Sach giao vien chương tốc độ phản ứng và cân bằng hoá học

Về kĩ năng  Vận dụng các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ phản ứng và cân bằng hoá học để điều khiển phản ứng hoá học..  Nguyên nhân quan trọng dẫn đến các yếu tố nồng độ, nhiệt độ, áp suất

Chươngư 1 tốc độ phản ứng và

cân bằng hoá học

A  Mở đầu

I  Mục tiêu của chơng

1 Về kiến thức

HS biết : Khái niệm về tốc độ phản ứng.

HS hiểu :

 Cân bằng hoá học là gì ?

 Các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ phản ứng và cân bằng hoá học

 ý nghĩa cân bằng hoá học trong kĩ thuật và đời sống

2 Về kĩ năng

 Vận dụng các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ phản ứng và cân bằng hoá học để

điều khiển phản ứng hoá học

 Sử dụng biểu thức hằng số cân bằng để tính nồng độ các chất và ngợc lại, từ nồng độ các chất ở trạng thái cân bằng tính hằng số cân bằng

 Rèn luyện kĩ năng làm thí nghiệm, quan sát thí nghiệm

 Rèn luyện khả năng phân tích và khái quát vấn đề dựa vào t duy logic

3 Giáo dục tình cảm thái độ

 Tiếp tục rèn luyện và phát triển lòng say mê, thích khám phá khoa học

 Có ý thức vận dụng những kiến thức đợc học để lí giải những hiện tợng, quy trình kĩ thuật trong cuộc sống và trong sản xuất

 Tin tởng vào khoa học, con ngời có khả năng điều khiển các quá trình hoá học

ii  một số điểm cần lu ý

1 Nội dung của chơng

Nội dung của chơng gồm hai vấn đề lớn là tốc độ phản ứng và cân bằng hoá học, hai phần này có mối liên quan chặt chẽ với nhau

 HS dễ dàng hiểu đợc khái niệm tốc độ phản ứng GV cần cho HS thấy rõ đ

-ợc tốc độ trung bình của phản ứng là đại lợng gần đúng trong khoảng thời gian nhất định, còn trong toàn bộ quá trình phản ứng tốc độ trung bình giảm dần theo thời gian

 Nguyên nhân quan trọng dẫn đến các yếu tố nồng độ, nhiệt độ, áp suất ảnh hởng đến tốc độ phản ứng là do các yếu tố này ảnh h ởng trực tiếp đến khả năng

va chạm của các chất tham gia phản ứng

 GV cần cho HS thấy rõ đợc phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra đồng thời theo hai chiều ngợc nhau ở cùng điều kiện

 Cân bằng hoá học đạt đợc khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch Hằng số cân bằng của phản ứng xác định chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ

 Hiểu đợc nội dung nguyên lí chuyển dịch cân bằng và vận dụng nguyên lí này vào một số cân bằng có ý nghĩa trong kĩ thuật

2 Phơng pháp dạy học

 Nên dùng thí nghiệm cho HS dễ dàng quan sát, so sánh, từ đó hình thành kiến thức mới

 Bài học trong chơng có nhiều nội dung gắn với thực tế đời sống, kĩ thuật,

đòi hỏi t duy logic Vì vậy nếu có điều kiện nên tổ chức HS theo nhóm để phát huy đợc trí tuệ tập thể, rèn luyện cho HS có khả năng lao động hợp tác

 Chú ý sử dụng các bài tập hợp lí để giúp HS vận dụng kiến thức đ ợc học vào thực tế gắn học đi đôi với hành

B  Dạy học các bài cụ thể

Bài 1 (2 tiết). tốc độ phản ứng hoá học

I  Mục tiêu bài học

1 Về kiến thức

HS biết : Tốc độ phản ứng hoá học là gì ?

HS hiểu : Hiểu đợc tại sao những yếu tố nồng độ, áp suất, nhiệt độ, kích th ớc

hạt chất phản ứng ảnh hởng đến tốc độ phản ứng

2 Về kĩ năng

 Sử dụng công thức tính tốc độ trung bình của phản ứng

 Vận dụng các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ phản ứng để làm tăng tốc độ của phản ứng

3 Về tình cảm thái độ

Tin tởng vào khoa học, con ngời có khả năng điều khiển đợc tốc độ phản ứng hoá học

II  Chuẩn bị

 Dụng cụ thí nghiệm : Cốc thí nghiệm loại 100 ml ; đèn cồn

 Hoá chất : Dung dịch BaCl2, Na2S2O3, H2SO4 cùng nồng độ 0,1M ;

