Тема урока: Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химических реакций

Сатенова Жанна Аликовна

учитель химии КГУ «Кос-Истекская средняя школа»

Актюбинская область, Каргалинский район,

п.Кос-Истек 

Цель урока

  • обучающая: продолжить формирование понятия «скорость химических реакций», вывести формулы для вычисления скорости гомогенных и гетерогенных реакций, рассмотреть от каких факторов зависит скорость химических реакций;
  • развивающая: учить обрабатывать и анализировать экспериментальные данные; уметь выяснять взаимосвязь между скоростью химических реакций и внешними факторами;
  • воспитательная: продолжить развитие коммуникативных умений в ходе коллективной работы; акцентировать внимание учащихся на важности знаний о скорости химической реакции протекающих в быту (коррозия металла, прокисание молока, гниение и др.)

Тип урока: комбинированный

Методы обучения: словесный, наглядный, самостоятельный.

Ход урока

  1. Организационный момент:
  2. Опрос домашнего задания:
  3. Что называется тепловым эффектом реакции?
  4. Единица измерения теплового эффекта?
  5. Дайте определение понятию термохимия?
  6. Что такое эндотермическая и экзотермическая реакции?
  7. Какие уравнения называют термохимическими?
  8. Что такое энтальпия?
  9. Что называют теплотой образования соединения?
  10. Что гласит закон Гесса?
  11. Что называют теплотой сгорания соединения?

 

Решение задачи стр. 91 упр:6.

 

  1. Изучение нового материала:

Скорость реакции определяется изменением количества вещества в единицу времени

В единице V (для гомогенной)

На единице поверхности соприкосновения веществ S (для гетерогенной)

Очевидно, что при таком определении величина скорости реакции не зависит от объёма в гомогенной системе и от площади соприкосновения реагентов – в гетерогенной.

Из этого следуют два важных момента (слайд 4):

1) по приведённым формулам можно рассчитать лишь некоторую среднюю скорость данной реакции в выбранном интервале времени (ведь для большинства реакций скорость уменьшается  по мере их протекания);

2) рассчитанная величина скорости будет зависеть от того, по какому веществу её определяют, а выбор последнего зависит от удобства и лёгкости измерения его количества.

Например, для реакции 2Н2 2= 2Н2О:    υ (по Н2) = 2 υ (по О2) = υ (по Н2О)

Первичное  осмысление полученных знаний о скорости реакции. Правильность решения задачи.

Задача (слайд 5).Химическая реакция протекает в растворе, согласно уравнению: А+В = С. Исходные концентрации:  вещества А – 0,80 моль/л, вещества В – 1,00 моль/л. Через 20 минут концентрация вещества А снизилась до 0, 74 моль/л. Определите: а) среднюю скорость реакции за этот промежуток времени;

б) концентрацию вещества В через 20 мин. Решение (приложение 4, слайд 6).

Нам известно, что на скорость химической реакции влияют разные факторы. Какие?

Перечисляют (слайд 7):

-природа реагирующих веществ;

-температура;

-концентрация реагирующих веществ;

– действие катализаторов;

-поверхность соприкосновения реагирующих веществ (в гетерогенных реакциях).

Влияние всех перечисленных факторов на скорость реакции можно объяснить, используя простую теорию – теорию столкновений (слайд 8). Основная идея её такова: реакции происходят при столкновении частиц реагентов, которые обладают определённой энергией.

Отсюда можно сделать выводы:

  1. Чем больше частиц реагентов, чем ближе они друг к другу, тем больше шансов у них столкнуться и прореагировать.
  2. К реакции приводят лишь эффективные соударения, т.е. такие при которых разрушаются или ослабляются «старые связи» и поэтому могут образоваться «новые». Но для этого частицы должны обладать достаточной энергией.

Минимальный избыток энергии (над средней энергией частиц в системе), необходимый для эффективного соударения частиц в системе), необходимый для эффективного соударения частиц реагентов, называется энергией активации  Еа.

