Giáo án chuyên đề hoá học 10 chân trời bài 3: Năng lượng hoạt hoá của phản ứng hoá học

HĐ CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu khái niệm năng lượng hoạt hóa

- GV cho HS tìm hiểu SGK, trả lời câu hỏi:

+ Thế nào là va chạm có hiệu quả?

(Va chạm có hiệu quả là những va chạm đúng hướng và đủ năng lượng để tạo ra sản phẩm).

+ Nếu các chất không đủ năng lượng thì có xảy ra phản ứng hay không?

(Không xảy ra phản ứng).

+ Nêu khái niệm năng lượng hoạt hóa.

- HS thảo luận nhóm đôi trả lời câu hỏi Thảo luận 1, 2:

1. Quan sát Hình 3.1, cho biết số va chạm hiệu quả, khả năng xảy ra phản ứng, tốc độ phản ứng của chất tham gia thay đổi như thế nào khi giá trị của năng lượng hoạt hóa càng giảm?

 Từ đó HS rút ra kết luận về mối quan hệ giữa năng lượng hoạt hóa và khả năng xảy ra phản ứng, tốc độ phản ứng.  

2. Từ thông tin trong phần Khởi động, khi có chất xúc tác, năng lượng hoạt hóa của phản ứng chuyển hóa lactose tăng hay giảm? Giải thích.

- GV chốt lại kiến thức, HS thực hiện Luyện tập.

Khả năng xảy ra của một phản ứng hoá học như thế nào khi năng lượng hoạt hoá của phản ứng rất lớn? Giải thích.

- GV cho HS kết luận về mối quan hệ năng lượng hoạt hóa và khả năng xảy ra phản ứng, mối quan hệ năng lượng hoạt hóa và tốc độ phản ứng.

Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu ảnh hưởng của năng lượng hoạt hóa và nhiệt độ tới tốc độ phản ứng

- GV giới thiệu HS các công thức về mối liên hệ giữa nhiệt độ, năng lượng hoạt hóa với hằng số tốc độ phản ứng

-  HS thảo luận trả lời câu hỏi Thảo luận  3:

3. Dựa vào phương trình Arrhenius, tốc độ phản ứng thay đổi như thế nào khi tăng nhiệt độ của phản ứng?

- HS đọc hiểu Ví dụ 1, Ví dụ 2. GV yêu cầu HS trình bày, giải thích.

Ví dụ 1: Một phản ứng đơn giản xảy ra ở nhiệt độ 100^oC, trong điều kiện có xúc tác và không có xúc tác, năng lượng hoạt hóa của phản ứng lần lượt là: E_a1=25 kJ/mol,

E_a2=50 kJ/mol. So sánh tốc độ phản ứng trong 2 điều kiện.

- HS thảo luận, trả lời câu hỏi Thảo luận 4.

Từ Ví dụ 2, tốc độ phản ứng phân hử  thay đổi như thế nào khi giảm nhiệt độ về  ? Nhận xét sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng.

- GV chuẩn hóa kiến thức. HS thực hiện Luyện tập theo nhóm đôi:

Một phản ứng có năng lượng hoạt hoá là , so sánh tốc độ phản ứng khi phản ứng diễn ra ở 2 nhiệt độ là  lên .

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu.

- GV gợi ý, hướng dẫn.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

1. Năng lượng hoạt hóa

- Năng lượng hoạt hóa là năng lượng tối thiểu mà các chất phản ứng cần có để phản ứng hóa học có thể xảy ra.

- Quá trình biến đổi năng lượng trong phản ứng:

Thảo luận 1:

Khi năng lượng hoạt hóa giảm, sẽ có nhiều phần tử đủ năng lượng vượt qua năng lượng hoạt hóa để tạo ra nhiều va chạm hiệu quả hơn, khả năng xảy ra phản ứng cao hơn, tốc độ phản ứng tăng.

Thảo luận 2:

Từ thông tin trong phần Khởi động, khi có xúc tác enzyme lactase, giúp quá trình chuyển hoá lactose thành glucose và galactose dễ dàng hơn, nếu thiếu loại enzyme này, lactose không được tiêu hoá. Vậy, khi có xúc tác, năng lượng hoạt hoá của phản ứng chuyển hoá lactose giảm, phản ứng xảy ra dễ dàng hơn.
Luyện tập:

Năng lượng hoạt hoá của phản ứng càng lớn, càng có ít phần tử chất phản ứng đủ năng lượng để tạo ra các va chạm hiệu quả, phản ứng xảy ra rất chậm.

Kết luận:

- Năng lượng hoạt hóa càng thấp phản ứng càng dễ xảy ra.

- Năng lượng hoạt hóa càng lớn thì tốc độ phản ứng càng nhỏ và năng lượng hoạt hóa càng nhỏ, thì tốc độ phản ứng càng lớn.

2. Ảnh hưởng của năng lượng hoạt hóa và nhiệt độ tới tốc độ phản ứng

- Phương trình Arrhenius:

Trong đó:

k là hằng số tốc độ phản ứng

A là hằng số thực nghiệm Arrhenius

e là cơ số của logarit tự nhiên, e = 2,7183

E_a: năng lượng hoạt hóa (J/mol).

