Методическая разработка по химии на тему Закон Гесса. Термохимические уравнения 1 курс

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ

«БАРАБИНСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ

Специальность 060501 Сестринское дело базовой подготовки

Дисциплина «Химия»

Раздел 2. Общая химия

Тема 2.10. Закон Гесса. Термохимические уравнения.

2013

Одобрена на заседании цикловой

методической комиссии

Протокол № ______ от _________

Председатель_______________________

Автор: Дъячук Л.В. - преподаватель 1 квалификационной категории

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Методический лист ……………………………………………………..4

2. Примерная хронокарта занятия ………………………………………..6

3. Исходный материал ……………………………………………………. 7

4. Приложение 1. Контроль знаний по теме 2скорость химических

реакций………………… ……………………………………………… 10

5. Приложение 2. Упражнения на закрепление знаний по новой
теме…………………………………………… ………………………… 11

6. Приложение 3. Химический диктант ………………………………… 11

7. Приложение 4. Задание для самостоятельной внеаудиторной работы

студентов …... ……………………………………………………………12

8. Список использованных источников …………………………………. 13

МЕТОДИЧЕСКИЙ ЛИСТ

Вид занятия - комбинированный урок

Продолжительность - 90 мин.

ЦЕЛИ ЗАНЯТИЯ

1. Учебные цели:

- сформировать знания о тепловом эффекте реакции, термохимических уравнениях, энтальпии и энтропии, теплоте образования, познакомить с формулировкой закона Гесса, Рассмотреть основные положения теории химической термодинамики.

2. Развивающие цели:

- продолжить формирование умения анализировать, сравнивать, обобщать и делать выводы.

3. Воспитательные цели:

- создавать содержательные и организационные условия для развития самостоятельности в добывании студентами знаний, скорости восприятия и переработки информации, культуры речи, воспитании настойчивости в достижении цели.

МОТИВАЦИЯ

Предсказание возможности осуществления той или иной реакции - одна из основных задач, которая стоит перед химиками.

На бумаге можно написать уравнение любой химической реакции, а возможна ли такая реакция практически?

В одних случаях достаточно повысить температуру, чтобы реакция началась, а в других реакцию невозможно осуществить ни при каких условиях!

Экспериментальная проверка возможности протекания той или иной реакции в разных условиях - дело трудоёмкое и неэффективное. Но можно теоретически ответить на этот вопрос, основываясь на законах химической термодинамики.

Знание тепловых эффектов химических реакций имеет большое практическое значение. Например, при проектировании химических реакторов. Организм человека - это и есть уникальный «химический реактор», в котором идёт множество разнообразных химических реакций.

Каждый человек должен хотя бы приблизительно представлять, сколько энергии поступает в организм с пищей и сколько расходуется в течение суток. Эти сведения составляют основу рационального питания.

Методы обучения - объяснительно-иллюстративный, репродуктивный.

Место проведения занятия - кабинет математики, физики и химии

Выписка из рабочей программы
дисциплины «Химия»
для специальности 060501 Сестринское дело базовой подготовки

Тема 2.10.

Закон Гесса. Термохимические уравнения.

Содержание учебного материала

2

Тепловой эффект реакции. Термохимические уравнения. Понятие об энтальпии и энтропии. Теплота образования. Закон Гесса и следствия из него. Теория химической термодинамики. Расчёты по термохимическим уравнениям. Формирование умения работать в команде

1,2

Лабораторные работы

-

Практическое занятие 2. Расчёты по термохимии и кинетике химических реакций

2

Контрольные работы

-

Самостоятельная работа обучающихся: решение задач по образцу

1

ПРИМЕРНАЯ ХРОНОКАРТА ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ

п/№

Наименование этапа

Время

Цель этапа

Деятельность

Оснащение

преподавателя

студентов

-1-

-2-

-3-

-4-

-5-

-6-

-7-

Организационный этап

5 мин.

Организация начала занятия, подготовка рабочего места студентов

Отмечает отсутствующих студентов в журнале

Староста называет отсутствующих студентов. Студенты приводят в соответствие внешний вид, готовят рабочие места.

