Тема 13. мЕтодика изучения темы «скорость химических реакций»
Скачать 312.49 Kb.
|
| Тема 13. мЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ «сКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ» 1. Место и значение темы в курсе химии средней школы Изучение темы «Скорость химической реакции» в средней школе имеет большое теоретическое и практическое значение для понимания учащимися закономерностей протекания различных химических процессов, способствуя тем самым, формированию и развитию логического мышления и мировоззрения. Данная тема является теоретической базой для последующего изучения технологических процессов производства в области химии. Поэтому, одной из актуальных задач педагогов и методистов является совершенствование методики изучения вопросов, входящих в данную тему, повышая, тем самым, эффективность обучения. Тема «Скорость химических реакций» изучается в курсе химии средней школы, в зависимости от авторских программ в 8-11 классах. О. С. Габриелян описывает тему «Скорость химических реакций» в 8 классе и, в соавторстве с Г. Г. Лысовой, – в 11 классе. Л. С. Гузей в соавторстве с Р. П. Суровцевой и В. В. Сорокиным описывает в учебнике для 8 класса, в соавторстве с Р. П. Суровцевой в 10 классе. На тему отводится от 2 до 6 уроков, в зависимости от авторской программы. Данная тема занимает ключевые позиции, наряду с другими, поскольку позволяет понять механизмы и сущность протекания тех или иных химических процессов. Изучение темы помогает учащимся учиться абстрактно мыслить, поскольку сущность некоторых явлений нельзя показать на конкретных примерах. В связи с этим, при изучении темы необходимо активно привлекать проблему и химический эксперимент, поскольку такая постановка материала позволит учащимся продуктивнее мыслить, лучше понимать сущность изучаемых явлений. Объяснение понятий зависимости скорости реакций от катализатора приводится на основе теории активированного комплекса. Эта теория в сочетании с кинетической теорией молекулярного движения позволяет понять, как влияют на скорость различные факторы (концентрация, температура, катализатор и др.). Эти представления позволяют не только связать между собой ранее изученные теории, но и создают основу для последующего рассмотрения равновесий в химических системах. Приступая к изучению темы «Скорость химических реакций», учащиеся уже знают, что различные реакции протекают с разными скоростями. Однако, они совершенно не представляют себе, как объяснить эти различия и как связать их с изменениями энергии при реакциях, или с кинетической теорией газов и т.п. Значение этой темы целесообразно рассматривать в трех аспектах. а). Для формирования знаний и умений учащихся по химии. Изучение основных закономерностей химических реакций позволяет учащимся понять связь теории и практики и продолжить дальнейшее изучение химии. В процессе изучения темы, учащиеся получают новую для них информацию, тем самым формируются новые понятия темы, такие как скорость химических реакций, механизмы их протекания, понятия о катализе и т.д. Тема является теоретической базой для формирования понятий научных принципов процессов производства. Знания темы создают возможность управления химическими процессами. Практические умения и навыки учащихся формируется на практических занятиях (лабораторная работа с экспериментом). На практической работе у учащихся развиваются практические навыки обращения с лабораторным оборудованием, реактивами, появляется практический интерес к наблюдаемым явлениям. При объяснении темы учителю следует опираться на ранее полученные знания учащихся из курса физики (строение атома, средняя скорость при неравномерном движении, ее зависимость от пути и времени), математики (математические выражения и их расчет), химии (строение вещества, периодический закон и периодическая система Д. И. Менделеева, атомно-молекулярное учение). б). Для воспитания учащихся. Материал данной темы позволяет рассмотреть проблему охраны окружающей среды; дает возможность формировать у школьников бережное отношение к природе, гражданскую ответственность за ее сохранность; позволяет формировать научное мировоззрение путем установления взаимосвязей и взаимозависимостей явлений в ходе химических процессов и в природе. При изучении данной темы осуществляется трудовое воспитание и профориентация учеников. Учащиеся на практических занятиях формируют ответственность при проведении работ, учатся работать в коллективе; знание техники безопасности будет воспитывать у школьников внимательность