Таким образом, на пути всех частиц, вступающих в реакцию, имеется некоторый энергетический барьер, равный энергии активации. Если он маленький, то находится много частиц, которые успешно его преодолевают. При большом энергетическом барьере необходима дополнительная энергия для его преодоления, иногда достаточно хорошего «толчка». Я зажигаю спиртовку – я сообщаю дополнительную энергию Еа, необходимую для преодоления энергетического барьера в реакции взаимодействия молекул спирта с молекулами кислорода.

Рассмотрим факторы, которые влияют на скорость реакции.

1) Природа реагирующих веществ (слайд 9).Под природой реагирующих веществ понимают их состав, строение, взаимное влияние атомов в неорганических и органических веществах.

Величина энергии активации веществ – это фактор, посредством которого сказывается влияние природы реагирующих веществ на скорость реакции.

2) Температура (слайд 11).Учащиеся знают, что в большинстве случаев при повышении t скорость  реакции увеличивается.

Учитель просит объяснить эту закономерность на основе теории столкновений.

Два предположения:

  • частицы реагирующих веществ начинают интенсивнее двигаться и чаще сталкиваться;
  • удачных, эффективных соударений становится больше, так как увеличивается доля «активных» частиц (энергия которых достаточна для преодоления энергетического барьера).

Учитель отмечает, что учащиеся рассуждают правильно, но всё-таки большее значение имеет второй фактор, так как расчёты показывают, что при увеличении температуры на каждые 100С общее число столкновений увеличивается только на  1,6 %, а скорость реакции увеличивается в 2-4 раза (на 100-300%)!

Последнее заключение на основе экспериментальных исследований сделал в прошлом веке голландский физикохимик Я. Вант-Гофф (первый нобелевский лауреат по химии).

Число, показывающее, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 100С, называют температурным коэффициентом.

Правило Вант-Гоффа математически выражается следующей формулой:

,

где υ2–скорость реакции при температуре t2, υ1– скорость реакции при температуре t1, γ – температурный коэффициент.

Решим задачу с использованием правила Вант – Гоффа.

Задача (слайд 12):

Определите, как изменится скорость некоторой реакции: а) при повышении температуры от 10 до 500С; б) при понижении температуры от 100 – 00 С. Температурный коэффициент реакции равен 3. Решение (приложение 4, слайд 13)

3) Концентрации реагирующих веществ (слайд 14).

Известно, чем больше концентрации реагирующих веществ, тем больше скорость химической реакции. Дайте этому объяснение.

Ответ. Непременным условием химического взаимодействия является столкновение частиц исходных веществ, чем больше концентрация, тем больше число столкновений, а среди них и эффективных соударений.

Уточняем. Термин «концентрация» обычно используется по отношению к растворам, но его можно применить и к газам. В этом случае о концентрации судят по давлению газов.

Проведение опыта 4 из практической работы. Выводы.

На основе большого экспериментального материала в 1867 г. норвежские учёные К. Гульдберг, и ПВааге и независимо от них в 1865 г. русский учёный Н.И. Бекетов сформулировали основной закон химической кинетики, устанавливающий зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ: скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях равных их коэффициентам в уравнении реакции.

Этот закон ещё называют  законом действующих масс (слайд 15).

По закону действующих масс скорость реакции, уравнение которой А+В=С может быть вычислена по формуле:       v1= k1CACB, а скорость реакции, уравнение которой А+2В=D, может быть вычислена по формуле:

v2= k2CACB2.

В этих формулах: CAи CB – концентрации веществ А и В (моль/л), k1 и k2 – коэффициенты пропорциональности, называемые константами скоростей реакции. Эти формулы также называют кинетическими уравнениями.

Константа скорости реакции, конечно, зависит от температуры, ведь чем больше температура, тем больше скорость реакции при тех же самых концентрациях реагирующих веществ. Закон действующих масс учитывает лишь концентрации газообразных или растворённых веществ и не учитывает концентрации твёрдых веществ (так как они считаются постоянными).

Самостоятельное решение: (слайд 16).

