Разработка урока по теме «Смещение химического равновесия»
методическая разработка по химии (11 класс) на тему

Разработка урока по теме «Смещение химического равновесия»

Цель: актуализировать, расширить и углубить знания учащихся о химическом равновесии.

Задачи урока:

1.Образовательные

- Расширить знания учащихся о закономерностях протекания химических реакций.

-Повторить понятие «химическое равновесие».

-Изучить правила смещения химического равновесия.

-Обеспечить реализацию интегрированного подхода в изучении раздела «Химическая кинетика».

-Обеспечить в ходе урока повторение, обобщение и углубление основных терминов и понятий раздела.

-Продолжить формирование и закрепление следующих специальных и общеучебных умений: составлять конспект, правильно организовывать эксперимент, объяснять и обсуждать его результаты.

2. Развивающие

-Развивать у учащихся такие интеллектуальные умения и навыки, как анализ и синтез, сравнение, обобщение, установление причинно-следственных связей, умение делать выводы.

-Развивать самостоятельность, творческие способности учеников, используя для этого ситуации интеллектуального затруднения, экспериментальные результаты.

-Развивать эмоции учащихся, создавать на уроке ситуации занимательности, используя интегрированный подход к объяснению изучаемых явлений.

-Развивать познавательный интерес учащихся, используя связи изучаемых явлений с явлениями и предметами окружающей жизни.

-Развивать исследовательские способности учащихся, используя ИКТ.

-Способствовать формированию умений переносить знания в новые условия, проводить аналогии, анализировать, выделять главное, делать выводы.

3. Воспитательные

-Содействовать формированию следующих мировоззренческих идей: идеи материальности, познаваемости мира, развития в природе и обществе, причинно-следственных связей между явлениями.

-Обеспечить целостное восприятие мира, способствовать ликвидации разрыва между теорией изучаемых явлений в различных дисциплинах школьного курса.

-Воспитывать коммуникативные способности учащихся (сотрудничество, обмен мнениями при выполнении совместной работы).

-Воспитывать бережное отношение к самому себе, окружающим, природе.

Оборудование и реактивы:

Компьютер, ноутбук.

Экран, проектор

Бутылка с газированной водой.

Виртуальная лаборатория.

Реактивы: растворы хлорида железа (III), хлорида калия, роданида калия, держатель, спиртовка, асбестированная сетка.

презентация “Химическое равновесие”,  видеоопыты по данной теме

Ожидаемые результаты.

К концу урока каждый учащийся должен знать:

– понятие  химическое  равновесие;

– факторы, влияющие на равновесие

-  правила смещения химического равновесия;

– принцип Ле-Шателье.

Уметь:

– находить обратимые реакции;

- проводить эксперимент, доказывающий смещение равновесия под действием факторов;

– на основе наблюдений и принципа Ле-Шателье делать выводы о смещении равновесия под влиянием  температуры, давления и концентрации;

– переносить знания в новые ситуации;

– прогнозировать результат смещения равновесия в природе.

Тип урока: комбинированный

Ход урока:

 Добрый день!

На прошлом уроке мы познакомились с интереснейшим явлением, которое встречается и в живой и в неживой природе и имеет большое значение. Что это за явление? Перед вами бутылка с газированной водой, Как она связана с этим явлением? Какие химические процессы происходят в ней?

(ответы: Это – химическое равновесие, а в бутылке система,  находящаяся в равновесии)

Какие реакции называются обратимыми? Что такое хим. равновесие? Какие реакции идут в бутылке?

(Состояние обратимого химического процесса, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции, называется химическим равновесием)

Вернемся к бутылке с газированной водой и откроем ее.

Что произойдет?

Мы нарушили  равновесие? Какова тема и цель нашего сегодняшнего урока? Тема «Смещение химического равновесия»

Цель  (формулируют учащиеся) : определить, какие факторы могут влиять на смещение равновесия, как эти факторы может использовать человек на практике.