и аккуратность при выполнении лабораторных опытов. в). Для развития учащихся. Как было указано выше, для развития учеников необходимо привлекать постановку проблемы и химический эксперимент. Постановка проблемных вопросов будет способствовать развитию мышления, внимания, речи и памяти. Химический эксперимент дает возможность визуально наблюдать химические явления, признаки химических реакций, наблюдать разницу в скорости протекания химических реакций. Появляется возможность глубже задуматься над причинами (факторами) влияющими на скорость химических реакций, что благотворно отражается на развитии мышления учащихся. На основе эксперимента школьники будут делать выводы о сущности этих факторов. Вербальные объяснения наблюдаемых явлений будут способствовать развитию речи, более грамотному изложению тех или иных понятий. При выполнении лабораторных опытов ученики будут развивать навыки работы в химической лаборатории. Очень важно показать учащимся, что учение о скоростях химических реакций находится на переднем крае химической науки, т.к. наши знания в области механизмов реакции пока достаточно ограничены, и что в этой интересной и важной области исследований имеется открытое поле деятельности для способных и заинтересовавшихся химией учащихся. В частности, можно отметить, что лишь для очень небольшого числа реакций известно что-либо конкретное об их активированных комплексах, а в большинстве случаев точный механизм реакции не известен. 2. Тематический поурочный план Приводится следующий примерный тематический поурочный план в соответствии с логикой изучаемого материала. Данный план отличается от традиционных и авторских тем, что уроки насыщены экспериментом. В план входит отдельный урок по решению задач, предлагается обобщение темы в виде самостоятельной работы (компьютерное тестирование). Таблица 1.
3. Основные понятия темы В связи с тем, что учащиеся при изучении темы «Скорость химических реакций» сталкиваются с новыми понятиями необходимо продолжить ведение терминологического словаря, с помощью которого учащимся будет легче ориентироваться в материале. Мы предлагаем следующий вариант такого словаря, где термины и понятия систематизированы с учетом уже изученного материала. Абсорбция – процесс аналогичный адсорбции. Абсорбция отлична от адсорбции тем, что при первой происходит поглощение веществ во всем объеме поглотителя – абсорбента (гомогенная система). Адсорбция – процесс, при котором растворенные вещества поглощаются поверхностным слоем жидкости или твердого тела. Речь идет о гетерогенной системе. Примером может служить обесцвечивание раствора фуксина при действии активированного угля в качестве адсорбента. Атом – наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его свойства. Каждому элементу соответствует определенный вид атомов, строение которых определяет химическую индивидуальность элемента. Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Атом в целом электронейтрален. Атомы могут существовать как в свободном состоянии, так и в соединении с атомами того же элемента или других элементов, образуя молекулы. Атомно-молекулярное учение – теоретическое обобщение научных данных о строении и процессах взаимодействия веществ. Основы были заложены М.В. Ломоносовым, развиты Д. Дальтоном и другими учеными. Основные положения этого учения изложены в работе «Элементы математической химии» (1741). Сущность учения Ломоносова можно свести к следующим положениям: 1) вещества состоят из «корпускул» – молекул. 2) Молекулы состоят из «элементов» – атомов. 3) Частицы – молекулы и атомы – находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел есть результат движения их частиц. 4) Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных – из различных атомов. По Дальтону, простые вещества состоят только из атомов, и лишь сложные вещества из «сложных атомов», в современном понимании – молекул. Учение окончательно утвердилось в середине XIX века, на международном съезде химиков в г. Карлсруэ в 1860 г., где были приняты определения понятий молекулы и атома. Активные молекулы – частицы, обладающие энергией, достаточной для осуществления данной химической реакции. Число таких молекул в системе зависит от факторов (условий), при которых осуществляется данная химическая реакция. Неактивные частицы можно сделать активными, если сообщить им необходимую дополнительную энергию, – этот процесс называется активацией. Активаторы (в химии): 1) вещества (промоторы), добавление которых к катализатору увеличивает его активность, избирательность или устойчивость. Например, железный катализатор синтеза аммиака содержит несколько процентов Al2O3, K2O. Оксид ванадия V2O5 – катализатор окисления SO2 в SO3 – активируют добавками оксидов щелочных металлов. 