Преподавание химии

Урок химии по теме Почему протекают химические реакции

Презентация к уроку

Загрузить презентацию (379,99 КБ)

---

Задачи урока:

1. Систематизировать и углубить знания о законе сохранения массы и энергии веществ и превращениях ее при химических реакциях. Познакомить с понятиями "энтальпия" и "энтропия" и условиями протекания самопроизвольных реакций.
2. Развивать представления о причинно-следственных связях в изучении химии, показывая зависимость протекания химических реакций и изменения энергии в системе.
3. Уметь применять закон сохранения массы веществ в расчетах при решении задач по термохимии.

Система понятий урока: тепловой эффект химической реакции, энтальпия, энтропия.

Тип урока: комбинированный.

Методы: частично-поисковый, объяснительно-иллюстративный.

Методические приёмы: рассказ, беседа, демонстрация слайдов (презентация), демонстрация опытов и видеофрагментов.

Средства наглядности: пробирки, вода, серная кислота, малахит, гидроксид натрия, спиртовка

План урока.

Приветствие, сообщение темы урока и плана работы.

1. Проверка домашнего задания. Повторение материала предыдущего урока.

- Вопросы №3.6,7 стр. 116 учебника.

2. Подготовка к изучению нового материала.

- Что такое химические реакции? В чем заключается сущность химической реакции?

- Можно ли предсказать: как будет протекать та или иная химическая реакция?

3. Изучение нового материала.

План изучения нового материала (слайд 1,2).

1. Закон сохранения массы и энергии.
2. Тепловой эффект химической реакции.
3. Экзотермические и эндотермические реакции.
4. Термохимия. Законы термохимии.
5. Кто он Герман Гесс?
6. Понятие об энтропии и энтальпии.
7. Выводы по теме.

Сущность любой химической реакции заключается в разрушении одних химических связей и образовании новых, эти процессы сопровождаются выделением или поглощением энергии.

Из курса физики вам известно, что энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего, а только переходит из одной формы в другую. Это один из важнейших законов природы - закон сохранения энергии.

Впервые этот закон был сформулирован М.В. Ломоносовым (слайд №3).

Закон сохранения массы веществ.

Масса веществ, вступающих в реакцию равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Закон сохранения массы дает материальную основу для составления уравнений химических реакций и проведения расчетов по ним.

Позднее этот закон был математически выражен Альбертом Эйнштейном как "Закон сохранения массы и энергии".

Взаимосвязь массы и энергии выражается уравнением: E = mc² (слайд 4).

Энергия любого объекта складывается из трех видов энергии: кинетической, потенциальной и внутренней. Большое значение при рассмотрении химических процессов имеет внутренняя энергия. Внутренняя энергия продуктов реакции отличается от внутренней энергии реагентов. Рассмотрим, как изменяется внутренняя энергия реакций на примере диаграмм, приведенных в учебнике "Химия 11 класс" О.С. Габриеляна, Г.Г. Лысовой на стр. 117 рис. 23 и стр.118 рис. 24. (Слайд № 5).

Тепловые эффекты химических реакций нужны для многих технических расчетов. Представьте себя на минуту конструктором мощной ракеты, способной выводить на орбиту космические корабли и другие полезные грузы.

Химическая реакция сопровождается выделением или поглощением энергии в виде теплоты, света, работы расширения образовавшихся газов.

(Слайд №6).

И трещат сухие сучья,
Разгораясь жарко,
Освещая тьму ночную
Далеко и ярко!
И.Суриков

(Слайд 7). По признаку выделения или поглощения теплоты реакции делятся на экзотермические и эндотермические.

(Слайд №8)

Реакции, протекающие с выделением теплоты, проявляют положительный тепловой эффект (Q>0, DH<0) и называются экзотермическими.

С(тв) + 2 H₂(г) = CH₄(г) + 76 кДж/моль

Реакции, которые идут с поглощением теплоты из окружающей среды (Q<0, DH>0), т.е. с отрицательным тепловым эффектом, являются эндотермическими.

Количество теплоты, которое выделяется или поглощается в результате реакций между определенными количествами реагентов, обычно обозначают символом Q. (Слайд №9)

(Слайд 9) с Qр = Qкон - Qисх

Формы, в которых энергия выделяется или поглощается, могут быть различны, чаще всего энергия выделяется или поглощается в виде тепла.

Демонстрация опытов.

Опыт 1. Взаимодействие серной кислоты с водой.

В стакан с водой поместить спиртовой демонстрационный термометр, укрепленный в штативе. Осторожно добавить серной кислоты и размешать стеклянной палочкой. На термометре можно увидеть, что температура значительно возросла.

Опыт 2. Разложение малахита. Демонстрация видеофрагмента. (Приложение №1).

На основании опытов мы можем сделать вывод, что в процессе химических реакций действительно происходит выделение либо поглощение энергии.

(Слайд 10). Уравнения химических реакций, в которых вместе с реагентами и продуктами записан и тепловой эффект реакции, называются термохимическими уравнениями.

Особенность термохимических уравнений заключается в том, что при работе с ними можно переносить формулы веществ и величины тепловых эффектов из одной части уравнения в другую. (Слайды 11,12).

