планує, здійснює пошук, опрацьовує, порівнює, аналізує, оцінює самостійно або у співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 2.1.1];
спостерігає, експериментує, моделює, досліджує обрані природні явища та об’єкти, використовуючи надані прилади, моделі [2 ПРО 1.4];
пропонує варіанти організації роботи групи: розподілення обов’язків, налагодження комунікації для розв’язання навчальної/життєвої проблеми [12 ПРО 4.4.1];
формулює самостійно або у співпраці з іншими висновки за результатами досліджень та обґрунтовує їх [12 ПРО 1.5.2];
здійснює самоаналіз дослідницької діяльності, описує і пояснює те, про що дізнався; радіючи пізнанню нового, розуміє, що помилки є невід’ємною частиною пізнання.
Мета уроку:
формувати знання про енергетичні ефекти хімічних реакцій, поняття екзотермічних й ендотермічних процесів;
навчити учнів розпізнавати типи реакцій за тепловими ефектами, пояснювати їхню суть на прикладах з побуту, природи й техніки;
розвивати практичні навички спостереження, аналізу й класифікації хімічних явищ, використовуючи дослідницький підхід.
Цілі сталого розвитку:
Які цілі сталого розвитку (у порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:
Процеси, що супроводжуються поглинанням та виділенням енергії.
Екзо- та ендотермічні реакції. Тепловий ефект реакції.
Розв’язок завдань для кращого розуміння теми.
Дослідження зміни температури в екзо- та ендотермічних процесах.
Рефлексія.
Очікувані результатидля учнівства:
Я пояснюю, що таке хімічна енергія та як вона змінюється в ході хімічних реакцій.
Я визначаю тип реакції (екзотермічна, екзотермічна) за спостереженням або описом теплових ефектів.
Я наводжу приклади екзо- та ендотермічних реакцій у природі та повсякденному житті.
Я досліджую зміни температури в ході екзо- та ендотермічних процесів.
1. Мотивація
Дружня порада вчителю
Тривалість — до 5 хв.
Вчитель: “Поміркуйте, що спільного у процесах, представлених на картинках?”.
Вчитель уважно слухає відповіді учнів. “Так, правильно! Вогонь, тепло, нагрівання, теплова енергія. На першій картинці спостерігаємо шматок м’яса, що смажиться на пательні. У ході цього процесу вуглеводи та білки взаємодіють між собою (вони утворюють ту саму скоринку), але щоб така реакція почала відбуватися, речовини треба нагріти. У випадку салютів та багаття енергія не поглинається, а навпаки — виділяється у вигляді тепла та світла. Сьогодні ми дослідимо екзотермічні та ендотермічні реакції — процеси, що супроводжуються виділенням або поглинанням тепла. Ми навчимося розрізняти ці реакції на певних прикладах і навіть побачимо, як цю енергію можна зафіксувати”.
Поміркуйте, що спільного в процесах, представлених нижче?
Хімічна енергія — загальний термін, яким визначають ту частину енергії зв’язку молекул, яку можна перетворити в інші види енергії за допомогою хімічних реакцій. Хімічна енергія може бути перетворена або на тепло, наприклад, через горіння, або в електричну енергію, скажімо, в гальванічних елементах. Іноді хімічні реакції супроводжуються світінням, тож частина хімічної енергії в них перетворюється на світлову. Хімічна енергія горючих корисних копалин — один з основних видів енергії, що його використовує людство на сучасному щаблі розвитку.
Розрив і відновлення хімічних зв’язків вимагають енергії, яка може бути поглинена хімічною системою або виділена з неї. Теплота, що вивільнюється або поглинається під час хімічної реакції, називається тепловим ефектом реакції.
Тепловий ефект реакції позначають ΔΗ (читається «дельта аш») і виражають у джоулях (Дж) або кратних одиницях — кілоджоулях (кДж).
Хімічні рівняння, у яких зазначається кількість теплоти, що виділяється або вбирається, називаються термохімічними рівняннями. Приклади таких рівнянь:
С + Н2О = СО + Н2; ΔΗ = +131,4 кДж
2Mg + О2 = 2MgO; ΔΗ = -1203 кДж.
