Факторы, влияющие на скорость реакции.

Московская область
Серпуховский район
МОУ «Туровская средняя
общеобразовательная школа»
Семинар – практикум
11 класс
Тема «Факторы, влияющие на скорость
химической реакции»
Учитель Бульбас Нина Александровна
.
с. Турово
ноябрь 2006 год
Тема урока: Факторы, влияющие на скорость химической реакции
Цели:
- Углубить и обобщить знания учащихся о скорости химической реакции,
зависимости скорости гомогенных и гетерогенных реакций от различных
факторов (учащиеся должны описывать сущность и механизм катализа);
- Продолжить формирование умений и навыков обращения с лабораторным
оборудованием и химическими реактивами (школьники должны уметь
экспериментально подтверждать влияние отдельных факторов на скорость
химической реакции);
- Продолжить формирование таких логических приемов, как наблюдение,
анализ, сравнение, обобщение;
- Способствовать обучению специфическим умениям коллективной работы;
- Продолжить формирование интереса к изучаемому предмету;
- Закрепить навыки работы с персональным компьютером
Оборудование:
Компьютеры, мультимедийное пособие по химии «Виртуальная
лаборатория», мультимедийный проектор, экран.
Пробирки, спиртовки, лучинки.
Реактивы: Zn, растворы HCl (1 : 1) и HCl (1 : 10), CaCO3 (порошок), CaCO3
(неизмельченный), растворы NaOH, CuSO4 , H2O2
Подготовительная работа:
Класс делится на три группы, задание группам выдается перед началом урока
Девиз урока:
«Практика есть основа
знаний и критерий истины»
Ход урока:
I этап
Вступительное слово учителя.
Учитель:
В природе и в лабораторных условиях протекают и медленные и быстрые
реакции. Ржавление железа, затвердевание цемента, образование минералов в
земной коре, окисление каучука – это процессы, протекающие медленно;
взрыв пороха, ядерная реакция в атомном реакторе, вспышка паров бензине в
цилиндре двигателя внутреннего сгорания совершаются очень быстро
Скорость реакции – важнейший критерий пригодности её для
использования в промышленности и технике. Например, уголь при сгорании
выделяет довольно много энергии. Почему бы не применить эту реакцию для
реактивного самолета?
Ученик:
Скорость окисления угля оказывается недостаточной, и самолет «на угле» не
смог бы развить надлежащей мощности для реактивного двигателя.
Требуется специальное горючее, сгорающее с большей скоростью.
Учитель:
Но если, например, реакция получения мыла из жиров и щелочей протекала
бы со скоростью взрыва, едва ли можно было бы организовать производство
мыла на такой основе.
Поэтому точное определение скорости реакции и изучение способов,
позволяющих варьировать её в широких пределах, интересует не только
химиков, но и специалистов, работающих в областях, казалось бы, далеких от
химии.
А теперь ответьте на следующий вопрос: «Чем измеряется скорость
химической реакции?
Ученик:
Изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени.
Учитель:
Как изменяется скорость обратимой реакции с течением времени, если не
вмешаться в ход её течения?
Ученик:
В первоначальный момент скорость прямой реакции наибольшая, так как
исходные вещества начинают расходоваться. По мере протекания процесса
эти вещества убывают, и скорость уменьшается. Напротив, скорость
обратной реакции возрастает, то есть реакции протекает как бы в
колебательном (периодическом) режиме.
Учитель:
Можно ли в данном случае прибегнуть к аналогии в природе?
Ученик:
В природе, например, соотношение между числом волков и оленей –
хищников и их жертв, складывается именно таким периодическим образом:
пусть имеется некоторое количество волков и оленей. Волки поедают оленей,
и за счет этого процесса растет численность волков. А численность жертв
убывает. Наступает момент, когда волкам уже не хватает пищи. Они
начинают вымирать, и уменьшение их числа, конечно, сказывается на
увеличении поголовья оленей. Возрастание числа оленей соответствует
увеличению запасов пищи для волков, волки опять начинают размножаться,
и процесс повторяется, приобретая периодический характер. Периодически
повторяющиеся реакции в настоящее время известны и активно изучаются.
