4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ -...

12
71 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

Transcript of 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ -...

Page 1: 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ - ebooks.edu.grebooks.edu.gr/courses/DSGL-B130/document/4e5fdd71xxe7/4e5fde22i9wd/4e5... · χημική ισορροπία, άλλα σε διαφορετική

71

4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

Page 2: 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ - ebooks.edu.grebooks.edu.gr/courses/DSGL-B130/document/4e5fdd71xxe7/4e5fde22i9wd/4e5... · χημική ισορροπία, άλλα σε διαφορετική

72

Page 3: 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ - ebooks.edu.grebooks.edu.gr/courses/DSGL-B130/document/4e5fdd71xxe7/4e5fde22i9wd/4e5... · χημική ισορροπία, άλλα σε διαφορετική

73

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ - ΦΑΣΕΙΣ

ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΩΡΑ: 15 ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ: Χημική ισορροπία 4.1 Έννοια χημικής ισορροπίας – Απόδοση αντίδρασης

ΣΤΟΧΟΙ Στο τέλος αυτής της ώρας θα πρέπει ο μαθητής να μπορεί : Να ορίζει τι είναι χημική ισορροπία και να ταξινομεί τις χημικές ισορροπίες σε ομογενείς και ετερογενείς. Να ορίζει τι είναι απόδοση και να αναφέρει ποιος είναι ο ρόλος της στις χημικές αντιδράσεις. Να υπολογίζει την τιμή της απόδοσης μιας αντίδρασης αν γνωρί-ζει τις ποσότητες των αντιδρώντων και προϊόντων.

ΦΑΣΗ 2 Εξηγούμε μια φυσική ισορροπία π.χ. H2O(l) H2O(g) στην οποία έχουμε ήδη αναφερθεί στις ενότητες 1.1 και 1.2 (τάση ατμών και μείωση της τάσης ατμών - νόμος Raoult). Στο σημείο αυτό προ-βάλλουμε τη διαφάνεια Δ. 4.1.1. Στη συνέχεια προχωράμε στη χη-μική ισορροπία με το παράδειγμα H2(g) + I2(g) 2HI(g).

ΦΑΣΗ 1 Γίνεται σύνδεση με την αντίστοιχη ύλη της Α΄ Λυκείου (διδακτική ενότητα 3.5). Υποβάλλονται ερωτήσεις (π.χ. Τι γνωρίζετε για την απόδοση μιας χημικής αντίδρασης; Με ποιους τρόπους μπορούμε να αυξήσουμε την απόδοση μιας αντίδρασης;), ώστε να εκτιμηθεί ο βαθμός αφομοίωσης των σχετικών γνώσεων.

Page 4: 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ - ebooks.edu.grebooks.edu.gr/courses/DSGL-B130/document/4e5fdd71xxe7/4e5fde22i9wd/4e5... · χημική ισορροπία, άλλα σε διαφορετική

74

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ – ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ

ΦΑΣΗ 3 Τονίζουμε ότι τόσο η χημική όσο και η φυσική ισορροπία είναι δυ-ναμική ισορροπία. Οι ισορροπίες αυτές σε αντίθεση με τις στατικές ισορροπίες χαρακτηρίζονται από τα εξής σημεία: α) η σύσταση των αντιδρώντων-προϊόντων παραμένει σταθερή και β) οι ταχύτητες των δύο αντιθέτων αντιδράσεων είναι ίσες. Στο σημείο αυτό προβάλλουμε τη διαφάνεια Δ.4.1.2 Ορίζουμε τι είναι ομογενής και τι ετερογενής ισορροπία και δίνουμε σχετικά παραδείγματα, ενώ προβάλλουμε τη διαφάνεια Δ..4.1.3.

ΦΑΣΗ 4 Ορίζουμε τι είναι απόδοση αντίδρασης και ξεκαθαρίζουμε ότι η α-πόδοση εκφράζει πόσο πολύ «προχωρά» μια αντίδραση. Επισημαί-νουμε ότι η απόδοση μιας αντίδρασης έχει τεράστιο οικονομικό εν-διαφέρον στη βιομηχανία. Τέλος, επιλύουμε υποδειγματικά προβ-λήματα υπολογισμού της απόδοσης μιας αντίδρασης, αν γνωρίζουμε τις ποσότητες των αντιδρώντων (αρχικές ποσότητες) και τις ποσό-τητες των αντιδρώντων και προϊόντων στη θέση ισορροπίας, όπως είναι το παράδειγμα 4.2.

Ασκήσεις για επίλυση στο σχολείο: 1, 2, 3, 4. Παράδειγμα 4.1, 4.2. Ασκήσεις για επίλυση στο σπίτι: 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18.