Журнал, тетради

Контроль знаний по предыдущей теме

20 мин.

Оценка уровня сформированности знаний по теме «Скорость химических реакций»

Инструктирует и проводит контроль

Выполняют упражнения, отвечают на вопросы

Приложение 1

Упражнения, контрольные вопросы

Мотивационный этап

3 мин.

Развитие интереса к новой теме

Объясняет студентам важность изучения данной темы

Слушают, задают вопросы

Методическая разработка теоретического занятия

Цели занятия

2 мин

Установка приоритетов при изучении темы

Озвучивает цели занятия

Слушают, записывают в дневник новую тему

Методическая разработка теоретического занятия, таблицы

Изложение исходной информации

40 мин.

Формирование знаний

Излагает новый материал

Слушают, записывают

Выполнение заданий для закрепления знаний

10 мин.

Закрепление знаний

Инструктирует и контролирует выполнение заданий, обсуждает правильность ответов

Выполняют задания, слушают правильные ответы после выполнения, вносят коррективы

Приложение 2

упражнения

Предварительный контроль новых знаний

8 мин.

Оценка эффективности занятия и выявление недостатков в новых знаниях

Инструктирует и проводит контроль

Выполняют задания

Приложение 3

Химический диктант

Задание для самостоятельной внеаудиторной работы студентов

2 мин.

Формирование и закрепление знаний

Дает задание для самостоятельной внеаудиторной работы студентов, инструктирует о правильности выполнения

Записывают задание

Приложение 4

ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ

Тепловой эффект реакции.

Химические реакции сопровождаются разными энергетическими явлениями - свечением, выделением тепла, возникновением электрического тока.

Энергия, необходимая для жизни живых организмов также вырабатывается внутри самих организмов в результате протекания химических реакций. Следует учитывать, что все виды энергии в конце концов переходят в теплоту.

Теплота, выделяемая или поглощаемая при химических реакциях, называется теплотой реакции (Q)

Энергия, которая поглощается или выделяется в химической реакции - это тепловой эффект реакции.

Всякая система имеет некоторый запас энергии, определяемый имеющимися в ней веществами, их количеством, температурой и давлением. Это внутренняя энергия системы (U).

При выделении или поглощении тепла внутренняя энергия изменяется. Теплота реакции равна изменению внутренней энергии, если система не совершает работу. Но это справедливо, если процесс идёт при постоянном объёме, в природе чаще встречаются процессы, идущие при постоянном давлении. В таких условиях может изменится объём системы и при этом совершается работа расширения. В этом случае теплота процесса равна не внутренней энергии, а энтальпии (Н) - это сумма внутренней энергии и произведения давления на объём системы.

H = U +P∙V

Q = ∆H

Теплота, равная изменению энтальпии, является максимальной теплотой процесса.

Теплота, выделившаяся или поглотившаяся при проведении реакции, зависит от количества прореагировавших веществ. Поэтому постоянной величиной, характеризующей энергетическую производительность реакции, является стандартная теплота (∆r Hº)

Стандартная теплота (∆r Hº) - это теплота одного оборота реакции при стандартных условиях.

Уравнение химической реакции, в котором указан тепловой эффект реакции называется термохимическим уравнением.

Реакции, при протекании которых энергия поглощается из окружающей среды, называются эндотермическими.

Реакции, при которых выделяется энергия и нагревается окружающая среда, называются экзотермическими.

Если реакция проходит между несложными молекулами, то подсчитать тепловой эффект реакции просто

H2 + Cl2 → 2HCl

Энергия затрачивается на разрыв двух химических связей ( в Н2 и Cl2 ) , энергия выделяется при образовании двух химических связей в HCl. Зная энергии этих связей, можно по разности узнать тепловой эффект реакции (Q)

Q = 2∙430 - 1∙ 436 - 1∙ 240 = 184 кДж

Следовательно, данная реакция - экзотермическая.

А как можно рассчитать тепловой эффект реакции разложения карбоната кальция - это соединение немолекулярного строения.