Zn (hạt), KMnO4 (tinh thể), CaCO3, H2O2, MnO2

III  Gợi ý tổ chức hoạt động dạy học

Phơng pháp chủ yếu đợc sử dụng trong bài là quan sát hiện tợng thí nghiệm, nhận xét và rút ra kết luận Nếu có điều kiện nên tổ chức cho HS làm thí nghiệm

và thảo luận theo nhóm

I  Khái niệm về tốc độ phản ứng

1 Thí nghiệm

Hoạt động 1

GV hớng dẫn HS làm và quan sát thí nghiệm để hình thành khái niệm tốc độ phản ứng (Thực hiện thí nghiệm nh SGK mô tả)

Hãy nhận xét hiện tợng thí nghiệm

HS : ở phản ứng (1) : BaCl2 + H2SO4  BaSO4 + 2HCl

Kết tủa xuất hiện ngay tức khắc

Còn ở phản ứng (2) : Na2S2O3 + H2SO4  S + SO2 + H2O + Na2SO4

Một lát sau mới thấy màu trắng đục xuất hiện Điều đó chứng tỏ phản ứng (1) xảy ra nhanh hơn phản ứng (2)

GV yêu cầu HS tìm trong thực tế, cuộc sống những phản ứng minh hoạ cho loại phản ứng xảy ra nhanh, chậm

GV kết luận : Các phản ứng hoá học khác nhau xảy ra nhanh chậm rất khác

nhau Để đánh giá mức độ nhanh chậm của phản ứng hoá học ng ời ta dùng khái niệm tốc độ phản ứng hoá học

2 Tốc độ phản ứng

Hoạt động 2

GV :

 Gợi ý giúp HS nhận xét về sự thay đổi nồng độ các chất phản ứng hoá học

để thấy đợc mối liên hệ giữa tốc độ phản ứng với sự biến đổi nồng độ các chất trong phản ứng

 Khi một phản ứng hoá học xảy ra, nồng độ các chất tham gia và các chất sản phẩm của phản ứng biến đổi nh thế nào ?

HS :

 Trong quá trình phản ứng, nồng độ các chất tham gia dần dần giảm đi còn nồng độ các chất sản phẩm dần dần tăng lên

 Xét trong cùng một thời gian nồng độ các chất tham gia giảm càng nhiều thì phản ứng xảy ra càng nhanh Tơng tự, nồng độ chất sản phẩm tăng càng nhiều thì phản ứng xảy ra càng nhanh

GV kết luận : Nh vậy có thể dùng độ biến thiên nồng độ của một chất bất kì

trong phản ứng làm thớc đo tốc độ phản ứng

Tốc độ phản ứng là đại lợng đặc trng cho độ biến thiên nồng độ của một trong các chất phản ứng hoặc sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian.

3 Tốc độ trung bình của phản ứng

Hoạt động 3

GV giúp HS hiểu đợc khái niệm tốc độ trung bình của phản ứng và hình thành công thức tính tốc độ trung bình của phản ứng

Để làm đợc điều đó có thể thực hiện bằng hai cách :

 Cách thứ nhất : Đi từ tổng quát (nh SGK trình bày) đến cụ thể :

Xét phản ứng tổng quát A  B, ở thời điểm t1, nồng độ chất A (chất phản ứng) là C1, ở thời điểm t2, nồng độ chất A là C2 Hỏi trong khoảng thời gian đó biến thiên nồng độ chất A là bao nhiêu ? Trong một đơn vị thời gian nồng độ chất A biến thiên là bao nhiêu ?

HS (có thể cho HS thảo luận trong nhóm) :

Biến thiên nồng độ chất A : C1 C2 = (C2  C1) = +CA ; (C1 > C2)

Biến thiên nồng độ chất A trong một đơn vị thời gian :

 

  với : t2 > t1 ; C1 > C2

 

  là tốc độ trung bình của phản ứng trong khoảng thời gian từ t1 đến t2 Kí hiệu là v

Tơng tự nh vậy, hãy tính tốc độ trung bình của phản ứng trên theo sự biến thiên nồng độ của chất B (chất sản phẩm) HS thảo luận trong nhóm rồi đ a ra câu trả lời :

v

  với C2 > C1 ; t2 > t1

GV kết hợp hai biểu thức tính tốc độ phản ứng, ta có công thức tổng quát :

C

v

t



 

 với v là tốc độ trung bình của phản ứng trong khoảng thời gian

từ t1 đến t2

Dấu "" ứng với việc tính tốc độ theo nồng độ chất phản ứng

Dấu "+" ứng với việc tính tốc độ theo nồng độ chất sản phẩm

 Cách thứ hai : Có thể đi từ cụ thể, rồi khái quát thành công thức tổng quát.