  Сегодня нам предстоит «проникнуть в сущность наблюдаемых явлений, постичь их силы, законы, чтобы управлять ими». Но сначала проверьте свои знания, все ли запомнили? Перед вами задания, время на их выполнение 5 минут, приступайте:

 Тест по теме «Химические равновесие. Скорость реакции» ( см. приложение1.)

Хорошо, ребята, время вышло: теперь поменяйтесь листочком со своим соседом и проверьте его работу, оценив ее по следующим критериям (на слайде верные ответы и критерии): 5 заданий верно – «5», 4 – «4», 3- «3», меньше 3 верных ответов – «2» Листочки с оценками передайте.

Итак, химическое равновесие отличается от механического, оно является динамичным . При его наступлении реакции не прекращаются, неизменными остаются лишь концентрации компонентов, то есть за единицу времени образуется такое же количество продуктов реакции, какое превращается в исходные вещества.

Примеры динамического равновесия достаточно распространены и в неживой и в живой природе. Так гомеостаз– динамическое равновесие всех систем организма. Например: для поддержания постоянной температуры:

Теплообразование                                   Теплоотдача        

                            +Q                                 –     Q

( при жаре организм отдает воду, которая, испаряясь, охлаждает организм).

Химическое равновесие - самое энергетически выгодное состояние.  Если изменения условий не происходит, то состояние равновесия может продолжаться бесконечно долго.

На  практике часто приходится выводить систему из состояния равновесия или сама система выходит из равновесия,  и сегодня мы рассмотрим способы смещения равновесия под влиянием внешних факторов. Какие факторы влияют на равновесие? Для ответа на этот вопрос  проведем лабораторный эксперимент

 Эксперимент. Не забудьте о правилах техники безопасности. Перед вами инструкция, по которой вы будете работать. Вещества насыпайте и растворы наливайте над ящиком, грейте пробирку аккуратно, сначала прогревая полностью всю пробирку, отверстие пробирки держите  в сторону от соседей. 

Выполните лабораторный опыт по инструкции:

В стаканчик с водой добавьте   по  5-7  капель растворов хлорида железа (III) и  роданида калия . Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции. Разделите полученную смесь на 5 пробирок   примерно поровну. В первую добавьте неск. капель раствора хлорида железа (III), во вторую неск. капель раствора роданида калия, в третью– несколько кристалликов хлорида калия  и встряхните пробирку несколько раз для ускорения растворения соли, четвертую пробирку осторожно нагрейте. Помните о правилах техники безопасности ( сначала прогрейте всю пробирку, а потом жидкость, отверстие пробирки направляйте в сторону от себя и от соседей, спиртовку тушите, накрыв крышкой) .Сравните полученные результаты с  окраской исходного раствора  в  пятой пробирке ( она для сравнения). Отметьте изменения. Объясните наблюдаемое, зная что раствор КСNS бесцветен, FeCI3 – желтый, KCI- бесцветен,  Fe(CNS)3- красный. Запишите уравнение реакции.

Сделайте выводы.

Далее обсуждение полученных результатов  (уравнение на слайде) (равновесие сместилось из-за изменения температуры, концентрации реагирующих веществ)

Как влияет изменение концентраций исходных веществ и продуктов реакции на смещение равновесия в системе?

При увеличении концентрации исходных веществ равновесие смещается в сторону продуктов реакции ( цвет стал более темным), при увеличении концентрации продуктов реакции – в сторону исходных веществ.( раствор посветлел).

 ( на слайде, а  учащиеся коротко отмечают в тетради)

Изменение концентрации реагирующих веществ:

При повышении концентрации исходных  веществ

  3 KCNS + Fe CI3      ↔     Fe (CNS)3   + 3KCI          

 При повышении  концентрации продуктов реакции

  3 KCNS + Fe CI3      ↔    Fe (CNS)3  + 3 KCI  

Слайд :

    С реагента                                     прямой реакции, где это вещ-во   расход.

