Смещение химического равновесия

1. 
   Предмет - химия.
   
2. 
   Класс, профиль - 11 класс, базовый уровень
   

4. Программно - методическое обеспечение:

• 
  учебник Кузнецова Н.Е., Литвинова Т.И., Левкин А.Н. Химия. 1.ч., 2.ч.11 класс. - М. Вентана - Граф.
  

6. Цель: формирование на межпредметном уровне представлений о химическом равновесии, как динамическом состоянии реагирующей системы, и умений решать задачи по способам его смещения.

7. Основные понятия: принцип Ле Шателье.

8. Планируемые результаты:

• 
  Раскрытие роли химии в жизни общества на примере химического процесса связывания азота.
  
• 
  Развитие представлений о состоянии химического равновесия.
  
• 
  Формирование представлений о принципе Ле Шателье.
  
• 
  Развитие умений на конкретных примерах объяснять способы смещения химического равновесия, применяя принцип Ле Шателье или следствия из него.
  
• 
  Развитие научного мышления учащихся при раскрытии причинно-следственных связей, сравнении и анализе химических процессов, применении знаний и умений в новых ситуациях.
  

9. Ведущие приемы:

• 
  постановка межпредметных вопросов, в том числе проблемно-поискового характера;
  
• 
  использование метода аналогий при составлении моделей;
  
• 
  обращение к историческому материалу;
  
• 
  организация акцентированных наблюдений;
  
• 
  составление обобщенных схем;
  
• 
  выполнение комплексных заданий;
  
• 
  химический эксперимент.
  

10. Средства обучения:

• 
  схема «Модель химического равновесия «Супермаркет»; рисунки «Изменение энергии Гиббса в необратимой и обратимой реакциях», «Принцип сжатой пружины – принцип вредности – принцип наоборот»;
  
• 
  прибор для определения состава воздуха;
  
• 
  шаростержневая модель молекулы азота;
  
• 
  «Химический тренажер»;
  
• 
  портреты Ле Шателье, Нобеля;
  
• 
  мультимедиа «Виртуальная лаборатория»
  

1. 
   Самоопределение к деятельности (3 мин)
   

• 
  К какому периоду истории относится это высказывание?
  

• 
  Эксперимент по определению состава воздуха.
  
• 
  Каков состав воздуха?
  
• 
  Что вы знаете о применении кислорода и азота?
  
• 
  Чем привлек немцев воздух?
  
• 
  Какие есть мнения?
  

1. 
   Каково строение азота, его физические и химические свойства?
   
2. 
   Напишите реакцию прямого окисления азота воздуха при электрическом разряде.
   
3. 
   Как вы думаете, почему этот способ не получил распространения?
   
4. 
   Напишите реакцию взаимодействия водорода с азотом.
   
5. 
   Какая эта реакция? Какие реакции называются обратимыми?
   
6. 
   Что такое скорость химической реакции?
   
7. 
   Какие факторы на нее влияют?
   
8. 
   Как же термодинамика объясняет возможность протекания обратимых процессов?
   
9. 
   Дайте определение химического равновесия.
   

2. 
   Постановка учебной задачи (2 мин)
   

Вернемся к обратимой реакции азота с водородом:

3H₂ + N₂ ó 2NH₃ + Q

• 
  «Или, как сменится год, золотые засеивай злаки,
  

- писал Вергилий. О чем это он?

• 
  Можно ли с помощью грозовых дождей и бобовых растений обеспечить землю усвояемым азотом?
  
• 
  Человек нарушает почвенный природный баланс, он обязан его восстановить. Но как это сделать?
  
• 
  При обычных условиях азот неактивен. Недаром азот воздуха сравнивают с летящей птицей, которую трудно поймать. Какая проблема встает перед нами?
  

Давайте конкретизируем проблему.

Как сместить равновесие в сторону образования продукта реакции?

Назовите тему урока:

Смещение химического равновесия

3. 
   Построение проекта выхода из затруднения (18 мин)
   

Представим себе крупный супермаркет, занимающий двухэтажное здание. В нижнем этаже находятся служебные помещения, автостоянка и камера хранения. На втором этаже – торговый зал. Оба этажа связаны эскалаторами. Поскольку главный процесс – покупка – происходит на втором этаже, то уподобим поток покупателей по эскалатору, работающему на подъем, прямой реакции, а возвращение по второму эскалатору – обратной реакции.