Thí dụ : GV nêu một bài toán để HS giải :

Xét phản ứng : N2O5  N2O4 + 12 O2

ở thời điểm ban đầu (t1 = 0), nồng độ N2O5 là C1 = 2,33 mol/l Sau một thời gian (t2 = 184 giây) nồng độ N2O5 là C2 = 2,08 mol/l Hỏi trong khoảng thời gian đó, trung bình mỗi giây nồng độ N2O5 thay đổi bao nhiêu ?

ở thời điểm ban đầu (t1 = 0) nồng độ N2O4 là C1 = 0 Sau một khoảng thời gian (t2 = 184 giây) nồng độ N2O4 là C2 = 0,25 mol/l Hỏi trong khoảng thời gian đó mỗi giây nồng độ N2O4 thay đổi bao nhiêu ?

HS : Giải 2 bài toán trên theo sự gợi ý của GV

GV : Khái quát và đa ra công thức tổng quát

GV yêu cầu HS nghiên cứu bảng 1.1 (SGK) và cho nhận xét về tốc độ trung bình của phản ứng sau những khoảng thời gian khác nhau

HS thấy tốc độ trung bình của phản ứng giảm dần theo thời gian

GV : Điều đó chứng tỏ tốc độ trung bình chỉ là tốc độ gần đúng trong khoảng thời gian đang xét  tốc độ chính xác tại một thời điểm nào đó gọi là tốc

độ tức thời Việc xác định tốc độ tức thời sẽ đợc nghiên cứu ở các lớp trên

Có thể dừng tiết thứ nhất tại đây

II  Các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ phản ứng

1 ảnh hởng của nồng độ

Hoạt động 4

GV hớng dẫn HS quan sát thí nghiệm SGK và nhận xét

HS : Phản ứng xảy ra ở cốc có nồng độ Na2S2O3 cao nhanh hơn ở cốc có nồng độ Na2S2O3 thấp

Có thể dùng thí nghiệm sau đây để phát hiện ảnh hởng của nồng độ đến tốc

độ phản ứng

Cho vào 2 ống nghiệm, mỗi ống 2  3 hạt kẽm nh nhau Rót vào ống nghiệm thứ nhất 5 ml dung dịch axit H2SO4 0,1M và rót vào ống nghiệm thứ hai 5 ml dung dịch H2SO4 0,01M Quan sát bọt khí hiđro thoát ra ở 2 ống nghiệm và rút

ra kết luận Tốc độ giải phóng hiđro ở ống nghiệm thứ nhất lớn hơn ở ống nghiệm thứ hai

GV trình bày để HS hiểu đợc tại sao nồng độ chất phản ứng có ảnh hởng đến tốc độ phản ứng

HS kết luận : Nồng độ chất phản ứng tăng tốc độ phản ứng tăng

2 ảnh hởng của áp suất

GV bổ sung : ở những phản ứng có chất khí tham gia, khi áp suất tăng nồng

độ chất khí tăng theo, nên ảnh hởng của áp suất đến tốc độ phản ứng cũng giống

nh ảnh hởng của nồng độ Có nghĩa là đối với phản ứng có chất khí tham gia, khi

áp suất tăng, tốc độ phản ứng tăng

GV lu ý : Biểu thức biểu diễn mối liên hệ giữa áp suất và nồng độ của chất khí : PV=nRT  P = n

V.RT  P = C.R.T.

Trong đó P : áp suất chất khí, atm ; C : nồng độ mol của chất khí, mol/l ;

R : hằng số khí ; T : nhiệt độ tuyệt đối (= t (oC) + 273, K)

3 ảnh hởng của nhiệt độ

Hoạt động 5

GV hớng dẫn HS quan sát thí nghiệm đã mô tả trong SGK

Phản ứng ở cốc thứ nhất xảy ra ở nhiệt độ thờng

Phản ứng ở cốc thứ hai xảy ra ở 50oC

HS nhận xét : Thời gian thực hiện phản ứng ở cốc thứ nhất nhiều hơn thời gian thực hiện phản ứng ở cốc thứ hai

Giải thích :

GV nêu vấn đề : Tại sao nhiệt độ ảnh hởng đến tốc độ phản ứng ?