Для этого используют значение величин теплот образования всех участвующих в реакции химических соединений.

Теплота образования соединения (Q обр) - это тепловой эффект реакции образования одного моля соединения из простых веществ, устойчивых в стандартных условиях.

Но большинство химических соединений трудно или невозможно получить из простых веществ. В этом случае на помощь приходит закон Гесса : тепловой эффект химической реакции не зависит от промежуточных стадий.

Сущность закона Гесса состоит в том, что теплота реакции определяется только начальным и конечным состоянием системы.

Тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования всех продуктов минус сумма теплот образования всех реагентов (с учётом коэффициентов в уравнениях реакции)

Qр = ∑ Q обр (прод.) - ∑ Q обр (исх. вещ.)

Например, требуется вычислить тепловой эффект реакции:

Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3

Q обр(Al2O3) = 1670к кДж/моль

Q обр (Fe2O3) = 820 кДж/моль

Теплоты образования простых веществ равны нулю

Qр = Q обр(Al2O3) - Q обр (Fe2O3) = 1670-820 = 850 кДж

Fe2O3 +3СО = 2 Fe + 3СО2

Q обр (СО2) = 394 кДж\моль

Q обр (СО) = 110 кДж\моль

Qр = Q обр (СО2) ∙ 3 - (Q обр (СО) ∙ 3 + Q обр (Fe2O3) )

Qр = 3∙ 394 - ( 820 + 110 ∙3) = 32 кДж

Экзотермическая реакция начинается самопроизвольно или требуется только небольшой толчок - подача энергии. А что является движущей силой эндотермической реакции? Эта «сила» связана со стремлением любой системы к наиболее вероятному состоянию, которое характеризуется максимальным беспорядком, её называют энтропией. Энтропия газов значительно превышает энтропию жидких и твёрдых тел.

Процесс кипения воды с энергетической точки зрения тоже эндотермический процесс, но выгоден с точки зрения увеличения энтропии при переходе жидкости в пар. При температуре 100 градусов энтропийный фактор «перетягивает» энергетический - вода начинает кипеть - пары воды имеют большую энтропию по сравнению с жидкой водой.

Эндотермические реакции - это как раз те реакции, в которых наблюдается достаточно сильный рост энтропии.

Итак,

1. Направление химической реакции определяется двумя факторами; стремлением к уменьшению внутренней энергии и стремлением к максимальному беспорядку, то есть к увеличению энтропии.

2. Эндотермическую реакцию можно заставить идти, если она сопровождается увеличением энтропии.

3. Энтропия увеличивается при повышении температуры и особенно сильно при фазовых переходах: твёрдое - жидкое, твёрдое - газообразное.

4. Чем выше температура, при которой проводят реакцию, тем большее значение будет иметь энтропийный фактор по сравнению с энергетическим.

Всё живое на нашей планете - от вирусов и бактерий до человека - состоит из высокоорганизованной материи, которая более упорядочена по сравнению с окружающим миром. Например, белок. Вспомните его структуры: первичная, вторичная, третичная. Значит, синтез белка сопровождается огромным уменьшением энтропии.

Приложение 1.

Контроль знаний по теме «Скорость химических реакций»

Фронтальный опрос:

1. Что такое химическая кинетика?

2. Чему равна скорость гомогенной и гетерогенной реакции?

3. Что такое энергия активации? Каково её значение?

4. Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ, от температуры, от концентрации исходных веществ, от площади соприкосновения веществ.

5. Что такое катализатор?

6. Катализ, его виды.

7. Что такое ферменты?

8. Что такое ингибиторы? Каково их значение?

Решение задач:

1.В системе CO + Cl2 ↔COCl2 концентрацию СО увеличили от 0,03 до 0,12 моль/л, а концентрацию Cl2 от 0,02 до 0,06 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?

2. Во сколько раз изменится скорость реакции: 2А + В = А2В

если концентрацию вещества А увеличить в 2 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза?