Начало рабочего дня. Первые покупатели поднимаются в торговый зал, поток их все увеличивается, но обратного движения пока нет, поскольку никто еще не успел сделать покупки. Аналогия: в начале обратимой реакции идет прямой процесс, а обратный – практически нет. Со временем обратный

поток покупателей начинает увеличиваться, и к середине рабочего дня потоки покупателей по обоим эскалаторам выравниваются. Устанавливается

своего рода равновесие: численность покупателей в торговом зале практически не меняется, хотя ежеминутно происходит обновление. Этот

пример убедительно показывает, что равновесие не означает прекращения процесса, ведь оба эскалатора работают бесперебойно.

Покажем с помощью этой модели, как влияют на равновесие внешние условия. Допустим, что в торговом зале на втором этаже объявили распродажу с большими скидками. Это сразу же привлечет множество новых покупателей, которые ринутся вверх по эскалатору. Концентрация покупателей в торговом зале резко увеличится. Однако через какое-то время все они начнут возвращаться обратно, и постепенно потоки по обоим эскалаторам (т.е. скорости прямой и обратной реакций) вновь выравнятся. Вновь наступит равновесие, и концентрация покупателей в торговом зале снова станет стабильной, но большей, чем до объявления распродажи.

Таким образом, состояние равновесия сохраняется сколь угодно долго при неизменных внешних условиях. Как только эти условия изменяются, система переходит из одного состояния равновесия в другое.

1. 
   По каким характерным особенностям можно распознать химическое равновесие?
   

• 
  В смеси одновременно присутствуют и начальные вещества (реагенты), и … (продолжите фразу).
  
• 
  Концентрации реагентов и продуктов со временем не меняются, если только нам не понадобится изменить условия процесса (какие?)
  
• 
  На любое не слишком сильное воздействие извне, меняющее условия реакции, равновесная система отвечает своеобразно. Как именно это происходит?
  

2. 
   Работаем в виртуальной лаборатории: (приложение 2)выясняем, какое влияние оказывает на смещение равновесия изменение:
   

• 
  температуры
  
• 
  давления
  
• 
  концентрации
  
• 
  введение катализатора
  

3. 
   Как сместить равновесие в сторону получения аммиака?
   

Т - ?

[H₂] и [N₂] - ?

4. 
   Продолжите схемы:
   

T =>

-4-

За разработку научных основ процесса синтеза аммиака и за его промышленное оформление немецким исследователям Ф. Габеру (в 1918 г.) и К. Бошу (в 1931 г. – развитие метода) присуждена Нобелевская премия, которая вручается уже на протяжении 105 лет.

В 1900 году, спустя четыре года после смерти Нобеля, король Швеции Оскар II учредил комитет Нобелевского фонда. Нобелевская премия самая престижная (лауреаты получают более миллиона долларов).

Но, может быть, ученые и писатели мечтают о ней не только из-за денег. Каждый год в День Нобеля в комнату лауреата заходят белокурые скандинавские девушки в венках с зажженными свечами и с тихим пением приносят в постель завтрак.

Видеофрагмент: «Стокгольм. Королевский дворец».

«Мне бы хотелось изобрести вещество или машину, обладающие такой разрушительной мощностью, чтобы всякая война вообще стала невозможной», - он ненавидел войну и изобрел динамит. Мечтал с детства о литературной карьере, писал стихи, а стал ученым. Хотел любить и быть любимым, но своего единственного человека так и не встретил.

У каждой проблемы, как и у медали Нобеля, всегда две стороны. Мы с вами, решая проблему связывания азота, хотели утолить голод земли, получать у-добр-ения (от слова «добро», т.е. приносить ей пользу).

А ведь соединения азота используются не только в производстве минеральных удобрений, красителей и продуктов органического синтеза,

и в производстве взрывчатых веществ и порохов. Во времена Габера и Боша аммиак был необходим для ведения войны. Почти сразу же после начала I мировой войны британский флот блокировал Германию, в результате чего в эту страну перестал поступать нитрат из Чили (наилучшее природное сырье). Возвращаемся к эпиграфу.