GV gợi ý để HS phát hiện vấn đề :

 Phản ứng hoá học xảy ra nhờ sự va chạm của các chất phản ứng

 Tần số va chạm của các chất phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ Tần số va chạm có hiệu quả giữa các chất phản ứng tăng nhanh

Kết luận : Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng Tần số va chạm có hiệu

quả giữa các chất phản ứng tăng nhanh

Hoặc có thể dùng thí nghiệm sau đây để phát hiện sự ảnh hởng của nhiệt độ

đến tốc độ phản ứng

 Cho vào hai ống nghiệm mỗi ống chừng 1 g KMnO4

 Cặp nghiêng hai ống nghiệm lên giá sao cho đáy hai ống nghiệm cách nhau chừng 3 cm

 Đặt que đóm còn than hồng vào miệng hai ống nghiệm

 Ban đầu đốt đều hai đáy ống nghiệm cho đến khi KMnO4 bắt đầu bị phân huỷ (Nhận biết bằng que đóm còn than hồng bắt đầu loé sáng)

 Để ngọn lửa đèn cồn lệch về phía một trong hai ống nghiệm

Quan sát hiện tợng xảy ra và kết luận

4 ảnh hởng của diện tích bề mặt

Hoạt động 6

GV hớng dẫn HS thực hiện thí nghiệm (SGK)

Quan sát bọt khí thoát ra và nhận xét.

Giải thích :

 GV : Tại sao bọt khí ở cốc b thoát ra nhiều hơn ở cốc a ?

 HS : Dựa vào SGK để trả lời

Kết luận : (SGK)

5 ảnh hởng của chất xúc tác

Hoạt động 7

GV cho HS quan sát thí nghiệm phân huỷ H2O2 (SGK)

HS nhận xét : Ban đầu bọt khí thoát ra chậm Sau khi cho vào dung dịch một

ít bột MnO2 khí thoát ra rất mạnh

GV : MnO2 là chất xúc tác cho phản ứng phân huỷ H2O2

Đặc điểm của chất xúc tác là không bị tiêu hao trong quá trình phản ứng

Có những chất cho thêm vào làm cho tốc độ phản ứng chậm lại Những chất

đó đợc gọi là chất ức chế

GV yêu cầu HS : Các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ phản ứng hoá học đợc vận dụng trong đời sống và sản xuất nh thế nào ?

Hoặc có thể nêu một số hiện tợng thực tế yêu cầu HS giải thích :

 Tại sao khi nhóm bếp than ban đầu ngời ta phải quạt ?

 Tại sao viên than tổ ong phải có nhiều lỗ nh vậy ?

Hoạt động 8 : Có thể dùng các bài tập 4, 5 (SGK) để củng cố bài học.

IV  Hớng dẫn giải bài tập trong SGK

1. Một số thí dụ về loại phản ứng :

Phản ứng nhanh : Phản ứng nổ, phản ứng giữa 2 dung dịch AgNO3 và NaCl Phản ứng chậm : Sự gỉ sắt, sự lên men rợu

2. (SGK)

3. (SGK)

4 a) Dùng yếu tố nồng độ và nhiệt độ (tăng nồng độ oxi và nhiệt độ).

b) Dùng yếu tố nhiệt độ (tăng nhiệt độ)

c) Dùng yếu tố diện tích tiếp xúc (tăng diện tích tiếp xúc của nguyên liệu)

5 a) Tốc độ phản ứng tăng lên.

b) Tốc độ phản ứng giảm xuống

c) Tốc độ phản ứng tăng lên

d) Tốc độ phản ứng không thay đổi

6 C : đúng

7 C : Nồng độ các sản phẩm không ảnh hởng đến tốc độ phản ứng

8 Nhiệt độ của ngọn lửa axetilen cháy trong oxi cao hơn nhiều so với cháy trong không khí vì nồng độ oxi trong oxi nguyên chất (100%) lớn hơn rất nhiều lần nồng độ oxi trong không khí (20% theo số mol) Do đó tốc độ của phản ứng cháy trong oxi nguyên chất lớn hơn nhiều so với tốc độ phản ứng cháy trong không khí, nên phản ứng cháy của axetilen trong oxi nguyên chất xảy ra nhanh hơn, trong một đơn vị thời gian nhiệt toả ra nhiều hơn Ngoài ra khí axetilen cháy trong không khí, một phần nhiệt lợng toả ra bị nitơ không khí hấp thụ làm nhiệt độ ngọn lửa giảm bớt

9. a) áp dụng công thức tính thể tích khối cầu :

V = 4 .r3

3

4

3

r 4



  S = 4..r

2 = 4..3 30 2

4



 S = 4.35, 7 = 22,45cm3

b) Snhỏ = 3 1, 25.3 2

4

4



= 430, 09  Snhỏ 32.30, 09 = 45,03.

lớn

2



 Tốc độ phản ứng trong cốc chứa 8 quả cầu nhỏ sẽ lớn hơn, do diện tích tiếp xúc với HCl lớn hơn gấp 2 lần

I  Mục tiêu bài học

1 Về kiến thức

HS hiểu :

 Cân bằng hoá học là gì ?

