Прикладные аспекты темы "Скорость химической реакции и катализ" на уроках химии в средней школе

1) железным гвоздем и 4%-ным раствором CuSO₄; +

2) железной стружкой и 4%-ным раствором CuSO₄;

3) железным гвоздем и 10%-ным раствором CuSO₄;

2) железной стружкой и 10%-ным раствором CuSO₄;

33. Химическое равновесие в системе СО_2(г) + С_(т) 2СО_(г) - 173 кДж смещается в сторону продукта реакции при:

1) повышении давления;

2) повышении температуры; +

3) понижении температуры;

4) использовании катализаторов. [13 - 15]

3.2 Тесты типа «В»

1. Скорость химической реакции характеризует:

изменение количеств веществ за единицу времени в единице объема или единице площади; +

время, за которое заканчивается химическая реакция;

число структурных единиц вещества, вступивших в химическую реакцию;

движение молекул или ионов реагирующих веществ относительно друг друга.

2. Скорость химической реакции между медью и азотной кислотой зависит от:

массы меди;

объема кислоты;

концентрации кислоты; +

объема колбы.

3. Скорость химической реакции между цинком и кислотой зависит от:

понижения давления;

природы кислоты; +

повышения давления;

присутствия индикатора.

4. При увеличении температуры на 30 °С скорость реакции возрастает в 8 раз. Чему равен температурный коэффициент реакции?

1) 8; 2) 2; + 3) 3; 4) 4.

5. С большей скоростью идет взаимодействие соляной кислоты с:

1) Сu; 2) Fe; 3) Mg; 4) Zn. +

6. Скорость химической реакции горения угля в кислороде уменьшается при:

увеличении концентрации кислорода;

повышении температуры;

понижении температуры; +

повышении давления.

7. Молекулы оксида азота (IV) (бурого цвета) могут в определенных условиях димеризоваться, образовав бесцветную жидкость N₂O₄: 2NO₂ N₂O₄ + 55 кДж/моль.

Чтобы оксид азота (IV) максимально перевести в бесцветный димер, необходимо систему:

охладить; +

нагреть;

подвергнуть облучению солнечным светом;

выдерживать при комнатной температуре длительное время.

8. Химическое равновесие в системе C₄H_10(г) C₄H_8(г) + H_2(г) - Q

можно сместить в сторону продуктов реакции:

повышением температуры и повышением давления;

повышением температуры и понижением давления; +

понижением температуры и повышением давления;

понижением температуры и понижением давления.

9 - 12. Процесс

9. 2РС1₃ = 2Р + 3С1₂ - Q

11. NH₄C1 = NH₃ = НС1 + Q

4Cr + 3O₂ = 2Cr₂0₃ + Q

12. C + 2S = CS₂ - Q

называется

эндотермической реакцией соединения (12+)

экзотермической реакцией разложения (11+)

экзотермической реакцией соединения (10+)

эндотермической реакцией разложения (9+)

13 - 16. Процесс

13. С + СuО = СО + Сu - Q

14. Na₂S + H₂O = NaHS + NaOH - Q

15. CdO + H₂S = CdS + H₂O + Q

16. 2KI + C1₂ = I₂ + 2KC1 + Q

называется

экзотермической реакцией замещения (15+)

экзотермической реакцией обмена (14+)

эндотермической реакцией замещения (12+)

эндотермической реакцией обмена (13+)

17. Скорость реакции 2Н₂O₂ 2Н₂O + О₂ будет выше, если использовать

3% -и раствор Н₂О₂ и катализатор

30% -и раствор Н₂О₂ и катализатор +

3% -и раствор Н₂О₂ без катализатора

30%-и раствор Н₂О₂ без катализатора

18. Скорость реакции Мn + кислота соль + Н₂ будет выше при использовании

кислоты НСl и охлаждения

кислоты HF и нагревания +

кислоты НСl и нагревания

кислоты HF и охлаждения

19. Для гомогенной реакции А + В ... при одновременном увеличении молярной концентрации исходных веществ в 3 раза скорость реакции возрастет в

1)2 раза 2)3 раза 3)6 раз 4) 9 раз +

20. Скорость реакции Н_2(г) + I_2(г) 2HI понизится в 16 раз при одновременном уменьшении молярных концентраций реагентов в