Задание 1. Составьте кинетические уравнения для следующих реакций:

А)H2+I2=2HI;
Б) 2 Fe + 3CI2= 2 FeCI3.

Задание 2.

Как изменится скорость реакции, имеющей кинетическое уравнение

v= kCA2CB, если  А) концентрацию вещества А увеличить в 3 раза;

Б) концентрацию обоих веществ  увеличить в 2 раза.  Решение (прил. 4, слайд 17).

4) Поверхность соприкосновения реагирующих веществ (слайд 18).

– В каком случае следует обсуждать этот фактор, влияющий на скорость реакции?

Предположительный ответ. Этот фактор, очевидно, связан с гетерогенными реакциями, которые протекают на поверхности соприкосновения реагирующих веществ: газ – твердое вещество, газ – жидкость, жидкость – твердое вещество, жидкость – другая жидкость, твердое вещество – другое твердое вещество, при условии, что они не растворимы друг в друге.

Приведите примеры гетерогенных реакций:

С(т)2(г)=СО2;
Zn(т)+2HCI(ж)à ZnCI2+H2

Вспоминаем формулу для вычисления средней скорости гетерогенной реакции:

При таком определении величина скорости гетерогенной реакции не зависит от площади этой поверхности, т.е. степени измельчения. Такая формула удобна в научных целях при изучении скорости реакции.

Есть и другие причины, способствующие изменению скорости реакций в гетерогенных процессах (помимо площади соприкосновения реагентов):

  • большая реакционная способность частиц на поверхности образующихся при измельчении кристаллов;
  • подвод реагентов и отвод продуктов из зоны реакции (свинец практически не взаимодействует с серной кислотой, так как этому мешает продукт реакции – нерастворимый сульфат свинца II, костёр горит интенсивнее, если есть ветерок).
  1. Закрепление:

Решение заданий по плану урока.

  1. Задача. (Слайд 5) Химическая реакция протекает в растворе, согласно уравнению: А+В = С. Исходные концентрации: вещества А – 0,80 моль/л, вещества В – 1,00 моль/л. Через 20 минут концентрация вещества А снизилась до 0, 74 моль/л. Определите: а) среднюю скорость реакции за этот промежуток времени;

б) концентрацию вещества В через 20 мин.

 

Решение (слайд 6).

Дано:                                  

С (А)1 = 0,80 моль/л

С (В)1 = 1,00 моль/л

С (А)2 = 0,74 моль/л

= 20 мин

 

Решение:

а) определение средней скорости реакции в растворе производится по формуле:

б) определение количеств реагирующих веществ:

А       +        В   = С

По уравнению            1 моль    1 моль

По условию               0,06 моль  0,06 моль

Количества

прореагировавших веществ.

Следовательно, С(В)2=С(В)1–   С=1,00-0,06=0,94моль/л

Ответ: гомоген = 0,003 моль/л    С(В)2  = 0,94 моль/л

Найти.

а) гомоген =?

б) С (В)2 =?

 

  1. Задача (слайд 12):

Определите, как изменится скорость некоторой реакции: а) при повышении температуры от 10 до 500С; б) при понижении температуры от 100 – 00 С. Температурный коэффициент реакции равен 3.

а) подставить данные задачи в формулу (слайд 13):

скорость реакции увеличится в 81 раз.

б)

Скорость реакции уменьшится в 3 раза.

 

  1. Задание 1. Составьте кинетические уравнения для следующих реакций:

А) H2+I2=2HI;     Б) 2 Fe + 3CI2= 2 FeCI3.

Задание 2.

Как изменится скорость реакции, имеющей кинетическое уравнение

v= kCA 2CB, если

А) концентрацию вещества А увеличить в 3 раза;

Б) концентрацию обоих веществ  увеличить в 2 раза. Решение слайд 17.

 

Решение. Подставим соответствующие данные в кинетическое уравнение, сравним скорости реакций.

а)   скорость реакции увеличится в 9 раз.

б)   скорость реакции увеличится в 8 раз.

  1. Домашнее задание: §3.8 упр: 13.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.