Интегрированный урок (химия-биология) по химической кинетике « Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость реакции »
ОСНОВОПОЛАГАЮЩЕЕ НАБЛЮДЕНИЕ
Давно было замечено, что учащиеся не соотносят сведения о внешнем мире, полученные на одном уроке со сведениями о том же предмете, которые им сообщают на других уроках.
Ставя в обучении в качестве основной задачу развития личности, в конечном итоге мы имеем в школьной системе обучения:
- многопредметность
- разобщенность учебных предметов
- плохую ориентацию в содержании смежных дисциплин
- оторванность от жизни
- отсутствие целостного восприятия мира
- неумение переносить знания от одного предмета к другому
- отсутствие мотивации к предмету
ВЫВОД
Большинство наших учеников в процессе обучения не использует важнейшую интеллектуальную способность человека – способность к сравнению, анализу и классификации получаемой извне информации
ПРИЧИНЫ
- Перегруженность ребенка (мозг не успевает проделать необходимую работу)
- Возрастная неподготовленность к восприятию тех или иных абстрактных понятий
- Неподготовленность ребенка к чтению серьезных текстов
- Учебные тексты написаны на общенаучном языке, очень далеком от ежедневной речевой практики школьника
- Дефекты учебников и методик
ЗАДАЧИ
- помочь учащимся усвоить всю совокупность фактов и явлений в их развитии, овладеть общей картиной мира
- покончить с разобщенностью школьных предметов
- возбудить интерес учащихся к учению;
- повысить практическую направленность обучения
УРОВНИ ИНТЕГРАЦИИ
- Межпредметные связи (привлечение понятий, образов, представлений из других предметов, т.е. принцип «вторжения в другую область»)
- Интегрированные уроки (использование на уроках по разным предметам общих принципов, составляющих методологическую основу современного естествознания)
- Интегрированные учебные курсы (рассмотрение комплекса проблем и явлений, которые по своей сути требуют знаний из разных дисциплин)
Интегрированный урок
(химия-биология)
по химической кинетике «Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость реакции»
ХАРАКТЕРИСТИКИ УРОКА
- Эпиграф к уроку : «Кто учился наукам, но не применяет их, похож на того, кто пахал, но не сеет». Саади
- Цель химика: дать понятие скорости реакции и факторов, влияющих на скорость реакции.
- Цель биолога : обобщение и закрепление темы «Пищеварение», используя новые химические понятия. Пропагандирование здорового образа жизни.
- Данный урок был проведен за 2 учебных часа в общеобразовательном 9 классе.
ХИМИК
Нас окружает множество реакций: горение, гниение, фотосинтез (6 Н 2 О + 6 СО 2 →6О 2 + С 6 Н 12 О 6 ) , расщепление белков в организме под действием пищеварительных ферментов до аминокислот, фотографирование (2 AgBr → 2 Ag + Br 2 ), образование озона при грозе (3 O 2 + 2 O 3 ), выветривание горных пород ( твердое тело → новое твердое тело)
Из известных реакций самая быстрая протекает в 10 40 раз быстрее, чем самая медленная. Например, реакция нейтрализации кислоты щелочью при комнатной температуре протекает мгновенно. А химическое выветривание горных пород (например, превращение гранита в глину) протекает в течение десятилетий.
ХИМИК
А что обозначает понятие «быстрота» какого-либо процесса?
Итак, тема урока : «Скорость химических реакций».
Давайте вспомним из курса физики метод вычисления скорости механического движения и выясним, что вкладывается в понятие «путь» в химических реакциях
ХИМИК
Скорость химической реакции – это изменение концентрации одного из реагирующих веществ в единицу времени.
Причем, абсолютно неважно, о каком из реагирующих веществ идет речь. Все, что происходит в нашем организме – это так же химические реакции. Есть реакции полезные для нас (например, пищеварение), а есть реакции, приносящие вред (старение, разрушение зубов и т.д.).
Следовательно, есть необходимость ускорить полезную реакцию и уменьшить скорость или совсем остановить реакцию, приносящую вред. А чтобы управлять химическими реакциями, необходимо знать закономерности их протекания во времени, т.е. факторы, влияющие на скорость химических реакций.
1 ФАКТОР ПРИРОДА РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
Учащиеся проводят опыты, самостоятельно делают выводы.
Опыт №1 Mg + H 2 SO 4 → быстро
Zn + H 2 SO 4 → медленнее
Cu + H 2 SO 4 → не идет
Вывод: скорость реакции зависит от природы металла.
Опыт №2 Zn + H 2 SO4 → быстро
Zn + CH 3 COOH → медленно
Вывод : скорость реакции зависит от силы кислоты.
Общий вывод : в зависимости от природы реагирующих веществ скорость реакции будет разной.
БИОЛОГ
Работами И.П. Павлова и его сотрудников было показано, что различные раздражители вызывают отделение слюны различного качества и в неодинаковом количестве.
Слюна из околоушной железы отличается по своим свойствам от слюны, вырабатываемой поднижнечелюстной и подъязычной железами. Она прозрачна, менее вязка, не имеет слизи, бедна ферментами. Слюна из поднижнечелюстной и подъязычной желез слегка мутновата, вязка, богата ферментами.