                            Равновесие смещается

                                 в сторону                        

  С реагента                                          обратной реакции,

                                                           где это вещество образуется

Как влияет изменение температуры на смещение равновесия в системе?

При повышении температуры равновесие в нашем эксперименте сместилось в сторону исходных веществ, значит, обратная реакция шла с поглощением тепла. т. е. она эндотермическая, тогда прямая реакция – экзотермическая. При понижении температуры равновесие сместится в сторону продуктов реакции.

Посмотрите видеоопыт (смещение равновесия  под действием температуры на примере реакции превращения оксида азота (IV) в димерную форму). Объясните наблюдаемое.

( запись на доске и в тетрадях)

2NO2                  N2O4          

Бурый            бесцветный

2NO2                             N2O4 +Q            

Бурый           бесцветный

N2O4                                 2NO2-Q

Бесцветный          бурый

   Сформулируйте вывод.

После обсуждения просмотренного, делается вывод и учащиеся записывают схему ( слайд    )

      T0«холодно»                                         «жарко»-экзот.р. (+Q)                                                                                                  

                                            Равновесие смещается                                

                                                 в сторону              

         T0 «жарко»                                             «холодно»-эндот.р. (-Q)                    

Хорошо, ребята, эксперимент мы закончили, можно снять халаты, сделаем разминку, при этом, если  вы согласны с моим утверждением, то руки поднимете вверх, если нет – то в стороны. (далее говорятся утверждения, согласно которым учащиеся отвечают, делая соответствующие движения. При этом учитель видит, как учащиеся воспринимают материал, а ученики делают физ. паузу). (После физминутки урок продолжается)

Есть еще один фактор, влияющий на равновесие в системе. Рассмотрим влияние этого фактора на примере с оксидами азота, вы видели как выглядят эти оксиды в видеофрагменте, теперь обратимся к слайду ( слайд, где показывается влияние давления на смещение равновесия в равновесной системе из оксидов азота)  Объясните наблюдаемое и скажите. почему  мы не смогли в нашем эксперименте проверить  экспериментально влияние этого фактора   ( Ответ:  это – давление, оно влияет на смещение равновесия, когда в реакции участвует хотя бы одно газообразное вещество. Экспериментально не проверили. Так как в нашем опыте не было газов)

Как влияет изменение давления на смещение равновесия в системе? После обсуждения запись в тетрадях ( слайд   )

   Давления                                                реакции, в которой объем газов

                                         Равновесие смещается

                                                в сторону                                    

      давления                                                                     реакции, в которой объем газов

Итак, Химическое равновесие можно сместить, изменяя температуру, концентрацию веществ и давление  (если в реакции есть хотя бы одно газообразное вещество). Смещение равновесия изучал фр. химик,физик, металловед Ле Шателье. Послушайте небольшое сообщение об этом ученом ( сообщение учащегося, см. приложение 2)

Далее предлагается учащимся побыть на месте Ле Шателье и попробовать самим сформулировать принцип. Потом запись в тетради:

Принцип Ле Шателье

Если изменить одно из условий – температуру, давление или концентрацию веществ, при которых данная система находится в состоянии химического равновесия, то равновесие сместится в направлении, которое уменьшает это воздействие.

В промышленности  целый ряд важных реакций обратимы, поэтому важно  подбирать условия, чтобы увеличить выход нужных веществ.  

(Минутка отдыха для глаз) Закройте глаза и представьте, что  вы –молодой технолог, который пришел работать на предприятие, где необходимо учитывать обратимость химических процессов. Какие это могут быть производства (возможные ответы: производство сложных эфиров для парфюмерии  и пищевой промышленности, производство серной кислоты, аммиака и др.) Хорошо, рассмотрим смещение равновесия  на примере синтеза аммиака.

Реакция синтеза аммиака обратима (запись  реакции на доске). Какие предложения вы бы внесли, чтобы увеличить выход аммиака в этом обратимом синтезе?