2) Атомы элементов, вводимые в небольших количествах в кристаллическую решетку кристаллофосфоров, образующие вместе с окружающими их атомами решетки центры люминесценции кристаллофосфоров. Для кристаллофосфора сульфида цинка активаторами являются Cu, Ag, Au, Mn, редкоземельные элементы; для флюорита CaF2 – редкоземельные элементы. 3) Вещества, способствующие коррозии, например ионы водорода, кислород, растворенный в воде. В биохимии активаторами называют вещества, усиливающие действия ферментов. Активация молекул – сообщение молекулам некоторой дополнительной энергии, необходимой для осуществления химического взаимодействия между ними. Один из способов активации – увеличение температуры: при повышении температуры число активных частиц сильно возрастает, благодаря чему резко увеличивается скорость химической реакции. Активные центры – участки катализатора на которых осуществляется химическая реакция. Последние представляют собой негомогенные области кристаллических решеток, например, грани или углы субмикроскопических кристаллов. Активность определенных катализаторов увеличивается при введении строго контролируемых добавок – промоторов. Гетерогенная система – неоднородная система, состоящая из нескольких однородных систем (фаз), отделенных поверхностью раздела. Фазы могут отличаться друг от друга по составу и свойствам. Примером могут служить: жидкость – насыщенный пар, насыщенный раствор с осадком; многие сплавы. Промежуточное положение между гетеро- и гомогенной системами занимают коллоидные растворы. Гетерогенная химическая реакция – реакция, реагенты которой находятся в разных фазовых состояниях, в отличие от гомогенной химической реакции. Пример – горение серы: Sтв+  → S.Гетерогенный катализ – каталитический химический процесс, осуществляемый в гетерогенной системе. В гетерогенном катализе реагенты и катализатор представлены разными фазами. Пример: окисление диоксида в триоксид серы в присутствии твердого катализатора – оксида ванадия V2O5: 2SO2 + O2 → 2SO3. Исходные вещества и продукты реакции представлены газовой фазой, а катализатор твердой фазой. Гомогенная система – физико-химическая система, состоящая из одной фазы. В гомогенной системе из двух и более компонентов каждый компонент распределен в массе другого в виде молекул, атомов, ионов. Составные части гомогенной системы нельзя отделить друг от друга механическим путем. Примерами таких систем служат: жидкие или твердые растворы, смесь газов и др. Гомогенная химическая реакция – реакция, реагенты которой представлены одинаковыми фазовыми состояниями, т.е. реакция осуществляемая в гомогенной системе. Пример – взаимодействие газообразных оксида азота (II) и кислорода: 2NOг + → 2N.Гомогенный катализ – каталитический химический процесс, осуществляемый в гомогенной системе. В гомогенном катализе реагенты и катализатор представлены одной фазой. Катализаторами здесь выступают кислоты и основания. Большинство этих реакций относятся к области органической химии. Закон действия масс – закон, согласно которому скорость гомогенной химической реакции пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Устанавливает соотношение между массами реагирующих веществ в химических реакциях при равновесии. З.д.м. установлен в 1864 – 1867 гг. К. Гульдбергом и П. Вааге. Согласно этому закону скорость, с которой вещества реагируют друг с другом зависит от их концентрации. З.д.м. широко используется при различных расчетах химических процессов. Математически этот закон можно записать: v=k[A]x[B]y, где k – константа скорости химической реакции; причем, x+y≤3, поскольку, тримолекулярные реакции практически не осуществимы. Ингибиторы – вещества, замедляющие или предотвращающие реакции окисления, полимеризации, окисления, коррозии металлов и др. Например: гидрохинон – ингибитор окисления бензальдегида; соединения технеция – ингибиторы коррозии сталей. Катализ – явление изменения скорости химической реакции под действием катализаторов. Катализаторы – вещества, изменяющие скорость химической реакции, не подвергаясь сами окончательному химическому превращению в данном процессе. Каталитическая химическая реакция – химическая реакция, протекающая при наличии в системе катализатора. Кинетика химическая – учение о скоростях химических реакций. Под кинетикой реакции понимают