1) 2 раза 2) 4 раза + 3) 8 раз 4) 16 раз

21. Скорость реакции N₂ + О₂ 2NO при уменьшении давления системы в 4 раза понизится в

1) 4 раза 2) 8 раз 3)16 раз + 4) 32 раза

22. Скорость реакции СО₂ + Н₂ СО + Н₂О при увеличении молярных концентраций в 3 раза (СО₂) и в 2 раза (Н₂) возрастет в

1)2 раза 2) 3 раза 3) 5 раз 4) 6 раз +

23--24. Скорость реакции

23. С_(Т) + О₂ СО₂ 24. С_(Т) + 2Сl₂ ССl₄ при V = const и увеличении количества реагентов в 4 раза возрастет в 1) 4 раза (23+) 2) 8 раз 3) 16 раз (24+) 4) 32 раза

25. В гомогенной реакции

4НС1 + О₂ 2С1₂ + 2Н₂О

при повышении давления равновесие сместится

1) влево 2) вправо + 3) не сместится 4) не знаю

26. В гомогенной реакции 2H₂S +3О₂ 2SO₂ + 2Н₂О

при понижении давления равновесие сместится

1) влево + 2) вправо 3) не сместится 4) не знаю

27. Доменный процесс Fe₂O₃ + 3СО 2Fe + 3СО₂ сопровождается экзо-эффектом, следовательно, при охлаждении выход продуктов

увеличивается + 3) не изменяется

уменьшается 4) не знаю

28. Гашение извести СаО сопровождается выделением энергии в форме теплоты, следовательно, при нагревании выход продукта

увеличивается 3) не изменяется

уменьшается + 4) не знаю

29. Выход продукта реакции СаS_(т) + 2О₂ СаSO_4(т) + Q можно увеличить

добавлением CaS + 3) введением катализатора

нагреванием 4) повышением давления

30. Во сколько раз увеличивается скорость химической реакции при повышении температуры на 20 С, если температурный коэффициент равен 3:

1) в 3 раза; 2) в 6 раз; 3) в 9 раз; + 4) в 90 раз

31. В каком случае повышение давления и понижение температуры в системе приводит к повышению выхода продукта реакции:

1) 2H₂O 2H₂ + O₂ - Q

2) N₂ + 3H₂ 2NH₃ + Q +

3) H₂ + I₂ 2HI - Q

4) N₂ + O₂ 2NO - Q

32. Как повлияет на скорость реакции СаО + СО₂ CaCO₃ увеличение давления углекислого газа в 3 раза:

1) скорость увеличится в 3 раза; +

2) скорость уменьшится в 9 раз;

3) скорость уменьшится в 3 раза;

4) скорость не изменится.

33. Химическое равновесие в системе 2NO_(г) + O_2(г) 2NО_2(г) + Q смещается в сторону продукта реакции при:

1) повышении давления; +

2) повышении температуры;

3) понижении температуры; +

4) использовании катализаторов.

34. Растворение железа в соляной кислоте будет замедляться при:

1) увеличении концентрации кислоты;

2) раздроблении железа;

3) разбавлении кислоты; +

4) повышении температуры.

35. Химическое равновесие в системе H₂O_(ж) + SO_2(г) H₂SО_3(р-р) + Q смещается в сторону исходных веществ при:

1) повышении давления;

2) повышении температуры; +

3) понижении температуры;

4) перемешивании. [13 - 15]

3.3 Тесты типа «С»

1. Не оказывает воздействия на реакции, протекающие в твердой фазе, следующий фактор:

а) концентрация реагентов; +

б) температура;

в) природа реагирующих веществ;

г) степень измельчения реагентов.

2. Увеличение температуры проведения реакции:

влияет на ее скорость, так как теплота не может быть признаком превращения веществ;

увеличивает скорость реакции, так как увеличивается число эффективных соударений молекул; +

повышает скорость реакции, так как увеличивается число упругих соударений молекул;

не влияет на скорость реакции, так как в равной мере увеличивается число эффективных и упругих соударений молекул.

3. Замедлить гидролиз сульфата меди возможно добавлением:

1) ВаС1₂; 2) КОН; 3) H₂SO₄; + 4) Н₂О.