3 Н2 + N2 ↔ 2 NH3 + Q  

         Далее  учащиеся самостоятельно в тетради записывают свои предложения. А потом проверяют и обсуждают их. Чтобы сместить равновесие в сторону образования аммиака, необходимо увеличить концентрацию исходных веществ (азота и водорода) и уменьшить концентрацию продукта, аммиака, то есть вывести его из сферы реакции. Это происходит потому, что прямая реакция идет с уменьшением числа молей реагирующих веществ. (При обсуждении используется интерактивная таблица серии «Наглядная химия»)

Также нужно увеличить давление, так как синтез аммиака сопровождается уменьшением объема: из 4 моль исходных веществ образуется только 2 моль аммиака.

При увеличении давления (сжатии реакционной смеси) равновесие смещается вправо, в сторону образования аммиака, так как эта реакция приводит к уменьшению давления. Уменьшение давления, наоборот, смещает равновесие влево, в сторону увеличения давления, в направлении разложения аммиака.

Реакция образования аммиака – экзотермический процесс, а обратная реакция – эндотермическая. При повышении температуры равновесие реакции сместится влево, в направлении реакции разложения аммиака, происходящей с поглощением тепла.

Наоборот, охлаждение реакционной смеси смещает равновесие вправо, в сторону экзотермической реакции, которая противодействует охлаждению. Поэтому при производстве аммиака выбирают оптимальные условия: интервал температур 500-550 С, при котором и равновесие не слишком смещено влево, и скорость реакции достаточно высока.

Принцип Ле Шателье позволяет управлять обратимой реакцией синтеза аммиака.

Синтез аммиака – реакция экзотермическая, и теплота, выходящих из колонны синтеза газов в теплообменнике используется на подогревание азотоводородной смеси до 400-500С. Так осуществляется принцип теплообмена. При указанных условиях синтеза (400-500С.) и давлении 30 МПА в состоянии равновесия выход аммиака составляет 0,1-0,4 объемных долей. Поэтому смесь охлаждают, а не вступившие в реакцию азот и водород, снова направляют в колонну синтеза (циркуляционный процесс).

 Особо отмечу, что при производстве аммиака используют катализаторы ( например, платину), но катализатор НЕ влияет на смещение равновесия. Он лишь ускоряет его наступление. ( под запись в тетрадь)

 Этот принцип как вы увидели универсален. Его можно использовать для управления химическими процессами, но не обязательно система должна быть химической. Множество примеров можно найти и в жизни. Умение смещать равновесие очень важно для химических производств. Это увеличивает долю выхода продукта и повышает рентабельность производства.

   Но иногда оказывается не менее важным умение сохранять равновесие. Вспомним схему круговорота кислорода в природе. Мы наблюдаем равновесие между процессами дыхания, горения и фотосинтеза. Если равновесие будет нарушено, это приведет к катастрофическим последствиям для всего живого.

Закрепление

Учащимся  предлагается закончить фразы:

1. При увеличении температуры химическое равновесие смещается в сторону…

2. При понижении температуры химическое равновесие смещается в сторону…

3. При изменении концентрации исходных веществ химическое равновесие смещается…

4. При изменении концентрации продуктов реакции химическое равновесие смещается…

5. При повышении давления химическое равновесие смещается в сторону…

6. При понижении давления химическое равновесие смещается в сторону…                

        При производстве важнейших химических продуктов принцип Ле Шателье и расчеты, вытекающие из закона действующих масс, дают возможность находить такие условия для проведения химического процесса, которые обеспечивают максимальный выход желаемого вещества.

Рефлексия.

В заключении я предлагаю осмыслить пройденный путь, свою деятельность на уроке. Каков результат?

Как вы к нему пришли? Если вы столкнетесь с проблемами, что вы будете делать?

Довольны ли вы сегодня своей работой? Что в следующий раз будете делать по-другому?

6. Домашнее задание.

1. §14 упражнение 1,2

2. Описать какие условия необходимо учитывать при синтезе аммиака, серной кислоты, этилового спирта (на выбор).