зависимость скорости данной реакции от концентрации реагирующих веществ, температуры и других параметров (потенциал электрода – в электрохимических реакциях, мощности дозы излучения в радиационно-химических реакциях и др.). Кинетическое уравнение химической реакции – математическое выражение зависимости скорости химической реакции от концентраций реагентов:  ,где v – скорость химической реакции; k – константа скорости химической реакции; [А], [B] – равновесные концентрации веществ, x, y – стехиометрические коэффициенты в уравнении химической реакции. Константа равновесия – постоянная величина. Равна отношению произведения равновесных концентраций всех продуктов реакции в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам при каждом продукте в уравнении реакции, к произведению концентраций всех реагентов в соответствующих степенях. Для реакции вида jA+kB  pR+qS, где A, B, R, S – химические вещества, участвующие в реакции, а j, k, p, q – соответствующие стехиометрические коэффициенты в данном уравнении реакции, согласно з.д.м., в условиях равновесия выполняется соотношение: ,где К - константа равновесия. Константа скорости химической реакции (k) – коэффициент пропорциональности в кинетическом уравнении, зависящий от природы реагирующих веществ и условий протекания реакции, и не зависящий от их концентраций. Физический смысл константы скорости: k=1 в случае, если исходные концентрации реагирующих веществ равны 1 моль/л. Концентрация молярная (молярность) – физическая величина, показывающая содержание количества вещества в одном литре раствора или газа. М=  . Где М – молярная концентрация, v – количество вещества, V – объем раствора или газа. Размерность – моль/л, или моль/м3.Молекулярность реакции – определяется числом молекул, одновременным взаимодействием между которыми осуществляется акт химического превращения. Одностадийный процесс, в котором участвует только одна молекула, называется мономолекулярной. Одностадийные реакции могут протекать с участием двух (бимолекулярные) молекул или трех (тримолекулярные). Примером бимолекулярной реакции является реакция между монооксидом азота и озоном, приводящая к образованию диоксида азота и кислорода:  Обратимые химические реакции – реакции, которые при одних и тех же условиях могут одновременно протекать в противоположных направлениях. Пример: H2O + SO2 H2SO3.Порядок реакции – определяется по виду уравнения, выражающего зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Порядок реакции равен сумме показателей степеней концентраций в уравнении, выражающем вышеописанную зависимость. Это можно изобразить общей схемой A+B C+D, в данном случае порядок равен двум.Правило Вант-Гоффа – показывает зависимость скорости реакции от температуры: при повышении температуры на каждые десять градусов, скорость большинства химических реакций возрастает в два-четыре раза:  ,где  ,  - скорости реакций соответственно при конечной t2 и начальной t1 температурах, а γ – температурный коэффициент скорости реакции, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции с повышением температуры на каждые 10 ОС.Принцип Ле Шателье – правило, согласно которому при оказании на систему, находящуюся в устойчивом равновесии внешнего воздействия, изменяя концентрацию реагентов, давление и температуру в системе, равновесие смещается в том направлении, в котором эффект воздействия уменьшается. Например, добавление водорода в равновесную систему 2N2+3H2 2NH3 смещает равновесие системы в таком направлении, чтобы концентрация водорода уменьшилось. Из этого следует, что равновесие смещается в направлении образования дополнительного количества NH3. Одновременно произойдет и некоторое уменьшение количества N2. Добавление в систему дополнительного количества N2 также вызовет смещение равновесия в сторону образования аммиака. Если в систему добавить NH3, равновесие сместится в направлении снижения концентрации NH3, то есть влево. Равновесие химическое – такое состояние системы, при котором одновременно и непрерывно протекают реакции в обоих направлениях, так что количества веществ, которые превращаются в единицу времени в прямой реакции, равно количеству веществ, которые образуются в реакции, идущей в обратном направлении. Химическое равновесие носит динамический характер: 2NO2 2NO+O2 Скорость химической реакции (v) – изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени, при неизменном объеме системы.  . Отрицательный знак в правой части уравнения говорит о том, что концентрация c исходного вещества уменьшается со временем.