Page 5: 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ - ebooks.edu.grebooks.edu.gr/courses/DSGL-B130/document/4e5fdd71xxe7/4e5fde22i9wd/4e5... · χημική ισορροπία, άλλα σε διαφορετική

75

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Brown T.L., LeMay H.E., Bursten B.E., « Chemistry the central science », Prentice Hall, 7th Edition, 1997, pag.539-541. 2. Gillespie R.J, Humphreys D. A., Baird N. C., Robinson E. A., «Chemistry », 2nd Edition, Allyn and Bacon, 1989, pag.630-631. 3. Hill J. W., Petrucci R. H., « General Chemistry », Prentice Hall, 1996, pag.607-609. 4. Atkins P., Jones L., «Chemistry -Molecules, Matter and Change », 3rd Edition, Freeman, 1997, pag.473-475.

ΦΑΣΗ 2 Φυσική και χημική ισορρο-πία.

ΦΑΣΗ 3 Δυναμική ισορροπία- ομο-γενής και ετερογενής ισορ-ροπία.

ΦΑΣΗ 1 Σύνδεση με την αντίστοιχη ύλη της Α΄ Λυκείου.

Διαφάνεια Δ.4.1.2: Χαρακ-τηριστικά χημικής ισορρο-πίας. Διαφάνεια Δ.4.1.3: Ετερο-γενής ισορροπία.

Διαφάνεια Δ.4.1.1: Νερό και υδρατμός σε ισορροπία.

ΦΑΣΗ 4 Απόδοση αντίδρασης.

Page 6: 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ - ebooks.edu.grebooks.edu.gr/courses/DSGL-B130/document/4e5fdd71xxe7/4e5fde22i9wd/4e5... · χημική ισορροπία, άλλα σε διαφορετική

76

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ - ΦΑΣΕΙΣ

ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΩΡΑ: 16 ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ: Χημική ισορροπία 4.2 Παράγοντες που επηρεάζουν τη θέση χημικής ισορροπίας

ΣΤΟΧΟΙ Στο τέλος αυτής της διδακτικής ώρας θα πρέπει ο μαθητής να μπο-ρεί : Να καθορίζει τους παράγοντες που επηρεάζουν τη θέση μιας χη-μικής ισορροπίας (συντελεστές χημικής ισορροπίας) Να αναφέρει την αρχή Le Chatelier Να προβλέπει την επίδραση που έχουν οι συντελεστές χημικής ισορροπίας στη μετατόπιση ισορροπίας με βάση την αρχή Le Cha-telier.

ΦΑΣΗ 1 Κατ΄ αρχάς εξηγούμε τι σημαίνει μετατόπιση από τη θέση χημικής ισορροπίας. Στη συνέχεια ζητάμε από τους μαθητές να μας αναφέ-ρουν τους παράγοντες που μπορούν να οδηγήσουν στη μετατόπιση μιας χημικής ισορροπίας. Με βάση τη συζήτηση που θα ακολουθή-σει καταλήγουμε στους παράγοντες που επηρεάζουν τη θέση της χημικής ισορροπίας: α. τη θερμοκρασία (εφόσον η αντίδραση δεν είναι θερμοουδέτερη). β. τη συγκέντρωση των αντιδρώντων ή προϊόντων (εφόσον η ουσία δεν είναι στερεή). γ. την πίεση (εφόσον η μεταβολή της πίεσης προκαλείται από με-ταβολή του όγκου του δοχείου και στην αντίδραση συμμετέχουν αέρια, ενώ κατά την αντίδραση παρατηρείται μεταβολή του αριθμού mol των αερίων).

ΦΑΣΗ 2 Αναφέρουμε την αρχή Le Chatelier και εφαρμόζουμε αυτή αν με-ταβάλλουμε: α. τη θερμοκρασία του συστήματος β. τη συγκέντρωση μιας ουσίας (αντιδρώντος ή προϊόντος) γ. τον όγκο του δοχείου.

Page 7: 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ - ebooks.edu.grebooks.edu.gr/courses/DSGL-B130/document/4e5fdd71xxe7/4e5fde22i9wd/4e5... · χημική ισορροπία, άλλα σε διαφορετική

77

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ - ΠΡΟΒΛΗΜΑ-ΤΑ

Ερωτήσεις -ασκήσεις για επίλυση στο σχολείο: 5, 6, 4.3, 20. Ερωτήσεις -ασκήσεις για επίλυση στο σπίτι: 7, 21, 22, 23, 24, 26.