За тепловим ефектом хімічні реакції поділяються на два типи:
екзотермічні, що відбуваються з виділенням теплоти;
ендотермічні, що відбуваються із поглинанням теплоти.
У разі екзотермічних реакцій енергія реакційної системи зменшується, і тепловий ефект ΔΗ позначають зі знаком «мінус» (-ΔΗ). У випадку ендотермічних реакцій енергія системи збільшується, і тепловий ефект реакції ΔΗ позначають зі знаком «плюс» (+ΔΗ).
Завдання № 1. Екзотермічні реакції — це реакції, що супроводжуються виділенням тепла. Відповіді: А і Г. Ентальпія менше 0, тож енергія виділяється.
Завдання № 2
Прочитайте уважно текст “Життєвий шлях картоплі”.
“Бульбу садять у ґрунт. Завдяки процесу фотосинтезу, у якому сполучаються вуглекислий газ і вода з утворенням органічних речовин, відбувається ріст і розвиток рослини. Через деякий час картоплю збирають. Миють, чистять. Потім запалюють газ, ставлять на плиту пательню. Наливають олію, смажать на пательні картоплю. Сім’я сідає вечеряти. В організмі крохмаль, що входить до складу картоплі, розщеплюється на глюкозу. Глюкоза в організмі окиснюється, у ході чого утворюються вуглекислий газ, вода та енергія”.
Напишіть, які термохімічні процеси (ендотермічні, екзотермічні) описані в цьому тексті? Відповідь поясніть.
Завдання № 2 Фотосинтез — ендотермічний процес, оскільки відбувається з поглинанням енергії. 6CO2 + 6H2O + світлова енергія → C6H12O6 + 6O2 Згоряння газу — екзотермічна реакція, що протікає з виділення тепла. CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + тепло Смаження картоплі — випаровування води та взаємодія органічних речовин між собою (утворення скоринки). Ендотермічна реакція. Окиснення глюкози — екзотермічна реакція, що протікає з виділенням енергії. C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + енергія
Завдання № 3
Вибух — процес, що відбувається зі значним виділенням енергії в обмеженому об’ємі за короткий проміжок часу. Хімічним вибухом називають надзвичайно швидке хімічне перетворення речовин з виділенням великої кількості теплоти й утворенням газоподібних продуктів.
Завдання № 3 Усі наведені вибухові речовини містять у своєму складі Нітроген. Також спостерігаємо, що в ході реакції виділяється азот (N2). У ході реакції реагенти розкладаються, атоми об’єднуються в нові речовини, утворюючи нові хімічні зв’язки. Атоми Нітрогену сполучаються в молекулу азоту, у ході цього виділяється шалена кількість енергії. Атоми Нітрогену в молекулі азоту сполучені між собою потрійним зв’язком — утворення цього зв’язку й спричиняє виділення великої кількості енергії.
Можна показати модель молекули азоту:
Задача № 4
Заповніть таблицю
Процес
Тип реакції (екзотермічна, ендотермічна)
ΔΗ (<0,>0)
Термічне розкладання вапняка з утворенням негашеного вапна
Випікання хліба
Смаження шашликів
Горіння бенгальського вогника
Реакція безполуменевого нагрівача їжі з водою
Завдання № 4 Розкладання вапняку — ендотермічний процес (ΔΗ > 0). Випікання хліба — ендотермічний процес (ΔΗ > 0). Смаження шашликів — ендотермічний процес (ΔΗ > 0). Горіння бенгальського вогника — екзотермічний процес (ΔΗ < 0). Безполуменевий нагрівач їжі з водою — екзотермічний процес (ΔΗ < 0).
5. Попрактикуймо самостійно
Дружня порада вчителю
Тривалість — до 15 хв.
Перед уроком бажано провести дослідження самостійно, щоб краще орієнтуватися в експерименті та давати учням відповідні підказки.
Обов’язково “перевірте” реакцію кальцій оксиду з водою. Кальцій оксид часто містить домішки кальцій карбонату. Якщо ці домішки в суміші переважають, у процесі розчинення кальцій оксиду у воді температура буде підійматися не так інтенсивно. Краще тоді кальцій оксид замінити “свіженьким”.