Температура (t, T) – термодинамический параметр, характеризующий энергетическое состояние частиц вещества или системы. Измеряется в градусах Цельсия ОС, в этом случае температура обозначается t и в кельвинах К, в этом случае – T. Температурный коэффициент (γ) – эмпирическая величина, показывающая, во сколько раз увеличивается скорость данной реакции, при повышении температуры на каждые десять градусов. Фаза – компонент гетерогенной системы, обладающий одинаковыми химическими и термодинамическими свойствами, ограничивающие поверхность раздела; носитель физических, физико-химических и химических свойств веществ. Например, лед-вода при 0 ОС вместе – двухфазная система: жидкая фаза – вода, твердая – лед. Ферменты (энзимы) – органические катализаторы белковой природы, вырабатываемые клетками живых организмов; участвуют во всех биохимических процессах; обладают большой активностью и специфичностью действий. Примеры: амилаза, мальтаза, панкреатин и другие. Фотохимические реакции – химические реакции, вызываемые действием света  . Например: фотосинтез в растениях, распад бромида серебра в светочувствительном слое фотопластинки, превращение молекул кислорода в озон в верхних слоях атмосферы, взаимодействие хлора с водородом на свету с образованием HCl и др. Экзотермические реакции – реакции, протекающие с выделением энергии. Пример: горение угля. C+O2=CO2+394 кДж Эндотермические реакции – реакции, протекающие с поглощением энергии. Пример: разложение СаСО3 на СаО и СО2. CaCO3→CaO+CO2 Энергия активации (Е) – представляет собой тот избыток энергии, которым должны обладать молекулы реагентов по сравнению со средней энергией, чтобы между ними произошла химическая реакция. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Урок: «Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химических реакций» Цель урока: ввести понятие о скорости химических реакций, ознакомить с факторами, влияющими на скорость химических реакций |  | Тема: Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химических реакций Цели занятия: дать представление о научных основах по обеспечению пожарной и взрывной безопасности, изучить пожарно-техническую и... |
| Урок-закрепление по теме: «Скорость химических реакций» Эти слова девиза нашего урока принадлежат великому русскому ученому, химику, фамилию которого вам предстоит разгадать, решив правильно... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: повторить классификацию веществ, типы химических реакций и признак их классификации, научить обучающихся применять полученные... |
| Урок химии в 8 классе. Тема урока: «Типы химических реакций на примере свойств воды» Цель урока: изучить состав и строение молекулы воды, физические и химические свойства, значение воды для живых организмов, а так... | | Тема: Классификация химических реакций. Реакции, идущие без изменения... ... |
| Реферат по теме «Тепловой эффект химических реакций» «Тепловой эффект химических реакций». Я считаю эту тему актуальной, потому что в наше время без химических реакций возможно очень... | | Тема 11. Методика изучения темы "Периодический закон и периодическая... Задачи: Обобщить и систематизировать знания учащихся об основных систематических |
| Вариант скорость химических реакций. Химическое равновесие Цель урока: систематизировать сведения о химических свойствах металлов, рассмотренных при изучении материала курса химии 8, 9 классов,... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель: Формирование у учащихся знания о факторах, влияющих на скорость химических реакций |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ... | | Введение в основу настоящей программы положены следующие дисциплины:... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Урок по теме: «Классификация химических реакций по числу и составу реагирующих веществ реакции» Цели. Дидактические. Систематизировать сведения о типах химических реакций по признаку – числу исходных и полученных веществ, по... | | Урока: Образовательная Образовательная: обобщить представления о химической реакции как о процессе превращения одного или нескольких веществ в другие вещества;... |
| Конспект урока по теме «Скорость химических реакций» Уравнения 1 есть дифференциальные уравнения Навье1 – Стокса2 движения вязкой жидкости, являющиеся математическим описанием полей... | | «Скорость химических реакций. Катализаторы» Прошу записать на доске уравнение данного химического процесса. После этого возвращаемся к первой пробирке, где уже видны признаки... |