Учитель:
Итак, чем быстрее меняется концентрация веществ за определенный
промежуток времени, тем выше скорость химической реакции.
Теперь мы вплотную подошли к вопросу: «Как в результате внешнего
воздействия изменить скорость химической реакции? (тема записывается
в тетрадях, подготавливаются таблицы для составления опорного конспекта)
Факторы, влияющие на
скорость химической реакции
Примеры и признаки
химических реакций
Выводы об условиях,
влияющих на скорость
химической реакции
С
Т
Kat
S
II этап
Исследовательская работа в группах (5 – 7 минут)
I – III группы – 1. Влияние температуры на скорость химических реакций (из
мультимедийного пособия). Определите температурный коэффициент
реакции. 2. Зависимость скорости реакции от природы реагирующих
веществ.
I группа – влияние концентрации веществ на скорость химических реакций
II группа – влияние площади поверхности соприкосновения реагирующих
веществ на скорость гетерогенной химической реакции
III группа – влияние катализатора на скорость химической реакции
III этап
Отчеты групп о проделанной работе (6-7 минут)
По мере обсуждения составляется опорный конспект, предложенный в
начале урока.
IV этап
Обсуждение вопроса о важности изучения кинетики
химических реакций
Учитель:
Изучение кинетики реакций играет важную роль для объяснения многих
явлений в окружающем нас мире. Остановимся на некоторых примерах, а для
этого я предлагаю ответить вам на некоторые вопросы.
Приведите примеры биохимических реакций с участием ферментов. Как
изменяется скорость реакций в живых организмах?
Ученик:
Для жизни организма очень важно, чтобы скорости различных реакций
сохранялись постоянными во времени, так как это обеспечивает устойчивые
режимы работы ферментов и других звеньев сложной системы обмена
веществ. Поэтому способность к саморегулированию имеет огромное
значение в биохимии и биологии. Ведь расщепление жиров, окисление
глюкозы, биосинтез белка, процессы пищеварения – все происходит под
действием ферментов.
Учитель:
А сейчас из природной и научной лаборатории мы перейдем в
производственную сферу, где человек моделирует реакции, что является
важным экономическим показателем эффективности производства. Какие
факторы способствуют увеличению скорости реакций в доменной печи при
выплавке чугуна?
Ученик:
Обогащение железной руды, добавление кислорода в вдуваемому воздуху
– это повышение концентрации реагирующих веществ. Загружаемые в
доменную печь: руду, кокс, флюсы – измельчают до оптимальных размеров.
Для повышения температуры вдуваемый воздух подогревают в
регенераторах.
Учитель:
Посредством каких факторов можно управлять скоростью реакций обжига
колчедана в сернокислотном производстве?
Ученик: Обжиг в «кипящем слое», вместо воздуха вдувают чистый
кислород, не давая пириту спекаться, утилизация излишков теплоты,
использование практичного катализатора V2O5 при окислении SO2 в SO3
V этап
Подведение итогов работы. Запись домашнего задания
VI этап
Рефлексия
Учитель:
Что вам удалось на уроке? Что не удалось? Как вы думаете, то, что вы узнали
сегодня на уроке, пригодится вам в повседневной жизни?
Ваши пожелания на будущее
Скорость окисления угля оказывается недостаточной, и самолет «на угле» не
смог бы развить надлежащей мощности для реактивного двигателя.
Требуется специальное горючее, сгорающее с большей скоростью.
Изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени.
В первоначальный момент скорость прямой реакции наибольшая, так как
исходные вещества начинают расходоваться. По мере протекания процесса
эти вещества убывают, и скорость уменьшается. Напротив, скорость
обратной реакции возрастает, то есть реакции протекает как бы в
колебательном (периодическом) режиме.