4. При растворении нитрата калия температура смеси понижается, следовательно, процесс растворения сопровождается

эндо-эффектом + 3) нулевым тепловым эффектом

экзо-эффектом 4) не знаю

5. Скорость реакции 2А ... выше в том случае, где концентрация А, равная вначале 0,3 моль/л, через 40 с составит

0,01 моль/л + 3) 0,03 моль/л

0,02 моль/л 4) 0,04 моль/л

6. Скорости реакции А + В D выше в том случае, где через 30 с масса (в граммах) продукта равна

1) 11 2) 23 3) 47 4) 62 +

Cxbnfnm!!!7 - 9. При взаимодействии Н₂ с Сl₂, Вr₂ и I₂ в сосудах одинакового объема через 27 с образуется

7. по 0,04 моль продукта

8. по 25 г продукта

9. 18,25 г НС1, 40,5 г НВr и 64 г HI следовательно, скорость реакции

выше для I₂ 3) одинакова (7+ 8+ 9+)

выше для С1₂ 4) выше для Вг₂

10. Скорость реакции

Fe + Н₂SO₄(разб.) FeSO₄ + Н₂ будет наибольшей при использовании

порошка Fe, 15% -го раствора H₂SO₄

стружек Fe, 1,5%-го раствора H₂SO₄

порошка Fe, 1,5 % -го раствора H₂SO₄

стружек Fe, 15% -го раствора H₂SO₄ +

11. Скорость реакции с температурным коэффициентом 2 при 10 °С равна 2 моль/(л * с), а ее численное значение при 30 °С составит 1) 2 2) 4 3) 6 4) 8 +

12. Для увеличения скорости реакции в 64 раза (температурный коэффициент 4) необходимо повысить температуру на 1) 10°С 2) 20°С 3) 30°С + 4) 40°С

13. При одновременном повышении давления и охлаждении смещение равновесия в гомогенной реакции N₂ + 3Н₂ 2NH₃ + Q будет однонаправленным 1) влево 2) вправо + 3) не будет 4) не знаю

14. При одновременном понижении давления и температуры в гомогенной реакции С_(т) + 2N₂O СО₂ + 2N₂ + Q выход продуктов

увеличится + 3) не изменится

уменьшится 4) не знаю

15. Катализатор AlCl₃ увеличивает скорость:

1) любой химической реакции между органическими веществами;

2) некоторых реакций между органическими веществами; +

3) любой химической реакции между неорганическими веществами;

4) некоторых химических реакций между неорганическими веществами.

16. Во сколько раз изменится скорость реакции 2А + В = 2С, если концентрацию вещества А уменьшить в 2 раза:

1) увеличится в 4 раза;

2) уменьшиться в 2 раза;

3) уменьшится в 4 раза; +

4) увеличится в 2 раза.

17. С наименьшей скоростью при комнатной температуре протекает взаимодействие между:

1) цинком и разбавленной серной кислотой;

2) магнием и разбавленной серной кислотой;

3) железом и кислородом; +

4) раствором карбоната натрия и соляной кислотой. [13 - 15]

3.4 Решение производственных задач по теме «Химическое равновесие»

Цель. Создание условий для активного, сознательного, творческого применения на практике полученных знаний и умений.

Задачи. Выявление качества усвоения теоретического материала по теме «Химическая кинетика». Создание условий для применения учащимися ранее полученных знаний в новой ситуации. Расширение кругозора учащихся.

ХОД УРОКА

Организационный момент.

Постановка цели урока.

Формулировка темы

Учитель. Здравствуйте, ребята! Рада вас приветствовать сегодня на уроке. Hа предыдущих занятиях мы с вами изучали законы химической кинетики - одного из важнейших разделов химии. Напомните мне, пожалуйста, что же изучает химическая кинетика?

(Ответ. Скорость химической реакции.)

Где на практике могут быть вами использованы знания законов химической кинетики?

(Ответ. Знание законов химической кинетики позволяет предсказать время прохождения той или иной реакции.)

Если реакция обратимая, можем ли мы с вами повлиять на выход продукта, увеличив или уменьшив его?

(Ответ. Да.)

Знание какого закона или принципа позволит нам это сделать?

(Ответ. Прицип Ле Шателье.)