Литература к уроку:

Химия. Учебник для профильных классов .

Заключение

Поняв всю ценность полученных знаний о равновесии и условиях его смещения, вы сможете использовать их на благо.

А мне остается  пожелать вам душевного равновесия.!

Приложение1.

Тест по теме «Химические равновесие. Скорость реакции» Вариант 1.

Выберите  одно верное суждение :

1При химическом равновесии скорость прямой реакции меньше скорости обратной реакции

2  При химическом равновесии концентрации веществ равны

3.При химическом равновесии скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции

4. Константа равновесия – величина постоянная при любых условиях.

2)  Скорость реакции  N2+ O2= 2 NO  при увеличении давления в системе в 2 раза увеличится в :    1) 2 раза   2)  4 раза   3) 6 раз   4) 8 раз

3). Среди уравнений реакций  

 1)  AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3;

2) SO2 + H2O → H2SO3;

3) HCOOH + CH3OH → HCOOCH3 + H2O

4)  2KClO3 → 2KCl +3 O2

5) С2Н4 + Н2 → С2Н6   обратимыми являются: 1) 1,2,3    2) 3, 4,5    2) 2,3,5    4) все перечисленные

4)  Скорость реакции не зависит от :  1) температуры   2) катализатора   3) концентрации веществ  4)  объема сосуда

5)   При повышении температуры на 30о С скорость реакции увеличилась в 8 раз. Температурный коэффициент реакции равен: 1)  3  2) 2   3)   4  4)  2,5

Тест по теме «Химические равновесие. Скорость реакции»

 Вариант 2.

1.) Выберите  одно верное суждение :

1.При химическом равновесии концентрации продуктов реакции всегда больше концентрации исходных веществ

 2. При химическом равновесии концентрации всех веществ равны.

3 При химическом равновесии скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

4. Константа равновесия всегда зависит от температуры и давления.

3. При повышении температуры на 40о С скорость реакции увеличилась в 16 раз. Температурный коэффициент реакции равен: 1)  3  2) 2   3)   4  4)  2,5

4. Выберите верное утверждение :

1) В природе число обратимых реакций мало

2) Если константа равновесия больше 1, то прямая реакция преобладает

3) Константа равновесия  никогда не зависит ни от каких условий, она всегда постоянна

4) При химическом равновесии  прямая и обратная реакции прекращаются.

5. Среди уравнений реакций  

 1)  N2 +3H2 → 2NH3;

2) AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3;

3) SO2 + H2O → H2SO3;

4) CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O;

5) 2SO2 + O2 → 2SO3;

ОБРАТИМЫМИ ЯВЛЯЮТСЯ:  1) 1, 2, 3

2) 1, 3,5    3) 1,3,4    4) все перечисленные

Приложение 2.

Сообщение о Ле Шателье.

Анри Луи Jle Шателье   родился в  1850 г.Париже, учился в Политехнической школе и в Высшей национальной горной школе, с 1877 по 1919 гг. был профессором Высшей горной школы. В 1907 г. ученый был избран членом Парижской академии наук.

Большинство работ Ле Шателье посвящены прикладным проблемам; он был одним из первых химиков, проводившим фундаментальные исследования металлургических и химико-технологических процессов. Занимался проблемой обжига и затвердевания цемента;  совместно с М. Бертло  занимался исследованием процессов воспламенения, горения и взрыва. Изучая процессы, протекающие в доменных печах, и сталкиваясь с необходимостью измерения высоких температур, Ле Шателье  разработал пирометр — оптический прибор, измеряющий температуру раскаленных тел по их цвету. Он также усовершенствовал методику исследования металлов и сплавов и создал металлографический микроскоп , с помощью которого можно было изучать строение непрозрачных объектов.В 1884 г. Ле Шателье сформулировал принцип динамического равновесия, ныне носящий его .При активном участии Ле Шателье физическая химия и химическая технология превратились в самостоятельные, активно развивающиеся области науки.

Карта урока: