Разработка планирования урока-курса по выбору "Скорость химических реакций. Химическое равновесие"

Тема курса: Скорость химических реакций.

Химическое равновесие.

Цель: Воспитать личность:

1. Имеющую знания о понятии «скорость химических реакции», «химическое равновесие», способы её определения, факторах, влияющих на изменение скорости химических реакции и химического равновесия.

2. Умеющую использовать данные знания при решении расчетных различного уровня сложности.

3. Имеющую сформированные чувства ответственности, сотрудничества, индивидуальности, активной жизненной позиции.

Тип урока: урок совершенствования знаний, умений и навыков.

Вид урока: решение задач.

Методы обучения: алгоритмический, частично-поисковый.

Оборудование урока: доска, таблица.

Ход урока.

1. Организационный этап.

2. Этап подготовки учащихся к активному сознательному усвоению знании.

3. Этап совершенствования знании, умении и навыков.

4. Этап информирования о домашнем задании и инструктаж по его выполнению.

5. Этап оценивания.

Ход урока

I. Организационный момент:

- сообщение темы, цели урока

- ознакомить учащихся с планом урока.

II. Повторение основных понятий (устно)

1. Скорость химической реакции. Скорость гомогенной и гетерогенной реакции.

2. Температурный коэффициент.

III. Решение задач.

Скорость химических реакций.

Химическое равновесие.

Задача 1. В колбу вместимостью 2 л поместили смесь газообразных водорода и иода. В результате реакции образования иодоводорода количество вещества иода уменьшилось на 2 • 10 ³ моль за 25 с. Рассчитайте скорость реакции по изменениям концентраций каждого из веществ.

Решение: Из предидущей задачи следует, что для реакции

Задача 2. Растворение образца цинка в соляной кислоте при 20 °С заканчивается через 27 мин, а при 40 °С такой же образец металла растворяется за 3 мин. За какое время данный образец цинка растворится при 55 °С?

Решение. Растворение цинка в соляной кислоте описывается уравнением:

Zn + 2НСl → ZnCl₂ + H₂↑.

Поскольку во всех трех случаях растворяется одинаковая масса образца, то можно считать, что средняя скорость реакции обратно пропорциональна времени реакции. Следовательно, при нагревании от 20 до 40 °С скорость реакции увеличивается в 27/3 = 9 раз. Это означает, что коэффициент у в уравнении Вант-Гоффа (6.4)

, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции v при увеличении температуры Т на 10°,равен 3. Значит, при нагревании до 55 °С скорость реакции увеличится в , а время реакции составит 3/5,2=0,577 мин, или 34,6 с.
Ответ. 34,6 с.

Задача 3. Вещество В в растворе с концентрацией 0,4 моль/л участвует в реакции первого порядка с начальной скоростью 4 • 10^-3 моль • л^-1 • с^-1. Рассчитайте константу скорости этой реакции.

Задача 4. В сосуде емкостью 5 л смешали 1,4 г этилена и 5,475 г хлороводорода. Через 25 секунд в сосуде образовалось 1,29 г хлорэтана. Определите молярные концентрации веществ в этот момент и среднюю скорость реакции в этом интервале времени.

Решение:

1) Определяем количества исходных веществ и количество образовавшегося продукта:

Задача 5. Некоторое количество азота и водорода смешали в сосуде емкостью 2 л и нагревали в присутствии железного катализатора до установления химического равновесия. Определите исходные концентрации веществ в сосуде, если известно, что равновесная смесь содержала 0,6 моль азота, 1,8 моль водорода и 0,8 моль аммиака.

Задача 6. Оксид азота (IV) нагревали при некоторой температуре, при этом часть его разложилась на оксид азота (II) и кислород и установилось химическое равновесие. Определите объемные доли веществ в равновесной смеси, если ее плотность по воздуху равна 1,269.

Решение:

1) Определяем среднюю молярную массу равновесной газовой смеси:

М_ср.(равновесной смеси) = 1,269 • 29 = 36,8 г/моль.

2) Пусть исходное количество оксида азота (IV) равнялось 1 моль и к моменту достижения равновесия образовалось х моль оксида азота (II), тогда в равновесии останется 1-х моль NO₂ и образуется 0,5х моль

Было: 1

2 NО₂ →2 NO + О₂ + (NO₂)

Прореагировало: х стало: х 0,5х 1-х

Общее количество веществ в равновесной смеси равно х + 0,5х + (1 - х) = 1 + 0,5х.

3) Составляем уравнение с использованием средней молярной массы, учитывая, что масса газовой смеси не изменяется во время установления равновесия, и находим х:

36,8 • (1 + 0,5х) = 46; 18,4х = 9,2; х = 0,5.

4) Находим молярные доли веществ в равновесной смеси, которые равны соответствующим объемным долям.

Задача 7. В некоторый момент времени скорость реакции синтеза аммиака, измеренная по водороду, составила 0,045 моль/ л∙мин. Какие значения будет иметь скорость этой же реакции в тот же момент времени и в тех же условиях, если ее измерять по азоту или по аммиаку?

Решение:

3 Н₂ + N₂ → 2 NН₃

ν(измеренная по Н₂) = ∆v(H₂) / (V • ∆t): ν(измеренная по N₂) = ∆v(N₂) / (V • ∆t);

Согласно уравнению реакции изменение количества вещества азота в три раза меньше
изменения количества вещества водорода — ∆v(N₂) = ∆v(H₂) / 3,поэтому скорость реакции, измеренная по азоту, в три раза меньше скорости реакции, измеренной по водороду:

ν(измеренная по N₂) = ν(измеренная по Н₂) / 3 = 0,045 / 3 = 0,015 моль/л*мин.

Аналогично, изменение количества аммиака в этой реакции в два раза больше изменения количества азота, поэтому скорость, измеренная по аммиаку, будет в два раза больше скорости, измеренной по азоту.

ν(измеренная по NH₃) = 2 • ν(измеренная по N2) = 0,015 • 2 = 0,03 моль /л*мин.

Ответ: ν(измеренная по N₂) = 0,015 моль/л.мин; ν(измеренная по NH₃) = 0,03 мо ль/л.мин.

Задача 8. Пары этаналя смешали с водородом в молярном отношении 1: 2 при давлении 300 кПа и температуре 400 °С в замкнутом реакторе, предназначенном для синтеза этанола. После окончания процесса давление газов в реакторе при неизменной температуре уменьшилось на 20%. Определите объемную долю паров этанола в реакционной смеси и процент превращения уксусного альдегида в
этанол.

Решение. При гидрировании этаналя образуется этанол: СН₃СНО + Н₂ = С₂Н₅ОН.

Пусть в исходной смеси содержалось х моль этаналя, v(CH₃CHO) = х, тогда по условию v(H₂) =2х. Общее число молей газов равно v₁ = 3х.

Реакция этаналя с водородом обратима. Пусть в эту реакцию вступает у моль СН₃СНО, тогда водорода расходуется также у моль и образуется у моль С₂Н₅ОН. В конечной смеси содержатся:
v(CH₃CHO) = х - у, v(H₂) =2х - у, v(C₂H₅OH) - у.

Общее число молей газов равно v₂ = (х - у) + (2х - у) + у =3х - у.

По условию давление в конечной смеси уменьшилось на 20% по сравнению с исходным. Поскольку температура в процессе реакции не изменяется и объем реактора постоянен, то уменьшение давления вызвано только уменьшением числа молей газов. Таким образом, v₂ =0,8 • v ₁, или 3х - у = 0,8 • 3х, т. е. у = 0,6х.

По закону Авогадро объемная доля газа равна его мольной доле, поэтому объемная доля паров этанола равна: Ψ(С₂Н₅ОН) - у/(3х - у) = 0,25, или 25%.

Процент превращения уксусного альдегида в этанол (т. е. практический выход этанола) равен у/х = 0,6, или 60%.