Пользуясь этим принципом, мы теоретически можем предсказать, в какую сторону сместится равновесие при изменении того или иного условия проведения реакции. А как вы думаете, на конкретном производстве достаточно ли будет только теоретических прогнозов, не подкрепленных расчетами?

(Ответ. Hет. Необходимо более точно знать время прохождения реакции и предполагаемый выход продукта.)

Хорошо. Чтобы быть грамотными специалистами, нам необходимо с вами этому научиться. И тема нашего урока - «Химическое равновесие. Решение производственных задач».

Создание проблемной ситуации

Учитель. Представим себе, что мы - расчетная лаборатория химической кинетики. В нашу лабораторию поступил запрос от руководства завода «Хлорин» по производству хлора. Обратите внимание на запрос (на столах перед каждым учеником).

В расчетную лабораторию химической кинетики от руководства химического завода по производству хлора.

ЗАПРОС

Для производства хлора на заводе используется метод Дикона, заключающийся в окислении хлороводорода кислородом воздуха:

В настоящее время при высокой температуре и умеренном давлении равновесие в реакционной системе устанавливается при следующих концентрациях реагирующих веществ: [HCl] = 0,2 моль/л, [O₂] = 0,3 моль/л, [H₂O] = 0,1 моль/л, [Cl₂] = 0,1 моль/л.

1. Дайте полную характеристику этой реакции.

2. Оцените эффективность производства хлора при данных условиях.

3. Определите, какие внешние факторы необходимо изменить, чтобы увеличить выход хлора (ответ обоснуйте теоретически).

4. Производственные мощности позволяют:

а) увеличить общее давление в системе в 3 раза;

б) повысить температуру в системе на 20 градусов, если температурные коэффициенты прямой и обратной реакций равны 2,9 и 3,7 соответственно.

Определите, приведут ли данные изменения внешних факторов к увеличению выхода хлора. Ответ подтвердите расчетами.

Области применения хлора

Немного поясню ситуацию: на этот завод пришел новый коммерческий директор. Он изучил условия производства, подсчитал затраты на энергоресурсы и пришел к выводу о неэффективности производства. Поэтому руководство завода обратилось к нам с просьбой подтвердить правильность вывода о неэффективности производства при данных условиях расчетами и предложить способы увеличения выхода продукта. Прочитайте, пожалуйста, текст запроса. Наша задача - составить полный отчет по данному запросу, подтвердив все предположения расчетами.

Решение производственной задачи

Учитель. Начнем с характеристики реакции. В тетради делаем записи.

1. Характеристика реакции.

Запишем уравнение данной реакции и по известному нам плану охарактеризуем ее. (План на столе перед каждым учеником - приложение 2. Ребята составляют характеристику реакции в тетради.)

Ответ:

А. Это реакция неполного окисления хлороводорода.

Б. Это окислительно-восстановительная реакция. Ион хлора - восстановитель, кислород - окислитель.

В. Это гомогенная реакция, т.к. все участвующие в ней вещества - газы.

Г. Это обратимая реакция. Формула для расчета константы равновесия имеет вид:

К_р = .

Д. Реакция экзотермическая.

Е. Реакция каталитическая (катализаторы - хлорид меди(II) и хлорид железа(III).)

Мы ответили на первый пункт запроса. Переходим к следующему пункту запроса.

2. Оценка эффективности производства.

Давайте подумаем, какой фактор позволит нам оценить эффективность производства.

(Ответ. Константа равновесия.)

Как константа равновесия связана с эффективностью производства?

(Ответ. Чем выше значение константы равновесия, тем выше содержание в реакционной смеси продуктов реакции, тем эффективнее производство.)

Нам нужно рассчитать константу равновесия. Формула для расчета нами уже составлена, воспользуемся ею (один ученик рассчитывает константу у доски):

К_р = = 0,2083.

Вывод (формулируют учащиеся). Поскольку значение константы равновесия меньше 1, значит, производство малоэффективно. (Учащиеся записывают в тетрадь.)

Учитель. Итак, вывод нового коммерческого директора оказался верным - производственные затраты не окупаются вследствие малого выхода продукта реакции. Переходим к следующему пункту запроса.

3. Факторы, влияющие на повышение эффективности производства.

Данная реакция обратимая. Какие факторы влияют на смещение равновесия?