Раздел химии, занимающийся изучением превращения энергии в химических реакциях, называется ТЕРМОХИМИЕЙ.

Существует два важнейших закона термохимии.

Первый из них, закон Лавуазье-Лапласа, формулируется следующим образом: тепловой эффект прямой реакции всегда равен тепловому эффекту обратной реакции с противоположным знаком. (Слайды 13-16).

Второй закон термохимии был сформулирован в 1840 г российским академиком Г. И. Гессом:

Тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса.

Например, сульфат натрия можно получить двумя способами:

Первый путь (одностадийный):

2 NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2 H₂O + 131 кДж;

Второй путь (двухстадийный):

а) NaOH + H₂SO₄ = NaНSO₄ + H₂O + 62 кДж

б) NaHSO₄ + NaOH = Na₂SO₄ + H₂O + 69 кДж

складывая тепловые эффекты двух последовательных реакций в способе (2) мы получаем тот же тепловой эффект, что и для способа (1): 65 кДж + 69 кДж = 131 кДж

Ученый, чьим именем назван основной закон термохимии, несколько лет работал врачом в Иркутске; по учебнику, написанному им, учился Дмитрий Менделеев.

По-настоящему его звали Гесс Герман Генрих. И немудрено - родился он в многонациональной Женеве, где говорили по-немецки столь же широко, как и на других языках. Однако вырос и до конца своих дней прожил в России, где его величали на славянский манер - Герман Иванович. Так что в историю науки он вошел русским ученым, хоть и с заморской фамилией. Герман Гесс стал мировым светилом. Что примечательно, не только благодаря острому уму, знаниям и интересу к химии, но и Сибири - Иркутску, Байкалу. Изучая наш край, он собрал богатый фактический материал и написал работу, представив которую в Санкт-Петербургскую академию наук, был сразу произведен в адъюнкты и продолжил исследования по части химии при этом авторитетном научном заведении: открыл лабораторию, проводил многочисленные опыты.

Каждое вещество обладает определенным теплосодержанием или энтальпией, это одна из характеристик химической системы. (Слайды 17-19).

Энтальпия - это определенное свойство вещества, оно является мерой энергии, накапливаемой веществом при его образовании.

Энтальпия и тепловой эффект имеют противоположные знаки, но численно равны. Как вычислить тепловой эффект реакции?

Тепловой эффект химической реакции равен разности суммы теплот образования продуктов реакции и суммы теплот образования исходных веществ (суммирование проводится с учетом числа молей веществ, участвующих в реакции, т. е. стехиометрических коэффициентов в уравнении протекающей реакции):

DH = H_кон.- H_исх.

Химические реакции протекают не только в пробирке, но и в природе, в том числе и в человеческом организме. В организме человека протекает множество всевозможных реакций. При приеме пищи происходит окисление веществ, при этом выделяется энергия. Каждый человек должен знать, сколько энергии поступает в его организм и сколько ее расходуется в процессе жизнедеятельности в течение суток. Важно помнить, что количество поступающей с пищей энергии должно соответствовать ее расходу. Иначе в организме нарушается обмен веществ, человек либо худеет, либо полнеет и начинает болеть. В специальных справочниках можно найти калорийность пищи и рассчитать свой суточный рацион. Этому мы учились на уроках в 7 классе.

Химическая система характеризуется не только функцией теплосодержания, но и степенью беспорядка. (Слайд 20).

Степень беспорядка, хаотичности выражается величиной называемой энтропией и обозначается символом DS.

Чем больше хаотичность системы, тем больше энтропия.

Энтропия увеличивается по схеме: твердое вещество -> жидкость -> газ.

Вычислить изменения энтропии можно на основании справочных данных по формуле:

DS =S _кон - S_исх

Выводы: всякая химическая реакция характеризуется двумя энергетическими характеристиками: энтальпией (DH) и энтропией (DS) (слайд 21).

Для самопроизвольных реакций характерно стремление к уменьшению энергии за счет выделения ее в окружающую среду и к увеличению степени беспорядка.

При вычислении теплового эффекта реакции необходимо учитывать закон Гесса. Тепловой эффект реакции не зависит от промежуточных стадий.

Закрепление изученного материала.

Решение задач: 5. 4 стр.125 параграфа 12 (слайд 22).

Задача 5.

При соединении 18 г алюминия с кислородом выделяется 547 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.

Решение.

1. Составить уравнение. 3О₂ + 4Аl = 2Аl₂О₃ + Х кДж

2. Вычислить количество вещества содержащего 18 г алюминия.

n = m/M n (Аl) = 18г : 27г/моль =0,67 моль

3. Составить и решить пропорцию.

При окислении 0,67 моль алюминия выделяется 547 кДж теплоты

При окислении 4 моль алюминия выделяется Х кДж теплоты

Х = 4 * 547 : 0,67 = 3265,67 кДж

4. Составим термохимическое уравнение этой реакции.

3О₂ + 4Аl = 2Аl₂О₃ + 2365 кДж

Домашнее задание.

Изучить материал учебника параграф 12, выполнить задания № 2.6; приготовить сообщение из дополнительной литературы, составить суточный рацион питания для подростков.