Επισημαίνουμε ότι με βάση την αρχή Le Chatelier αναιρείται εν μέρει η μεταβολή που προκαλέσαμε (της θερμοκρασίας, πίεσης, συγκέντρωσης), καθώς το σύστημα ανακτά ξανά τη χημική ισορροπία, άλλα σε διαφορετική θέση. Τέλος, δίνουμε σχετικά παραδείγματα βασιζόμενοι κυρίως στις διαφάνειες Δ.4.2.1, Δ.4.2.2 και Δ.4.2.3.

ΦΑΣΗ 3 Επιλύουμε υποδειγματικά προβλήματα καθορισμού της πορείας μιας αμφίδρομης αντίδρασης για την αποκατάσταση της νέας θέσης ισορροπίας (μετατόπιση προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά), αν γνωρίζουμε τις μεταβολές που προκάλεσαν την μετατόπιση από την αρχική θέση της ισορροπίας (θερμοκρασίας, συγκέντρωσης, πίε-σης). Ένα τέτοιο πρόβλημα είναι το παράδειγμα 4.3.

Page 8: 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ - ebooks.edu.grebooks.edu.gr/courses/DSGL-B130/document/4e5fdd71xxe7/4e5fde22i9wd/4e5... · χημική ισορροπία, άλλα σε διαφορετική

78

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Brown T.L., LeMay H.E., Bursten B.E., « Chemistry the central science », Prentice Hall, 7th Edition, 1997, pag.539-541. 2. Gillespie R.J, Humphreys D. A., Baird N. C., Robinson E. A., «Chemistry », 2nd Edition, Allyn and Bacon, 1989, pag.630-631. 3. Hill J. W., Petrucci R. H., « General Chemistry », Prentice Hall, 1996, pag.607-609. 4. Atkins P., Jones L., «Chemistry -Molecules, Matter and Change », 3rd Edition, Freeman, 1997, pag.473-475. 5. Amann W. et al., ‘Element Chemie II’, Klett, 1998, pag.35-48.

ΦΑΣΗ 2 Αρχή Le Chatelier.

ΦΑΣΗ 3 Επίλυση υποδειγματικών ασκήσεων.

ΦΑΣΗ 1 Παράγοντες που επηρεάζο-υν τη θέση μιας χημικής ισορροπίας

Διαφάνεια Δ.4.2.1: Επίδ-ραση της θερμοκρασίας. Διαφάνεια Δ.4.2.2: Επίδ-ραση της συγκέντρωσης. Διαφάνεια Δ.4.2.3: επίδρα-ση της πίεσης.

Page 9: 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ - ebooks.edu.grebooks.edu.gr/courses/DSGL-B130/document/4e5fdd71xxe7/4e5fde22i9wd/4e5... · χημική ισορροπία, άλλα σε διαφορετική

79

Ανάλυση και ενδεικτική διδακτική προσέγγιση της εργαστηριακής αυ-τής άσκησης δίνεται στο Γ΄ Μέρος του βιβλίου.

ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΩΡΑ: 17 ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ: Χημική ισορροπία Εργαστηριακή άσκηση: Παράγοντες που επηρεάζουν τη θέση της χημικής ισορροπίας

Page 10: 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ - ebooks.edu.grebooks.edu.gr/courses/DSGL-B130/document/4e5fdd71xxe7/4e5fde22i9wd/4e5... · χημική ισορροπία, άλλα σε διαφορετική

80

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ - ΦΑΣΕΙΣ

ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΩΡΑ: 18 ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ: : Χημική ισορροπία 4.3 Σταθερά χημικής ισορροπίας: KC – KP

ΣΤΟΧΟΙ Στο τέλος αυτής της διδακτικής ώρας θα πρέπει ο μαθητής να μπο-ρεί: Να αποδεικνύει το νόμο της χημικής ισορροπίας με βάση την κι-νητική μελέτη της αντίδρασης. Να ορίζει τις σταθερές KC και KP και να αναφέρει από ποιους πα-ράγοντες εξαρτώνται οι τιμές τους. Να επιλύει προβλήματα στα οποία συνδέονται μερικά από τα α-κόλουθα μεγέθη: η απόδοση αντίδρασης, οι σταθερές ισορροπίας (KC ή ΚΡ), η ολική πίεση στη θέση ισορροπίας (Ρολ ), οι ποσότητες των αντιδρώντων ή προϊόντων και ο όγκος του δοχείου αντίδρασης.