(Ответ. Температура, давление, концентрации исходных веществ и продуктов реакции.)

Подумайте, в какую сторону нужно сместить равновесие реакции, чтобы повысить эффективность производства, и как нужно изменить перечисленные факторы, чтобы равновесие реакции сместилось в нужную нам сторону.

(Ответ. Поскольку необходимый нам продукт реакции - хлор - образуется в результате прямой реакции, значит, равновесие нужно сместить вправо. Тогда повысится эффективность производства. Для этого:

а) давление необходимо повысить (прямая реакция идет с уменьшением давления);

б) температуру понизить (прямая реакция - экзотермическая);

в) концентрации исходных веществ увеличить;

г) концентрации продуктов реакции уменьшить (например, осушить при помощи серной кислоты).)

Переходим к четвертому пункту запроса.

Расчетная часть.

Химическое равновесие характеризуется равенством скоростей прямой и обратной реакций. Если изменить одно из внешних условий (давление или температуру), происходит смещение равновесия. Следовательно, нарушается равенство скоростей прямой и обратной реакций. Наша задача - расчетами доказать нарушение этого равенства. Рассмотрим сначала воздействие давления на смещение равновесия. Какой закон химической кинетики определяет зависимость скорости химической реакции от давления?

(Ответ. Поскольку давление находится в прямо пропорциональной зависимости от концентрации реагирующих веществ, то для расчетов можно применить закон действующих масс.) (Учащиеся дают формулировку закона.)

Давайте запишем выражение закона действующих масс для прямой и обратной реакций для начальных условий и после изменения давления.

Страничку тетради учащиеся делят пополам на две колонки: в первой колонке производят расчеты для прямой реакции, во второй - для обратной.

Прямая реакция	Обратная реакция
пр = kпр*[HCl]4*[O2]	обр = kобр*[H2O]2*[Cl2]2
пр1 = kпр*34*[HCl]4*3[O2]	обр1 = kобр*32*[H2O]2*32*[Cl2]2
пр1 = kпр*243*[HCl]4*[O2]	обр1 = kобр*81*[H2O]2*[Cl2]2

Учитель. Проверяем результаты расчетов и делаем вывод.

Один ученик записывает результаты расчетов на доске и формулирует вывод, который все остальные записывают в тетрадь.

Вывод. В результате увеличения давления в три раза скорость прямой реакции будет превосходить скорость обратной реакции в три раза, что приведет к смещению равновесия вправо и увеличению выхода продукта реакции.

Учитель. Производственные мощности завода позволяют увеличить температуру на 20 градусов. Используя принцип Ле Шателье, ответьте, пожалуйста, приведет ли это к увеличению выхода продукта.

(Ответ. Hет, т.к. прямая реакция - экзотермическая и увеличение температуры приведет к ее замедлению.)

Давайте проверим это расчетами. Какое правило нам поможет в этом?

(Ответ. Правило Вант-Гоффа.)

Учащиеся формулируют правило. Один ученик записывает на доске его выражение и рассчитывает изменение скорости для прямой и обратной реакций после повышения температуры на 20 градусов:

_пр1/_пр = 2,9² = 8,41,

_обр1/_обр = 3,7² = 13,69.

Учащиеся формулируют вывод и записывают его в тетрадь.

Вывод. Повышение температуры на 20 градусов на данном производстве нецелесообразно, т.к. приводит к снижению выхода продукта (после повышения температуры скорость обратной реакции превышает скорость прямой реакции в 1,6 раза).

Подведение итогов урока

Учитель. Ребята, на уроке мы с вами составили ответ на запрос химического производства. Подумайте, знания каких законов помогли нам это сделать.

(Ответ. Принцип Ле Шателье, закон действующих масс, правило Вант-Гоффа.) Каков же главный итог нашего урока? Чему вы научились?

(Ответ. Научились применять полученные ранее знания на практике. Узнали, что изученные нами законы химической кинетики применимы на конкретных химических производствах и позволяют оценить эффективность производства.)

Домашнее задание. Выполнить задания 1-4, приведенные ниже.

Задание 1

Реакция

2NO + Cl₂ 2NOCl + 73,3 кДж

протекает с выделением теплоты.

