Проблема:
Учитель: массы взятых веществ навесок твёрдых веществ, концентрация соляной кислоты, условия проведения реакции одинаковы, но при этом интенсивность проходящих процессов (скорость выделения водорода) различна?
Обсуждение:
Учащиеся: мы брали разные металлы.
Учитель: все вещества состоят из атомов химических элементов. Чем отличаются химические элементы согласно знанию вами Периодического закона и Периодической системы Д. И. Менделеева?
Учащиеся: Порядковым номером, положением в Периодической системе Д. И. Менделеева, то есть они имеют различное электронное строение, а следовательно простые вещества образованные этими атомами имеют различные свойства.
Учитель: то есть эти вещества имеют различную природу. Таким образом, скорость химической реакции будет зависеть от природы того или иного реагирующего вещества, т. к. они имеют различное строение и свойства.
Вывод:
Учащиеся: Скорость химической реакции будет зависеть от природы реагирующих веществ: чем активнее металл (вещество), тем выше скорость химической реакции.
Учитель: демонстрация положения химических элементов в «Ряду активности металлов»
Опыт №2. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ
До проведения опыта 2 учитель не должен акцентировать внимания учащихся на теме «Концентрация растворов», необходимо проверить остаточные знания путём создания проблемной ситуации.
В три пробирки (пронумерованные) прилить раствор НCl: в первую – 3 мл; во вторую – 2 мл; в третью – 1 мл.
Затем во вторую и третью добавить по 1 мл и 2 мл дистиллированной воды соответственно (тем самым разбавляем раствор).
В каждую из пробирок опустить по грануле Zn (примерно одинакового размера).
Наблюдения: химическая реакция идет во всех трех пробирках, но с разной скоростью.
Уравнение реакции:
Zn + 2НCl → ZnCl2 + Н2↑
· 10%-ый бурно
раствор НCl
· разбавленный медленно
10%-ый раствор НCl
· очень разбавленный очень медленно
10%-ый раствор НCl
Проблема: природа всех реагирующих веществ, условия проведения опыта одинаковы, однако интенсивность проходящих процессов (скорость выделения водорода) различна?
Обсуждение:
Учитель: почему скорость химической реакции разная, ведь реагируют одинаковые по химической природе вещества?
Учащиеся: При добавлении воды, мы изменили (уменьшили) концентрацию соляной кислоты во второй и третьей пробирках, при этом интенсивность выделения водорода уменьшалась.
Вывод:
Учащиеся: Скорость химической реакции будет зависеть от концентрации реагирующих веществ: чем больше концентрация реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции.
Опыт №3. Зависимость скорости химической реакции от температуры
В три пробирки (под номерами) налить по 3 мл раствора Н2SO4 (одинаковой концентрации). В каждую поместить навеску CuO (II) (порошок). Первую пробирку оставить в штативе; вторую – опустить в стакан с горячей водой; третью – нагреть в пламени спиртовки.
Наблюдения: химическая реакция идет во всех трех пробирках: раствор окрашивается в голубой цвет. Но в первой очень медленно и практически незаметно, во второй – с небольшой скоростью, а в третьей – очень быстро.
Учитель: какие процессы происходят с веществом – сильным электролитом – в растворе?
Учащиеся: при растворении вещества в воде происходит его диссоциация, т.е. вещества диссоциируют на ионы.
Учитель: какие ионы могут образоваться при диссоциации исходных веществ?
Учащиеся: среди исходных веществ есть только один сильный электролит – это серная кислота, она диссоциирует по уравнению: Н2SO4 → 2Н+ + SO42-.
Учитель: известно, что вещества диссоциируя могут взаимодействовать с молекулами воды, образуя гидратированные ионы, и некоторые среди таких гидратированных ионов окрашивают раствор в соответствующий цвет. Однако ни один из ионов: Н+ и SO42- не имеет окраски в растворе. Следовательно, синий цвет раствору придали гидратированные ионы полученные при диссоциации продукта реакции.
Учащиеся:
Уравнение реакции:
CuO + Н2SO4 → CuSO4 + Н2О
Синий раствор
· Н.у. очень медленно
· С горячей водой медленно
· Кипячение очень быстро
Учитель: синюю окраску раствору придали гидратированные ионы меди.
Проблема:
Учитель: все взятые для эксперимента вещества имеют одинаковую природу, масса взятого порошка CuO и концентрация серной кислоты также одинаковы, однако скорость реакции разная.
Обсуждение:
Учащиеся: Значит, при изменении температуры реакции мы изменяем и ее скорость.
Учитель: Значит ли это, что при повышении температуры будет увеличиваться скорость всех химических реакций?