ΦΑΣΗ 1 Δίνουμε τον ορισμό της KC μιας χημικής εξίσωσης και εξηγούμε πως καταλήγουμε στη σχέση αυτή με βάση την κινητική μελέτη της αντίδρασης. Επισημαίνουμε ότι η τιμή της σταθερά KC εξαρτάται από τον τρόπο που γράφουμε χημική εξίσωση που περιγράφει την ισορροπία (βλέπε παράδειγμα 4.4). Επίσης η τιμή της σταθερά KC εξαρτάται από τη θερμοκρασία και μάλιστα αυξάνεται με την αύξη-ση της θερμοκρασίας στις ενδόθερμες αντιδράσεις και μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας στις εξώθερμες. Στο σημείο αυτό προβάλλουμε τη διαφάνεια Δ.4.3.1 και με βάση αυτή αναφέρουμε ότι μεγάλη τιμή της σταθεράς ισορροπίας υποδη-λώνει αντίδραση με μεγάλη απόδοση, ενώ μικρή τιμή της σταθεράς ισορροπίας υποδηλώνει αντίδραση με μικρή απόδοση.

Page 11: 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ - ebooks.edu.grebooks.edu.gr/courses/DSGL-B130/document/4e5fdd71xxe7/4e5fde22i9wd/4e5... · χημική ισορροπία, άλλα σε διαφορετική

81

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ – ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ

ΦΑΣΗ 2 Ορίζουμε αντίστοιχα την ΚΡ μιας αμφίδρομης αντίδρασης και βρίσ-κουμε με βάση την καταστατική εξίσωση των αερίων τη σχέση που συνδέει την ΚC με την ΚΡ. Ρωτάμε τους μαθητές υπό ποιες συνθήκες ΚC = ΚΡ και περιμένουμε την απάντηση: «όταν α+β = γ+δ ή όταν RT = 1».

ΦΑΣΗ 3 Ορίζουμε το κλάσμα QC (πηλίκο αντίδρασης) και εξηγούμε πως από τη σχέση QC με KC μπορούμε να προβλέψουμε αν μια αμφίδρομη αντίδραση βρίσκεται σε κατάσταση χημικής ισορροπίας (QC =KC). Επίσης εξηγούμε πως μπορούμε να προβλέψουμε την πορεία μιας αμφίδρομης αντίδρασης για την αποκατάσταση της θέσης χημικής ισορροπίας (προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά) σε περίπτωση που QC KC. Συνοπτικά μπορούμε να πούμε: Αν QC < KC , τότε αντιδρώντα προϊόντα Αν QC = KC , τότε το σύστημα είναι σε ισορροπία Αν QC >KC , τότε αντιδρώντα προϊόντα.

Ασκήσεις για επίλυση στο σχολείο: Παραδείγματα 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10, 4.11. Ασκήσεις για επίλυση στο σπίτι: 27, 29, 31, 33, 36, 38, 40.

ΦΑΣΗ 4 Επιλύουμε υποδειγματικά προβλήματα χημικής ισορροπίας τα οπο-ία συσχετίζουν μερικά από τα ακόλουθα μεγέθη: απόδοση αντίδρα-σης, σταθερές ισορροπίας (KC ή ΚΡ), πίεση μίγματος στην κατάσ-ταση ισορροπίας (Ρ), ποσότητες αντιδρώντων ή προϊόντων και όγ-κος δοχείου αντίδρασης. Χαρακτηριστικά παραδείγματα τέτοιων προβλημάτων είναι τα υποδείγματα 4.5 έως 4.11.

Page 12: 4. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ - ebooks.edu.grebooks.edu.gr/courses/DSGL-B130/document/4e5fdd71xxe7/4e5fde22i9wd/4e5... · χημική ισορροπία, άλλα σε διαφορετική

82

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Brown T.L., LeMay H.E., Bursten B.E., « Chemistry the central science », Prentice Hall, 7th Edition, 1997, pag.543-571. 2. Gillespie R.J, Humphreys D. A., Baird N. C., Robinson E. A., «Chemistry », 2nd Edition, Allyn and Bacon, 1989, pag.631-657. 3. Hill J. W., Petrucci R. H., «General Chemistry», Prentice Hall, 1996, pag.609-639. 4. Atkins P., Jones L., «Chemistry -Molecules, Matter and Change », 3rd Edition, Freeman, 1997, pag.482-507. 5. Amann W. et al., «Element Chemie II », Klett, 1998, pag.35-48.

ΦΑΣΗ 2 Σταθερά ισορροπίας, Kp. Σχέση μεταξύ Kc και Kp.

ΦΑΣΗ 3 Πηλίκο αντίδρασης, QC

ΦΑΣΗ 1 Σταθερά ισορροπίας, Kc

Διαφάνεια Δ.4.3.1: Διαγ-ραμματικά τι εκφράζει η τιμή της σταθεράς ισορρο-πίας.

ΦΑΣΗ 4 Υποδειγματική επίλυση προβλημάτων χημικής ι-σορροπίας.