В природе, например, соотношение между числом волков и оленей –
хищников и их жертв, складывается именно таким периодическим образом:
пусть имеется некоторое количество волков и оленей. Волки поедают оленей,
и за счет этого процесса растет численность волков. А численность жертв
убывает. Наступает момент, когда волкам уже не хватает пищи. Они
начинают вымирать, и уменьшение их числа, конечно, сказывается на
увеличении поголовья оленей. Возрастание числа оленей соответствует
увеличению запасов пищи для волков, волки опять начинают размножаться,
и процесс повторяется, приобретая периодический характер. Периодически
повторяющиеся реакции в настоящее время известны и активно изучаются.
Для жизни организма очень важно, чтобы скорости различных реакций
сохранялись постоянными во времени, так как это обеспечивает устойчивые
режимы работы ферментов и других звеньев сложной системы обмена
веществ. Поэтому способность к саморегулированию имеет огромное
значение в биохимии и биологии. Ведь расщепление жиров, окисление
глюкозы, биосинтез белка, процессы пищеварения – все происходит под
действием ферментов.
Обогащение железной руды, добавление кислорода в вдуваемому воздуху
– это повышение концентрации реагирующих веществ. Загружаемые в
доменную печь: руду, кокс, флюсы – измельчают до оптимальных размеров.
Для повышения температуры вдуваемый воздух подогревают в
регенераторах.
Обжиг в «кипящем слое», вместо воздуха вдувают чистый кислород, не давая
пириту спекаться, утилизация излишков теплоты, использование
практичного, то есть более экономичного, катализатора оксида ванадия (V)
V2O5 при окислении оксида серы(IV) SO2 в оксида серы (VI) SO3
1. Скорость реакции находится в зависимости от концентрации
реагирующих веществ. Эта зависимость выражена законом
действующих масс, который гласит:
«Скорость химической реакции пропорциональна произведению
концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных их
коэффициентам в уравнении реакции»
Напримеp, для реакции А + В = D
υ1 = k1 CA* CD
для реакции 2A + B = D υ2 = k2 * CA2 * CB
Закон действующих масс не учитывает концентрации веществ в
твердом состоянии. Так для реакции горения угля:
C + O2 = CO2 υ3 = k3 * C(O2)
2. Чтобы реакции произошла, необходимо, чтобы частицы эффективно
столкнулись друг с другом. Чем больше концентрация реагирующих
веществ, тем больше вероятность такого столкновения, так число
частиц в единице объема больше.
1. Для гетерогенных реакций, в которых участвуют твердые вещества,
необходимо учитывать степень измельчения реагентов.
2. Измельчая твердые вещества, увеличивается площадь соприкосновения
реагирующих веществ. Кроме того, разрушается структура
«правильной» кристаллической решетки. Это приводит к тому, что
частицы на поверхности образующихся микрокристаллов более
реакционноспособные, чем те, что были на поверхности «гладких»
кристаллов. Эффективность столкновения растет, потому и растет
скорость химической реакции.
1. Сульфат тетрааминмеди в реакции разложения пероксида водорода
играет роль катализатора. В данном случае катализ является
гомогенным, так как все вещества в нем участвующие в одном
агрегатном состоянии.
2. При гомогенном катализе происходит образования промежуточного
вещества – так называемого активированного комплекса. В нем
разрываются старые связи и образуются новее. Энергия активации
понижается. Потому такие комплексы непрочны и распадаются,
образуя продукты реакции. При гетерогенном катализе также
образуются активные промежуточные соединения, которые
представляют поверхностные соединения катализатора с
реагирующими веществами. Сначала происходит адсорбция
реагирующих веществ пористой поверхностью катализатора с
образованием активных частиц, участвующих в реакции. Молекулы
этих продуктов не образуют прочных связей и происходит десорбция.