Оказалось, слюна отделяется не только на пищевые раздражители, но и на несъедобные, отвергаемые вещества: песок, камни, кислоту. Эти вещества не имеют пищевого значения, но могут повредить слизистую оболочку рта. Слюноотделение на такие раздражители носит защитный характер.
КОЛИЧЕСТВО СЛЮНЫ, ОТДЕЛЯЕМОЕ НА РАЗЛИЧНЫЕ ВЕЩЕСТВА
Название раздражителей
Нижнечелюстная и подъязычная железы, мг
Мясной порошок
4,4
Хлеб
Околоушная железа, мг
2,2
1,9
Сухари
1,6
3,0
Сухари + вода
0,8
1,9
Вода
Камни
0,9
0,5 капли
0,1
1 капля
Кислота
5,4
Перец
0,1
2,2
4,5
Песок
2,4
2,0
Молоко
2,4
1,3
Мясо
0,7
1,1
1,4
2 ФАКТОР ПОВЕРХНОСТЬ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
Поверхность реагирующих веществ
В полости рта происходит опробование пищи, в результате чего её либо принимают, либо выбрасывают из рта. Принятая пища во рту подвергается химическим и физическим воздействиям. Физические воздействия заключаются в размельчении, перетирании пищи, смачивании её слюной и формировании пищевого комка.
Вопрос : «А зачем необходимо пережевывать пищу?»
Жевание – акт рефлекторный. У людей жевательный аппарат развит слабее, чем у животных, потому что человек принимает пищу, уже в значительной степени подготовленную кулинарной обработкой. Однако тщательное пережевывание даже такой пищи – необходимое условие нормальной деятельности организма, прежде всего его органов пищеварения.
2 ФАКТОР ПОВЕРХНОСТЬ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
Если зубы плохие, пища плохо обрабатывается во рту. Создается большая нагрузка на желудок. Тщательность пережевывания пищи зависит от состояния зубов. Необходимость измельчения её в ротовой полости становится очевидной из следующих опытов. Собак кормили кусками мяса разной величины. Через 3 часа в желудке задерживалось 63% кусков массой 40г, 40% - 10г и 27% измельченного мяса.
Жевать надо не спеша. В народе недаром говорят: «Кто хорошо жует, тот долго живет».
Вывод : чем больше поверхность соприкосновения веществ, тем скорость химической реакции будет идти быстрее.
ХИМИК. ВОПРОСЫ УЧАЩИМСЯ
- Что быстрее можно поджечь спичкой: бревно или древесные стружки?
- Почему в растворах реакции протекают практически мгновенно?
- Почему кусок сахара не горит, а сахарная пыль на заводах иногда загорается и даже со взрывом?
В этих случаях у реагирующих веществ поверхность соприкосновения очень большая
3 ФАКТОР. ПРИСУТСТВИЕ В СФЕРЕ РЕАКЦИИ ПОСТОРОННИХ ВЕЩЕСТВ
это одно из наиболее сильных средств воздействия на скорость реакции
Катализ – это изменение скорости реакции в присутствии веществ-катализаторов.
Катализ бывает двух видов:
А) положительный (увеличивает скорость реакции)
Б) отрицательный (уменьшает скорость реакции) → ингибирование (вещества-ингибиторы от лат. Inhibere – сдерживать, останавливать).
ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ КАТАЛИЗ
Опыт
MnO 2
2 H 2 O 2 → 2 H 2 O + O 2 ↑
В данном случае MnO 2 – катализатор.
Катализатор, участвуя в реакции, способствует более быстрому переходу системы из начального в конечное состояние.
ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ КАТАЛИЗ
Действие катализатора избирательно:
Al 2 O 3 Cu
C 2 H 5 OH → C 2 H 4 + H 2 O C 2 H 5 OH → CH 3 COH + H 2 ↑
(этиловый спирт) ( этилен) ( уксусный альдегид)
Некоторые вещества снижают или полностью уничтожают действия катализаторов. Такие вещества называют каталитическими ядами (соединения As , Hg , Pb и др).
Подавляющее большинство процессов в химической промышленности осуществляется с помощью катализаторов. Польза их несомненна. Ведь понижение температуры процесса – это не только увеличение выхода продукта, но и экономия энергии, меньшая нагрузка на окружающую среду.
БИОЛОГ ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ
«Какие биологические катализаторы вы знаете?»
Ферменты – это биологические катализаторы белковой природы, вырабатываемые самим организмом. Характерные свойства ферментов – их специфичность: каждый фермент действует на вещество или группу веществ только определенного химического состава и строения, на определенный тип химической связи в молекуле.
Под влиянием ферментов нерастворимые и неспособные к всасыванию сложные вещества превращаются в растворимые и легкоусваемые более простые вещества. Иногда ферменты не способны катализировать реакции без дополнительных веществ – активаторов, или коферментов. Чаще всего ими являются нуклеотиды или пептиды. В состав некоторых коферментов входят витамины (В 12 ), витамины Е, К, С считаются коферментами.