Развитие азотной промышленности послужило толчком к созданию мощной немецкой химической индустрии. Своим открытием ученые дали страшное оружие в руки германских милитаристов. Габер активно участвовал в этой компании, являясь руководителем химической службы рейхсвера. По иронии судьбы, после того как промышленные магнаты Германии, в том числе и химические, привели к власти Гитлера, Габер попал под действие расистских законов нацистов и был вынужден эмигрировать в Швейцарию. Рассказала я эту историю с той целью, чтобы показать, что даже самые лучшие намерения можно извратить и заставить науку служить целям разрушения.

4. 
   Первичное закрепление во внешней речи (5 мин)
   

1. 
   N₂ + O₂ ó 2NO – Q
   
2. 
   Cl₂ + H₂ ó 2HCl ( г) + Q
   
3. 
   CO + 2H₂ ó CH₃OH (г) + Q
   
4. 
   2HBr (г) ó H₂ + Br₂ (г) – Q
   
5. 
   C₂H₄ + H₂ ó C₂H₆ + Q
   
6. 
   С₄H₁₀ ó C₄H₆ + 2H₂ – Q
   

а) при понижении температуры

б) при повышении давления

в) при увеличении концентрации кислорода?

а) при повышении температуры

б) при понижении давления

в) при увеличении концентрации оксида серы (IV)?

1. 
   Включение нового в систему межпредметных знаний (3 мин)
   

В окружающем нас мире живое и неживое подчиняются общим законам природы. Чаще всего мы используем этот принцип для того, чтобы подобрать условия, увеличивающие выход необходимого продукта. Реже говорим о том, как сократить выход вредного продукта.

Вспомним такой метод лечения, как гомеопатия. Метод заключается в применении очень малых доз тех лекарств, которые в больших дозах вызывают у здорового человека признаки какого-нибудь заболевания.

Как же в данном случае действует лекарство-яд?

В организм вводят продукт нежелаемой реакции, и по принципу Ле Шателье равновесие смещается в сторону … (исходных веществ). Процесс, вызывающий болезненные нарушения в организме, угасает.

В жизни можно найти множество примеров «сопротивления внешним воздействиям». Вот простая и всем знакомая ситуация. В нормально действующей экономике должно существовать равновесие между общей суммой находящихся в обращении денег и теми товарами, которые можно на эти деньги купить.

Что будет, если «внешним воздействием» окажется желание
правительства напечатать денег больше, скажем, чтобы рассчитаться с долгами?

В строгом соответствии с принципом Ле Шателье, равновесие между товаром и деньгами будет смещаться таким образом, чтобы…

(ослабить удовольствие граждан от обладания большим количеством денег).

А именно, цены на товары и услуги вырастут, и тем самым будет достигнуто новое равновесие. (приложение 6)

2. 
   Рефлексия деятельности (итог урока) (5мин)
   

Давайте соотнесем цель урока с результатами деятельности.

• 
  Какова была проблема?
  
• 
  Как мы ее решили?
  
• 
  Прием «Синквейн».
  
• 
  Что нового узнали на уроке?
  
• 
  В чем еще остались затруднения?
  
• 
  Оцените работу класса и свою собственную.
  

Хотелось бы, чтобы вы в будущем исправили недоработку Нобелевского комитета по отношению к российским ученым и пополнили ряды лауреатов.

«Давай-ка тебя я немного подвину!»

Она отвечает: «Ты знаешь меня:

Ни часа, ни дня не могу без огня!

И чтобы улучшить мое настроение,

Прошу, даже требую: выше давление!

К тому же учти: я – такая реакция,

Что мне реагентов важна концентрация».

И химик подумал: «Теперь мне все ясно.

Тепло поглощаешь – и это прекрасно!

Как только под колбой зажгутся горелки,

Ступай-ка, реакция, прямо по стрелке.

Вот это цветочки, но будут и фрукты –

Повысит давление выход продукта!

Еще концентрация…Да, ты права:

Побольше я выдам тебе вещества».

Реакция стала работать послушно,

Продукт образуя полезный и нужный.

Такой вот привиделся химику сон.

Какие же выводы сделает он?

Приложение 1.

обратимая

реакция

состояние

равновесия

причем процесс также идет самопроизвольно.

Что это за состояние, характеризующее систему «на полпути» от одних веществ к другим?
Приложение 3.

Принцип Ле Шателье

Ле Шателье

Приложение 6.

Денежная масса.


Приложение 2.

Виртуальная лаборатория.