УВАГА! Під час розчинення кальцій оксиду у воді виділяється багато тепла.
Перед роботою не буде зайвим пригадати з учнями правила техніки безпеки.
Слідкуйте, щоб учні правильно зважували тверді речовини та точно відміряли рідини.
Слідкуйте, щоб учні обережно працювали з термометрами.
Нагадайте учням про своєчасне заповнення таблиці.
Дослідження зміни температури в екзо- та ендотермічних процесах
Об’єднайтеся в пари. Дослідіть екзо- та ендотермічні реакції на прикладі взаємодії соди з оцтом та кальцій оксиду з водою. У ході досліду:
Виміряйте “початкову” та “кінцеву” температури процесу.
Обчисліть зміну температури (Δt) для кожної реакції шляхом вирахування початкової температури t1 від кінцевої температури t2 (Δt = t2 – t1);
Учитель: “Сьогодні ми з вами переконалися, що хімічні реакції — це процеси, під час яких енергія виділяється або поглинається. Ми з’ясували, чим відрізняються ендотермічні та екзотермічні реакції, і навіть провели цікавий лабораторний експеримент, що доводить усе, що ми сьогодні обговорювали.
Наступного разу подивіться на звичайні речі — сірник, багаття, їжу — очима хіміка, який розуміє, як у цьому світі задіяна енергія.
Учитель уважно вислуховує думки учнів щодо проведеного заняття.
Хімічна енергія — загальний термін, яким визначають ту частину енергії зв’язку молекул, яку можна перетворити в інші види енергії за допомогою хімічних реакцій. Хімічна енергія може бути перетворена або на тепло, наприклад, через горіння, або в електричну енергію, скажімо, в гальванічних елементах. Іноді хімічні реакції супроводжуються світінням, тож частина хімічної енергії в них перетворюється на світлову. Хімічна енергія горючих корисних копалин — один з основних видів енергії, що його використовує людство на сучасному щаблі розвитку.
Розрив і відновлення хімічних зв’язків вимагають енергії, яка може бути поглинена хімічною системою або виділена з неї. Теплота, що вивільнюється або поглинається під час хімічної реакції, називається тепловим ефектом реакції.
Тепловий ефект реакції позначають ΔΗ (читається «дельта аш») і виражають у джоулях (Дж) або кратних одиницях — кілоджоулях (кДж).
Хімічні рівняння, у яких зазначається кількість теплоти, що виділяється або вбирається, називаються термохімічними рівняннями. Приклади таких рівнянь:
С + Н2О = СО + Н2; ΔΗ = +131,4 кДж
2Mg + О2 = 2MgO; ΔΗ = -1203 кДж.
За тепловим ефектом хімічні реакції поділяються на два типи:
екзотермічні, що відбуваються з виділенням теплоти;
ендотермічні, що відбуваються із поглинанням теплоти.
У разі екзотермічних реакцій енергія реакційної системи зменшується, і тепловий ефект ΔΗ позначають зі знаком «мінус» (-ΔΗ). У випадку ендотермічних реакцій енергія системи збільшується, і тепловий ефект реакції ΔΗ позначають зі знаком «плюс» (+ΔΗ).
“Бульбу садять у ґрунт. Завдяки процесу фотосинтезу, у якому сполучаються вуглекислий газ і вода з утворенням органічних речовин, відбувається ріст і розвиток рослини. Через деякий час картоплю збирають. Миють, чистять. Потім запалюють газ, ставлять на плиту пательню. Наливають олію, смажать на пательні картоплю. Сім’я сідає вечеряти. В організмі крохмаль, що входить до складу картоплі, розщеплюється на глюкозу. Глюкоза в організмі окиснюється, у ході чого утворюються вуглекислий газ, вода та енергія”.
Напишіть, які термохімічні процеси (ендотермічні, екзотермічні) описані в цьому тексті? Відповідь поясніть.
Вибух — процес, що відбувається зі значним виділенням енергії в обмеженому об’ємі за короткий проміжок часу. Хімічним вибухом називають надзвичайно швидке хімічне перетворення речовин з виділенням великої кількості теплоти й утворенням газоподібних продуктів.
Ділись та обговорюй важливе