Для действия ферментов нужна определенная реакция среды. Так, фермент слюны амилаза наиболее активен при р H 9,0 и даже выше, а фермент желудочного сока активен при р H 2-3.
ВОПРОС: «КАК ВЛИЯЕТ АЛКОГОЛЬ И КУРЕНИЕ НА ОРГАНЫ ПИЩЕВАРЕНИЯ?»
Алкоголь раздражает слизистую оболочку, вызывая гибель желудочных желез; под его влиянием происходит усиленное выделение желудочного сока, однако в этом случае в нем содержится много воды, HC l и слизи, но мало ферментов. Образование сока такого состава является защитной реакцией организма; вода разбавляет алкоголь, слизь защищает внутреннюю поверхность желудка от его прожигающего действия. Люди, злоупотребляющие алкоголем, обычно страдают хроническим гастритом – воспалением слизистой оболочки желудка.
Не менее вредно злоупотребление курением. Никотин, содержащийся в табаке, поражает вегетативную нервную систему, регулирующую деятельность ЖКТ; кроме того, растворяясь в слюне, которую мы постоянно глотаем, вещества, содержащиеся в табаке (никотин, синильная кислота, аммиак и др.), вызывают воспалительный процесс – катар. В результате у курильщиков наблюдается изменение нормальной кислотности желудочного сока; нередко под влиянием никотина возникают спазмы сосудов, способствующие образованию язвы желудка. Статистические наблюдения показывают, что до 98% больных язвой желудка – курильщики!
ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ КАТАЛИЗ (ИНГИБИРОВАНИЕ)
Всем известны экологические бедствия, которые вызывают разлитая нефть или аварии на заводах. Одна из причин этого – разрушение металлов, из которых изготавливаются цистерны для перевозки нефти, газопроводы, реакторы на заводах и т.д.
Разрушение металлов называется коррозией (от лат. – разъедать). Борьба с коррозией и защита металлов от неё – очень важная задача.
Опыт: в пробирку налить серную кислоту и опустить в неё железный гвоздь.
Вопрос: «Что указывает на коррозию металла?»
Через 2-3 минуты всыпать в эту пробирку несколько крупинок уротропина. Какова роль уротропина?
4 ФАКТОР - КОНЦЕНТРАЦИЯ РЕАГИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
Химик : этот фактор особенно актуален для растворенных веществ и газов.
Для того, чтобы произошла реакция, реагирующие частицы (атомы, молекулы, ионы) исходных веществ должны столкнуться друг с другом. Чем чаще столкновения, тем быстрее пройдет реакция.
Экспериментальный закон Гульдберга-Вааге (1867г) – закон действующих масс (основной закон химической кинетики): скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.
А + В = С + D
V ≈ C A ∙ C B V = k ∙ C A ∙ C B
k - коэффициент пропорциональност и ( константа скорости реакции).
5 ФАКТОР – ТЕМПЕРАТУРА
Химик : повышение температуры ускоряет большинство реакций, т.к. при нагревании частицы движутся быстрее, следовательно, возрастает возможность их столкновения.
Экспериментальное правило Вант-Гоффа (1884г): при повышении температуры на каждые 10 0 С скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза
Пример: 2 H 2 + О 2 → 2 H 2 O
- t = 20 0 С – 15% исходных веществ прореагируют за 54 млрд лет
- t = 500 0 С – все за 50 минут
- t = 700 0 С – мгновенная реакция
БИОЛОГ
Ферменты обладают высокой активностью. По некоторым данным, каждая молекула фермента в течение 1с при температуре 37 0 С может привести в действие около 300 молекул вещества.
Ферменты особо чувствительны к температуре среды, в которой они действуют. До температуры 40-42 0 С способность ферментов ускорять химические реакции повышается. Дальнейшее повышение температуры снижает активность ферментов. При температуре 70 0 С и выше ферменты утрачивают свои каталитические свойства. Каждый фермент имеет наиболее благоприятную для его катализирующей деятельности температуру. Ферменты, действующие в организме человека и высших животных, наиболее активны в среде, где температура 37-40 0 С.
КОНЕЦ УРОКА
Учащимся предлагается для закрепления пройденного материала выполнить тест и ответить на вопросы:
- Почему заводы по производству сахара и хлебозаводы являются стратегическими объектами?
- Изменится ли скорость реакции между водородом и кислородом, если в их смесь, сохранив все остальные условия прежними, ввести азот?
ЗАДАЧИ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
- Вычислить среднюю скорость реакции получения боевого отравляющего вещества фосгена: СО + С l 2 → СОС l 2 , если начальная концентрация хлора составляла 0,01794 моль/л.
- На упаковке пищевых консервов надпись: «Срок хранения в морозильной камере (-18 0 С) – 30 суток, в холодильнике – (-5 0 С) – 6 суток. Сколько можно хранить эти съестные припасы без холодильника при t = + 20 0 C ?
- При температуре +37 0 C скорость реакции фермента амилазы составляет 300 моль/л. Сколько молей вещества он сможет разложить при температуре +67 0 С, если температурный коэффициент данной реакции равен ½?
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
