Исследовательский проект
Интересное использование компьтерных технологий при оформлении эксперимента по химии.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 skorost_i_temperatura.ppt | 2.26 МБ |
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Цель проекта: Опытным путем получить экспериментальные данные скорости химических реакций. Используя средства компьютерных технологий , построить математическую модель зависимости скорости протекания химической реакции от температуры. Показать практическое значение построенной модели.
Содержание работы: Введение. Доказательство изменения скорости реакции при изменении температуры. Теория энергии активации Получение экспериментальных данных. Опыт 1: взаимодействие цинка и соляной кислоты. Опыт 2: взаимодействие тиосульфата натрия и серной кислоты. Построение математической модели процесса средствами MS Excel. Обобщающий вывод. Правило Вант-Гоффа. Практическое применение полученной модели. Используемая литература.
В окружающей природе происходит бесчисленное множество химических реакций, каждая из которых уникальна и таит в себе огромное число совпадений, закономерностей, ещё не известных науке. Неоднократно подмечалось, что скорость химической реакции зависит от многих факторов, в том числе и от температуры. Вот наглядный пример: медная проволока может окисляться кислородом из воздуха несколько десятилетий, а в пламени спиртовки этот процесс происходит за считанные секунды! 2Cu + O 2 → 2CuO
Скорость реакции сильно зависит от температуры. В холодном климате химические реакции, обусловливающие созревание яблок, протекают гораздо медленнее, чем в жарком.
Энергия частицы, участвующей в химической реакции, меняется подобно тому, как это происходит у шара для гольфа, катящегося по неровной поверхности игрового поля и попадающего в лунку. Своеобразной энергетической «лункой» для частицы является образование устойчивого продукта реакции.
Рассмотрим внимательнее процесс несложной реакции обмена между гидроксидом калия КОН и соляной кислотой Н Cl (в результате получится соль KCl и вода - Н 2 О), где атомы, участвующие в химической реакции, изображены в виде шариков: O Cl - Н + Молекулы до взаимодействия Активированный комплекс Продукты реакции Н + Н - НС l + KOH → KCl +H 2 O K +
Опыт 1 при обычной температуре при нагревании Взаимодействие соляной кислоты ( р-р 30%) и цинка Zn + HCl → ZnCl 2 +H 2 ↑
Построение математической модели данного явления состоит в получении по экспериментальным данным функции зависимости скорости протекания химической реакции от температуры. Такие модели называются регрессионными , их вид определяется путем подбора. Для построения регрессионной модели используем возможности MS Excel. Алгоритм получения с помощью MS Excel модели по методу наименьших квадратов с построением тренда – графика модели следующий: Ввести в Excel экспериментальные данные. Построить для них точечную диаграмму. Выделить поле диаграммы. Выполнить команду: Диаграмма \ Добавить линию тренда… Выбрать Тип и Параметры модели. Замечание: степень точности полученной модели определяет коэффициент R^2 . Чем он ближе к 1, тем удачнее регрессионная модель.
Построение математической модели скорости реакции взаимодействия цинка с соляной кислотой
Опыт 2 при обычной температуре при нагревании Взаимодействие растворов серной кислоты и тиосульфата натрия Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + SO 2 ↑ + H 2 O + S↓
Построение математической модели скорости реакции взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой
Обобщающий вывод: в каждом исследуем случае самой точной оказалась математическая модель, задаваемая функцией вида y=ax 2 +bx+c . Таким образом, можно сделать вывод, что зависимость скорости химической реакции от изменения температуры определяется квадратичной функцией, то есть графиком этой зависимости является парабола. Эти же признаки характерны и для правила Вант-Гоффа , область выполнения которого лежит между двумя ветвями параболы.
Эффект зависимости скорости протекающей реакции от температуры был ещё в XIX веке описан в правиле Вант-Гоффа: Скорость многих реакций при нагревании на 10 °С увеличивается в 2—4 раза. Так, при повышении температуры с 30 до 40 °С скорость гидролиза сахарозы в присутствии кислоты возрастает в 3,9 раза. Математически правило Ba нт-Гоффа можно записать в виде c следующей зависимости: V (t 2 ) / V (t 1 )= γ n, где n =( t 2 - t 1 ) /10 , в которой V(t 2 ) и V (t 1 ) – скорости реакций соответственно при конечной ( t 2 ) и начальной ( t 1 ) температурах, а γ – температурный коэффициент скорости реакции, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на каждые десять градусов.
Задача: КОГДА СОСТАРЯТСЯ ПОКРЫШКИ? Срок хранения автомобильных покрышек при температуре 20 °С — 5 лет, а при температуре 10 °С — 13 лет. Сколько лет можно хранить покрышки при 5 °С? Средняя скорость старения резины обратно пропорциональна сроку хранения. Следовательно, при охлаждении с 20 до 10 °С скорость старения уменьшится в 13/5 = 2,6 раза. Это означает, что температурный коэффициент γ = 2,6. При охлаждении еще на 5 °С скорость реакции упадёт в γ 1/2 = 1,6 раза: V (10° C ) / V (5°С) = γ (10 - 5)/10 = γ 1/2 = 1,6 В такое же число раз возрастёт срок хранения покрышек, который в этом случае составит уже 13 • 1,6 = 21 год.
Опыты, подобные проделанным нами, длительное время используются при установлении, к примеру, срока годности лекарства (так называемый «метод ускоренного старения»): повышение температуры позволяет увеличить скорость разложения препарата более чем в 10 раз по сравнению с её значением при комнатной температуре. Это сокращает время срока годности лекарства в лаборатории и помогает определить оптимальную температуру его хранения.
В быту мы тоже применяем зависимость скорости реакций от температурных условий. Люди хранят продукты питания в погребах и холодильниках , увеличивая сроки их хранения: ведь при более низких температурах реакции окисления и разложения сложных органических веществ, происходящие при порче продуктов, протекают значительно медленнее.
Используемая литература: 1. М. Фримантл. «Химия в действии. Том 1», 1991 2. Издательство «Аванта +». «Энциклопедия для детей. Химия», 2001 3. Н. М. Глинка . «Общая химия», 1968 4. Гулд Х., Тобочник Я. «Компьютерное моделирование в физике», 1990 5. Горстко А.Б. «Познакомьтесь с математическим моделированием», 1991
Как нарисовать ветку ели?
Мастер-класс "Корзиночка"
Почему Уран и Нептун разного цвета
Зимовье зверей
Мальчик и колокольчики ландышей