 Hằng số cân bằng là gì ? ý nghĩa của hằng số cân bằng

 Thế nào là sự chuyển dịch cân bằng và những yếu tố nồng độ, nhiệt độ, áp suất ảnh hởng đến chuyển dịch cân bằng hoá học nh thế nào ?

2 Về kĩ năng

 Vận dụng thành thạo nguyên lí chuyển dịch cân bằng cho một cân bằng hoá học

 Sử dụng biểu thức hằng số cân bằng để tính toán

3 Về tình cảm, thái độ

 Rèn luyện đức tính cẩn thận, chính xác

 Có ý thức gắn lí thuyết với thực tiễn, học đi đôi với hành

II  Chuẩn bị

GV :  Bảng 1.2 Hệ cân bằng N2O4 (k)  2NO2(k) ở 25oC

 Hai ống nghiệm đựng khí NO2 (có màu nh nhau) ; Một cốc nớc đá để làm thí nghiệm chuyển dịch cân bằng 2NO2  N2O4

 HS : Xem lại các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ phản ứng

III hớng dẫn hoạt động dạy học

I  Phản ứng một chiều, phản ứng thuận nghịch

và cân bằng hoá học

1 Phản ứng một chiều

Hoạt động 1

HS nghiên cứu SGK và cho biết thế nào là phản ứng một chiều  dựa vào thí

dụ SGK để giải thích

GV chốt lại : Phản ứng chỉ xảy ra theo một chiều xác định đợc gọi là phản ứng một chiều

2 Phản ứng thuận nghịch

Hoạt động 2

HS tìm hiểu thí dụ trong SGK và trả lời câu hỏi : Thế nào là phản ứng thuận nghịch ? Biểu diễn phản ứng thuận nghịch nh thế nào ? Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch là gì ? So với phản ứng một chiều có gì khác ?

3 Cân bằng hoá học

Hoạt động 3

GV nêu vấn đề : Thí nghiệm cho 0,500 mol H2 và 0,500 mol I2 vào bình kín

ở 430o C chỉ thu đợc 0,786 mol HI

Hãy giải thích ; Viết phơng trình phản ứng ; Tính lợng mỗi chất có trong hệ

GV : Làm thí nghiệm ngợc lại, nếu đun nóng 1,00 mol HI trong bình kín, ở

430oC Kết quả cũng chỉ thu đợc 0,107 mol H2, 0,107 mol I2 và 0,786 mol HI

Điều đó có nghĩa tại điều kiện đã cho nồng độ các chất H2, I2, HI trong hỗn hợp phản ứng là không đổi Ngời ta nói phản ứng trên đã đạt đến trạng thái cân bằng Đó là một cân bằng hoá học

Đặt vấn đề : Tại sao ở trạng thái cân bằng nồng độ các chất trong hệ phản ứng không thay đổi theo thời gian ? (GV gợi ý dựa vào SGK, so sánh tốc độ phản ứng thuận và nghịch)

GV tổng kết :

 Cân bằng hoá học là trạng thái của phản ứng thuận nghịch khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch

 Cân bằng hoá học là một cân bằng động

II  Hằng số cân bằng

1 Cân bằng trong hệ đồng thể

Hoạt động 4

Xét phản ứng thuận nghịch ở trạng thái cân bằng : N2O4(k)  2NO2(k)

Nghiên cứu bảng 1.2

So sánh các tỉ số  

2 2

2 4

NO

N O tơng ứng với các giá trị nồng độ [NO2] và [N2O4] tại các thời điểm khác nhau

HS nhận xét : Tỉ số đó hầu nh không đổi Giá trị trung bình là 4,63.103

GV : Giá trị đó gọi là hằng số cân bằng của phản ứng trên, kí hiệu là K

2 2

2 4

NO

3

Giải thích biểu thức tính hằng số cân bằng (SGK)

Cho phơng trình phản ứng thuận nghịch tổng quát :

aA + bB  cC + dD (A, B, C, D là chất khí hay chất tan trong dung dịch) Hãy viết biểu thức tính hằng số cân bằng

Trả lời : K =    

   

2 Cân bằng trong hệ dị thể

GV nêu vấn đề : Vì nồng độ chất rắn đợc coi là hằng số nên nó không có mặt trong phơng trình tính hằng số cân bằng K