Ответ. 25% С₂Н₅ОН, процент превращения СН₃СНО — 60%.

IV. Подведение итогов урока. Домашнее задание.

V. Выставление оценок.

Скорость химических реакций.

Химическое равновесие.

Задача 1. В колбу вместимостью 2 л поместили смесь газообразных водорода и иода. В результате реакции образования иодоводорода количество вещества иода уменьшилось на 2 • 10 ^-3 моль за 25 с. Рассчитайте скорость реакции по изменениям концентраций каждого из веществ.

Задача 2. Растворение образца цинка в соляной кислоте при 20 °С заканчивается через 27 мин, а при 40 °С такой же образец металла растворяется за 3 мин. За какое время данный образец цинка растворится при 55 °С?

Задача 3. Вещество В в растворе с концентрацией 0,4 моль/л участвует в реакции первого порядка с начальной скоростью 4 • 10^-3 моль • л^-1 • с^-1. Рассчитайте константу скорости этой реакции.

Задача 4. В сосуде емкостью 5 л смешали 1,4 г этилена и 5.475 г хлороводорода. Через 25 секунд в сосуде образовалось 1,29 г хлорэтана. Определите молярные концентрации веществ в этот момент и среднюю скорость реакции в этом интервале времени.

Задача 5. Некоторое количество азота и водорода смешали в сосуде емкостью 2 л и нагревали в присутствии железного катализатора до установления химического равновесия. Определите исходные концентрации веществ в сосуде, если известно, что равновесная смесь содержала 0,6 моль азота, 1,8 моль водорода и 0,8 моль аммиака.

Задача 6. Оксид азота (IV) нагревали при некоторой температуре, при этом часть его разложилась на оксид азота (II) и кислород и установилось химическое равновесие. Определите объемные доли веществ в равновесной смеси, если ее плотность по воздуху равна 1,269.

Задача 7. В некоторый момент времени скорость реакции синтеза аммиака, измеренная по водороду, составила 0,045 моль/ л∙мин. Какие значения будет иметь скорость этой же реакции в тот же момент времени и в тех же условиях, если ее измерять по азоту или по аммиаку?

Задача 8. Пары этаналя смешали с водородом в молярном отношении 1: 2 при давлении 300 кПа и температуре 400 °С в замкнутом реакторе, предназначенном для синтеза этанола. После окончания процесса давление газов в реакторе при неизменной температуре уменьшилось на 20%. Определите объемную долю паров этанола в реакционной смеси и процент превращения уксусного альдегида в
этанол.

Задача 9. В сосуд объемом 1 литр поместили 13,5 г воды, катализатор и затем под давлением в сосуд добавили 0,75 моль метана. Сосуд нагрели до температуры, при которой происходит реакция конверсии метана. В некоторый момент времени t скорость прямой реакции, измеренной по метану, была в 1,333 раза больше скорости обратной реакции, измеренной по водороду, а концентрация оксида углерода (II) составила 0,25 моль/л. Определите состав газовой смеси (в % по объему) в момент достижения равновесия, если известно, что скорость прямой реакции прямопропорциональна концентрации метана и не зависит от концентрации воды, а скорость обратной реакции прямо-
пропорциональна концентрации водорода и не зависит от концентрации СО.

Задача 10. В замкнутый сосуд поместили некоторое количество йода и заполнили его водородом, затем сосуд нагревали при некоторой температуре до установления химического равновесия. Равновесные концентрации H₂, I₂ и HI оказались равны, соответственно,: 0,15; 0,15 и 0,3 моль/л. Вычислите значение константы равновесия I₂(г) + H₂(г) ⇄ 2HI(г), и исходную концентрацию H₂.

Задача 11. Рассчитайте молярные концентрации ионов Ag⁺ и SO₄^2- в насыщенном растворе сульфата серебра, если известно, что произведение растворимости сульфата серебра в этих условиях равно 3,2 ·10^-5.