит скорость химической реакции, мы
рассмотрим
далее.
5
2. Оптимизированный учебный/методический текст
Скорость гомогенной и гетерогенной химической реакции.
Скорость гомогенной
Скорость гетерогенной
реакции
реакции
Определение
изменение количества
изменение количества
терминов
реагирующего вещества в
реагирующего вещества в
единицу времени в единице единицу времени на единице
объёма.
площади.
изменение молярной
концентрации одного из
реагентов за единицу
времени.
Формула
υ = ±Δc2-c1/Δ t2-t1= ± Δc/Δt
Единицы
измерения
Факторы,
Количество вещества,
Количество вещества,
влияющие на
молярная концентрация
площадь поверхности
скорость
соприкосновения реагентов
Управление
Увеличение
скоростью
реагентов,
реакции
реагентов,
реакций
концентрации Измельчение
растворение реагентов,
твердых
использование
проведение «кипящего слоя»
в
газообразном
состоянии
6
3.
Учебно-методические материалы для освоения темы (текста)
3.1.
Цели освоения темы
- Знание системы понятий о скорости химической реакции, критериев
гомогенной и гетерогенной реакции, формул расчета скорости
гомогенной и гетерогенной реакции, единиц измерения скорости
реакции;
- Объяснение влияния количества вещества, молярной концентрации,
площади поверхности соприкосновения реагентов на скорость;
- Использование полученных знаний в новых ситуациях, для решения
расчетных задач.
3.2.
Глоссарий
Химическая реакция – процесс перераспределения химических связей
между атомами, в результате которого образуются новые вещества.
Скорость – это величина, показывающая изменение какой-либо
величины за единицу времени.
Скорость химической реакции – изменение количества реагента или
продукта в единицу времени.
Скорость гомогенной химической реакции – это изменение количества
реагирующего вещества в единицу времени в единице объёма.
Скорость гомогенной химической реакции - изменение молярной
концентрации одного из реагентов за единицу времени.
Молярная концентрация (С) – величина, показывающая количество
вещества в единице объема (измеряется в моль/л).
Гомогенные реакции – реакции, которые протекают в однородной среде
(нет поверхности раздела реагирующих веществ).
Гетерогенные реакции – реакции, которые идут между веществами в
неоднородной среде (есть поверхность раздела реагирующих веществ).
«Кипящий слой» – прохождение одного реагента через мелко
раздробленный
другой
реагент. 7
3.3.
План-оглавление учебной темы
1. Характеристика скорости гомогенной реакции.
1.1. Формула скорости гомогенной реакции.
1.2. Единицы измерения скорости гомогенной реакции.
1.3. Факторы, влияющие на скорость гомогенной реакции.
1.4. Управление скоростью гомогенной реакции.
2. Характеристика скорости гетерогенной реакции.
2.1. Формула скорости гетерогенной реакции.
2.2. Единицы измерения скорости гетерогенной реакции.
2.3. Факторы, влияющие на скорость гетерогенной реакции.
2.4. Управление скоростью гетерогенной реакции.
8
3.4.
Учебно-контролирующие вопросы
3.4.1. Учебно-контролирующие вопросы «на знание»
Режим диалога
№
ВыборочноОткрытый
альтернативный
1
Содержание Дайте
Среди приведенных
вопроса
определение ниже
определений
термина
выберите
«скорость
определение термина
гомогенной
«скорость гомогенной
химической химической реакции»
реакции» с с учетом количества
учетом
вещества:
количества
A. изменение
вещества
количества реагента
или
продукта
в
единицу времени.
B. изменение
количества
реагирующего
вещества в единицу
времени в единице
объёма
C. изменение
молярной
концентрации одного
из
реагентов
за
единицу времени
Ответ
Скорость
В.
изменение
гомогенной
количества
химической реагирующего
реакции
– вещества в единицу
это
времени в единице
изменение
объёма
количества
реагирующег
о вещества в
единицу
времени
в
единице
объёма.
2
Содержание Назовите
Выберите
единицы
вопроса
единицы
измерения скорости
измерения
гомогенной реакции
Элементы
диалога
Альтернативный
Верно
ли
утверждение:
«изменение
количества
реагента
или
продукта
в
единицу времени
–
скорость
гомогенной
химической
реакции с учетом
количества
вещества»? Дайте
однозначный
ответ: «да» или
«нет».
нет
Верно
утверждение:
«скорость
ли
9
скорости
гомогенной
реакции.
Ответ
Единица
измерения
скорости
гомогенной
реакции
моль/л•с
среди перечисленных:
A. моль/л•мин
B. моль/м3•с
C. моль/см2•с
гомогенной
реакции
измеряется
в
моль/л•мин»?
Дайте
однозначный
ответ: «да» или
«нет».