Эталоны решения задач

1. v 1 = k CA ∙ CB = 0, 03 ∙ 0,02 = k∙0,0006

v 2 = k ∙ 0,12 ∙ 0,06 = k∙ 0,0072

0,0072 : 0,0006 = 12

Ответ: в 12 раз

2. v 1 = k CA² ∙ CB

Следовательно концентрация вещества А станет больше в 4 раза, а концентрация вещества В станет 0,5 от того, что было, следовательно 4 ∙ 0,5 = 2

Ответ: скорость реакции увеличится в 2 раза

Приложение 2.

Упражнения на закрепление знаний по новой теме

1.При сгорании 7 г этилена выделилось 350 кДж теплоты. Определите тепловой эффект реакции.

2. При соединении 18г алюминия с кислородом выделяется 547 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение реакции.

Эталоны решения задач

1. С2Н4 + 3О2 = 2 СО2 + 2Н2О

При сгорании 7г образуется 350 кДж теплоты

При сгорании 28г образуется х кДж теплоты

Следовательно, х = 28 ∙ 350 : 7 = 1400 кДж

Ответ: тепловой эффект реакции равен 1400 кДж

2. 4Al + 3O2 = 2Al2O3

При сгорании 18 г алюминия выделяется 547 кДж теплоты

При сгорании 108г алюминия выделяется х кДж теплоты

Следовательно, х = 108 ∙ 547 : 18 = 3282 кДж

Ответ: 4Al + 3O2 = 2Al2O3 + 3282 кДж

Приложение 3.

Химический диктант

Допишите предложения:

1. Энергия, которая поглощается или выделяется в химической реакции, называется (тепловой эффект химической реакции)

2. Сумма внутренней энергии и произведения давления на объём системы называется (энтальпией)

3. Теплота одного оборота реакции при стандартных условиях, называется (стандартной теплотой реакции)

4. Уравнение химической реакции, в котором указан тепловой эффект реакции называется ( термохимическим уравнением реакции)

5. Реакции, при протекании которых энергия поглощается из окружающей среды, называются (эндотермическими)

6. Реакции, при которых выделяется энергия и нагревается окружающая среда, называются (экзотермическими)

7. Сущность закона Гесса состоит в том, что (теплота реакции определяется только начальным и конечным состоянием системы)

8. Энтропия связана со стремлением любой системы к наиболее вероятному состоянию, которое характеризуется (максимальным стремлением к беспорядку)

9. Энтропия увеличивается при повышении температуры и особенно сильно (при фазовых переходах: твёрдое - жидкое, твёрдое - газообразное).

Приложение 4.

Задание для самостоятельной внеаудиторной работы студентов

1. Решение задач

1.Термохимическое уравнение реакции полного сгорания ацетилена:

2С2Н2 + 5О2 = 4СО2 +2Н2О + 2610 кДж

Сколько теплоты выделяется при использовании 1,12 л ацетилена?

(Ответ: 62,25 кДж)

2. Определить тепловой эффект реакции:

2С2Н6 + 7О2 = 4СО2 +6Н2О

если Q обр (Н2О) = 241,8 кДж/моль

Q обр (СО2) = 393,5 кДж/моль

Q обр (С2Н6) = 89,7 кДж/моль

(Ответ: 2845,4 кДж)

2. Повторить содержание лекции по теме «Скорость химической реакции», «Термохимические уравнения»

Список использованных источников

1. Габриелян, О.С. Химия 11 класс. Базовый уровень [Текст]: учеб. для общеобразоват. учреждений / О.С. Габриелян; под ред. А.В.Ящукова. - 3-е изд., перераб. - М.: Дрофа, 2008. - 223 с.; 21 см. - 100000 экз

2. Горячева, И.Ю., Бурмистрова Н.А. Химия. 11 класс. Проверочные работы [Текст]: в 2 частях / под ред. С.В. Лихобаба. - Саратов: Лицей, 2005. - 64 с.

3. Ерохин, Ю.М. Сборник задач и упражнений по химии (с дидактическим материалом) [Текст]: учеб. пособие для студ. проф. учеб. заведений \ Ю.М. Ерохин, В.И. Фролов: под ред. Т.С. Костян. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 304 с.; 21 см. - 30000 экз.