Учащиеся: Нет. Некоторые реакции идут при очень низких и даже минусовых температурах.
Вывод:
Учащиеся: Следовательно, любое изменение температуры на несколько градусов будет в разы изменять скорость химической реакции.
Учитель: Практически так звучит закон Вант-Гоффа, который будет здесь действовать: При изменении температуры реакции на каждые 10 ºС скорость химической реакции изменяется (увеличивается или уменьшается) в 2-4 раза.
Опыт №4. Зависимость скорости химической реакции от площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ
В три пробирки (под номерами) прилить по 2 мл раствора HCl, и добавить в первую – гранулу Zn, во вторую – стружку Zn, в третью – порошок Zn (одинаковые по массе).
Наблюдения: химическая реакция идет во всех трех пробирках (выделение газа), но с разной интенсивностью.
Уравнение реакции:
Zn + 2НCl → ZnCl2 + Н2↑
· гранулы медленно
· стружка с высокой скоростью
· порошок бурно
Проблема:
Учитель: все вещества одинаковы по своей химической природе, одинаковы по массе и концентрации, реагируют при одинаковой температуре, однако интенсивность выделения водорода (а следовательно и скорость) разная.
Обсуждение:
Учащиеся: Одинаковые по массе гранулы Zn, стружки Zn и пыль Zn, имеют разные занимаемые объемы в пробирке, разную степень измельчения. Там где эта степень измельчения наибольшая – скорость выделения водорода максимальна.
Учитель: эта характеристика – площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ. В нашем случае различна площадь поверхности соприкосновения цинка с раствором Н2SO4.
Вывод:
Учащиеся: Скорость химической реакции зависит от площади соприкосновения реагирующих веществ: чем больше площадь соприкосновения реагирующих веществ (степень измельчения), тем больше скорость реакции.
Учитель: такая зависимость наблюдается не всегда: так для некоторых гетерогенных реакций, например, в системе Твердое вещество – Газ, при очень высоких температурах (более 500 0С) сильно измельчённые (до порошка) вещества способны спекаться, тем самым площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ уменьшается.
Занятие №2. Тема: Катализ и катализаторы
Приведённый ниже опыт проводится фронтально при объяснении нового материала в изучении темы 1. «Скорость химических реакций. Химическое равновесие» у учеников 9-х классов (см. тематическое планирование для 9 класса, уроки 7). Использовался теоретический материал учебника 8 класса О. С. Габриеляна Химия-8 [8], методическое пособие для учителя [9].
Цель работы:изучить влияниекатализатора на скорость химической реакции.
Форма работы:фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Реактивы и оборудование: 3% раствор перекиси водорода, MnO2 (порошок), детергент; спиртовка, пробирки, пробиркодержатель, спички, лучина, кипящая водяная баня.
Ход работы
Опыт №5. Зависимость скорости химической реакции от катализатора
Следует повторить понятие реагент в химической реакции, что бы потом учащийся смог дифференцировать реагент и катализатор в конкретной реакции.
В пробирку № 1 прилить 3%-ый раствор перекиси водорода и внести детергент (растворенный стиральный порошок). В пробирку № 2 прилить 3%-ый раствор перекиси водорода внести порошок оксида марганца (IV) и внести детергент (растворенный стиральный порошок).
Наблюдения: химическая реакция очень бурно проходит во второй пробирке и сопровождается выделением газа (детергент поднимается), по окончании реакции во второй пробирке масса оксида марганца (IV) не изменилась.
Учитель: Какой это газ? Водород или кислород? Как доказать выделение каждого из газов?
Ученики: внесём тлеющую лучину.
Наблюдения: лучина вспыхивает
Ученики: следовательно, это кислород
Уравнение реакции:
2Н2О2 → 2Н2О+ О2↑
Проблема: если условия проведения опытов в пробирке № 1 и № 2 – концентрация перекиси водорода, температурный режим, природа исходного вещества – были одинаковые, а внесённый оксид марганца (IV) не израсходовался в ходе опыта, то почему во второй пробирке так интенсивно выделялся кислород?
Обсуждение:
1) проходит ли реакция разложения перекиси водорода в первый пробирке?
Обсудить с учащимися условия хранения, используемого в быту как бактерицидное средство, вещества – перекиси водорода. Обратить внимание на то, что особенно на свету она разлагается на воду и кислород, который в момент образования обладает сильными окислительными свойствами. По этой причине перекись водорода хранят в герметичных тёмных склянках.
Учитель: нам уже известно, что повышение температуры способствует повышению скорости реакции. Подогреем пробирку № 1 на водяной бане.
Наблюдения: детергент поднимается по пробирке.