Единицы измерения Да
скорости гомогенной
реакции:
А. моль/л•мин
В. моль/м3•с
10
3.4.2. Учебно-контролирующие вопросы «на понимание»
№
1
Элементы
диалога
Содержание
вопроса
Ответ
Режим диалога
ВыборочноОткрытый
альтернативный
Назовите
В предлагаемом
фактор,
списке выберите
определяющий
условие,
скорость
приводящее
к
гетерогенной
увеличению
химической
скорости
реакции. Ответ гетерогенной
поясните.
химической
реакции:
A. площадь
поверхности
соприкосновения
реагирующих
веществ,
B. увеличение
объема сосуда,
C. увеличение
количества
твердого
реагента
Гетерогенная
А.
Площадь
реакция идет на поверхности
поверхности
соприкосновения
раздела
реагирующих
реагирующих
веществ
веществ,
поэтому
скорость такой
реакции будет
определяться
площадью
поверхности
соприкосновени
я реагирующих
веществ.
Альтернативный
Верно
ли
утверждение:
«фактор,
определяющий
скорость
гетерогенной
химической
реакции
увеличение
количества
твердого
реагента»? Дайте
однозначный
ответ: «да» или
«нет».
нет
11
3.4.3. Учебно-контролирующие
умение»
№
1
Элементы
диалога
Содержание
вопроса
Ответ
Открытый
На основании
формулы
дайте
определение
скорости
гетерогенной
реакции.
Скорость
гетерогенной
реакции
изменение
количества
реагирующего
вещества
в
вопросы
«на
Режим диалога
Выборочноальтернативный
В предлагаемом
списке выберите
определение
скорости
гетерогенной
химической
реакции, данное
на
основании
формулы
:
A. изменение
молярной
концентрации
одного
из
реагентов
за
единицу
времени.
B. изменение
количества
реагирующего
вещества
в
единицу времени
на
единице
площади
C. изменение
количества
реагирующего
вещества
в
единицу времени
в
единице
объёма.
В.
изменение
количества
реагирующего
вещества
в
единицу времени
на
единице
площади
интеллектуальное
Альтернативный
Верно ли, что на
основании
формулы
определение
скорости
гетерогенной
реакции
будет
следующим:
скорость
гетерогенной
реакции
изменение
количества
реагирующего
вещества
в
единицу времени
на
единице
площади? Дайте
однозначный
ответ: «да» или
«нет».
Да
12
2
Содержание
вопроса
Ответ
3
Содержание
вопроса
единицу
времени
на
единице
площади.
В каком случае
скорость
реакции между
порошкообразн
ым магнием и
соляной
кислотой будет
выше:
если
использовать
30%-й или 1%й ее раствор?
Ответ
поясните.
В предлагаемом
списке выберите
условие,
приводящее
к
увеличению
скорости
гетерогенной
химической
реакции между
магнием
и
раствором
соляной кислоты:
A. повышение
концентрации
раствора соляной
кислоты;
B. увеличение
куска магния;
C. увеличение
объема сосуда.
При
А.
повышение
использовании концентрации
30% раствора раствора соляной
кислоты
кислоты
скорость будет
выше,
т.к.
скорость
находится
в
прямой
пропорциональ
ной
зависимости от
концентрации.
В
сосуд В
сосуд
вместимостью вместимостью
50л ввели 4 50л ввели 4 моль
моль
оксида оксида азота(II) и
азота(II)
и избыток
избыток
кислорода. Через
кислорода.
10 с количество
Через 10 с вещества оксида
Верно ли, что
порошкообразный
магний реагирует
более энергично с
30%-м раствором
соляной кислоты,
чем с 1%-м ее
раствором?
Дайте
однозначный
ответ: «да» или
«нет».
Да
В
сосуде
вместимостью 50л
происходит
реакция
между
оксидом азота(II)
и
избытком
кислорода. Через
10 с изменение 13
Ответ
количество
вещества
оксида азота(II)
оказалось
равным
1,5
моль. Найдите
скорость
данной
химической
реакции.
азота(II)
оказалось равным
1,5
моль.
В
предлагаемом
списке выберите
ответ,
характеризующи
й
скорость
данной
химической
реакции.
A. 0,005
моль/л•с
B. 0,05 моль/л•с
0,005 моль/л•мин
A. 0,005
4 моль/л•с
концентрации
оксида азота (II)
составило
2,5
моль/л. Верно ли,
что
скорость
данной
химической
реакции
будет
равна
0,005
моль/л•с? Дайте
однозначный
ответ: «да» или
«нет».
Дано:
ν1(NO) =
моль,
О2 – избыток,
t2 = 10 c,
t1 = 0 c,
ν2(NO) = 1,5
моль,
V = 50 л.
Найти:
υ
Решение
2NO + О2 =
2NO2.
υ = ±Δc2-c1/Δ t2t1
υ=
(4
–
1,5)/50•(10 – 0)
=
0,005
(моль/л•с).
Ответ. υ =
0,005 моль/л•с
Да
14
3.5.
Обобщающие контрольные задания «на интеллектуальное умение»
Опишите эксперимент, иллюстрирующий скорость реакции горения серы.
Работа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры философии
образования СПбАППО «_______» ____________________ 2012
Протокол № __________
15