Определите, в сторону какой реакции сместится равновесие, если общее давление в системе понизить в 4 раза и одновременно повысить температуру на 40 градусов (температурные коэффициенты прямой и обратной реакций равны 2 и 5 соответственно).

Задание 2

Реакция между газами протекает по уравнению:

4А + В 2С + 2D + Q.

В какую сторону сместится равновесие этой реакции, если давление увеличить в 3 раза и одновременно повысить температуру на 20 градусов? Температурные коэффициенты прямой и обратной реакций равны 2,9 и 3,7 соответственно.

Задание 3

Сместится ли равновесие обратимой газофазной реакции

А + В 2С - Q

при понижении давления в 2 раза и одновременном понижении температуры на 25 градусов, если температурные коэффициенты прямой и обратной реакций соответственно равны 3,0 и 2,1?

Задание 4

При состоянии равновесия системы

N₂ + 3H₂ 2NH₃

концентрации реагирующих веществ были следующими (моль/л):

[N₂] = 0,3, [H₂] = 0,9, [NH₃] = 0,4.

Рассчитайте, как изменятся скорости прямой и обратной реакций, если давление в системе увеличить в 5 раз. В каком направлении сместится равновесие? [5, 16]

Заключение

Анализ результатов проведенной работы приводит к следующим выводам:

Закономерности протекания химических реакций, в том числе и обратимых, используются почти везде, например, в промышленности;

Естественно, на этих производствах образуются отходы, которые загрязняют окружающую среду;

Рациональное сочетание условий протекания реакций (в абсолюте - создание замкнутых, циклических процессов) приводит к сокращению выбросов в окружающую среду.

Можно привести множество примеров использования основных закономерностей протекания химических реакций в производствах. В узких рамках школьной программы отражены лишь 1 - 2 конкретных примера, хотя, на мой взгляд, изучение химии с прикладных позиций поможет привить ученикам устойчивый интерес к овладению данной дисциплиной.

Литература

1. О. В. Байдалина. О прикладном аспекте химических знании // Химия в школе, 2005, № 5, с. 45-47.

2. Ахметов Н. С. Методика преподавания темы «Закономерности протекания химических реакций» // Химия в школе. 2002, № 3, с. 15 - 18.

3. Ахметов Н. С. Учебник для 8 класса общеобразовательных учреждений. М.: Просвещение, 1998 г.

4. Рудзитис Г. Е., Фельдман Р. Г. Учебник для 8 класса средней школы. М.: Просвещение, 1992.

5. Материалы сайта www.1september.ru

6. О. С. Габриелян, Н. П. Воскобойникова, А. В. Ящукова. Настольная книга учителя. Химия. 8 класс. М.: Дрофа, 2003 г.

7. Малинин К. М. Технология серной кислоты и серы. М., Л., 1994.

8. Васильев Б. Г., Отвагина М. И. Технология серной кислоты. М., 1985.

9. Отвагина М. И., Явор В. И., Сретенская Н. С., Шарифов М. Ю. Промышленность минеральных удобрений и серной кислоты. М., НИИТЭХИМ. 1972. Выпуск № 4.

10. Резницкий И. Г. Возможности использования нитрозного способа для переработки газов автогенных процессов на серную кислоту / Цветные металлы. 1991. № 4.

11. Березина Л. Т., Борисова С. И. Утилизация фосфогипсов - важнейшая экологическая проблема // Химическая промышленность. 1999 г. № 12.

12. Громов А. П. Экологические аспекты производства серной кислоты // Экология и промышленность России. 2001, № 12.

13. Лидин Р. А. Химия: Руководство к экзаменам / Р. А. Лидин, В. Б. Маргулис. - М.: ООО Издательство «АСТ»: ООО «Издательство Астрель», 2003. с. 64 - 70.

14. Единый государственный экзамен 2002: Контрольные измерительные материалы: Химия / А. А. Каверина, Д. Ю. Добротин, М. Г. Снастина и др.; М.: Просвещение, 2002. - с. 39 - 51.

15. Химия: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы / Е. А. Алферова, Н. С. Ахметов, Н. В. Богомолова и др. М.: Дрофа, 1999. с. 430-438

16. Р. П. Суровцева, С. В. Сафронов. Задания для самостоятельной работы по химии. М.: Просвещение, 1993 г.