R là hằng số lí tưởng, R =8,324 (J/mol.K)

T là nhiệt độ theo thang Kelvin (K).

Thảo luận 3:

Theo phương trình kinh nghiệm của Arrhenius, ta có: , trong cùng một phản ứng,  không đổi, hằng số  và  không đổi, khi tăng nhiệt độ, dẫn đến hằng số tốc độ  của phản ứng tăng, nên tốc độ phản ứng tăng.

Ví dụ 1:

Ở nhiệt độ không đổi, năng lượng hoạt hóa của phản ứng trong 2 điều kiện là: E_a1=25 kJ/mol, E_a2=50 kJ/mol.

Phương trình Arrhenius viết cho phản ứng trên trong 2 điều kiện:

Vậy khi năng lượng hoạt hóa giảm từ 50 kJ/mol về 25 kJ/mol, tốc độ phản ứng tăng 3170,4 lần.

Ví dụ 2 (SGK -tr24)

Thảo luận 4:

+ Phương trình Arrhenius viết cho phản ứng trên nhứ sau:

+ Tốc độ phản ứng giảm 13,89 lần khi giảm nhiệt độ của phản ứng từ  về .

+ Trong một số phản ứng hoá học, tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nhiệt độ của phản ứng.

Kết luận:

- Phương trình kinh nghiệm Arrhenius biểu diễn sự ảnh hưởng của năng lượng hoạt hóa và nhiệt độ đến hằng số tốc độ phản ứng.

- Phản ứng có năng lượng hoạt hóa nhỏ hoặc nhiệt độ của phản ứng cao, tốc độ phản ứng càng lớn.

Luyện tập:

Phương trình Arrhenius viết cho phản ứng trên như sau:

Vậy, ở nhiệt độ , tốc độ phản ứng nhanh hơn 11,09 lần so với ở nhiệt độ .

HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV giới thiệu về một phương trình phản ứng của chất xúc tác.

- GV đặt câu hỏi:

+ Thế nào là chất xúc tác. Cho ví dụ về chất xúc tác.

- GV cho HS thảo luận tìm hiểu Ví dụ 3 và trả lời câu hỏi Thảo luận 5.

+ GV hướng dẫn HS về hình 3.2, quan sát và so sánh năng lượng hoạt hóa của phản ứng sẽ thay đổi như thế nào so với khi không có chất xúc tác và khi có chất xúc tác.

(Năng lượng hoạt hóa khi có xúc tác sẽ nhỏ hơn).

+ Thảo luận 5. Nhận xét ảnh hưởng của enzyme đối với năng lượng hoạt hóa của phản ứng.

- GV đặt câu hỏi:

+ Nếu năng lương hoạt hóa giảm thì tốc độ phản ứng sẽ như thế nào? (Tốc độ tăng).

+ Có phải mỗi chất xúc tác đều có thể sử dụng cho nhiều phản ứng khác nhau hay không?

(Không)

- GV nhấn mạnh về tính chọn lọc của chất xúc tác.

- HS đọc hiểu Ví dụ 4, 5.

- HS thảo luận làm Luyện tập và Vận dụng.

Luyện tập: Trong công nghiệp hoá chất, nhiều công đoạn sản xuất, người ta sử dụng chất xúc tác để tăng tốc độ của phản ứng, như: phản ứng tổng hợp  từ  và  dùng xúc tác . Hãy kể tên một số xúc tác cho các phản ứng mà em biết.

Vận dụng: Tại sao muốn cá, thịt nhanh mềm, người ta thường chế biến kèm với những lát dứa (thơm) hoặc thêm một ít nước ép của dứa?

- GV cho HS kết luận về đặc điểm của chất xúc tác.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu, hoạt động cặp đôi, kiểm tra chéo đáp án.

- GV: quan sát và trợ giúp HS.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

3. Chất xúc tác

Chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng nhưng không bị biến đổi về chất và lượng sau phản ứng.

Ví dụ 3 (SGK -tr25)

Thảo luận 5:

Enzyme là chất xúc tác sinh học, có vai trò làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng.

Ví dụ 4 (SGK -tr25)

Ví dụ 5 (SGK -tr26)

Luyện tập:

Phản ứng tổng hợp  từ  và  cần xúc tác , trong công nghiệp sản xuất  phân bón chứa nguyên tố vi lượng ; trong nhiều phản ứng hữu cơ, cần xúc tác giúp phản ứng dễ xảy ra: phản ứng trùng hợp tạo ra các loại polymer, phản ứng tổng hợp  từ  và

Vận dụng:

Trong dứa (thơm) có loại enzyme bromelain thuộc loại enzyme protease có khả năng phân giải protein thành các chất đơn giản hơn (các peptide). Thịt, cá là loại thức phẩm chứa nhiều protein, khi đun nấu với dứa (nước ép của dứa) sẽ xúc tác cho quá trình phân giải chuỗi protein, thịt cá nhanh nhừ và cơ thể cũng dễ hấp thu hơn.

Kết luận:

Đặc điểm của chất xúc tác

- Chất xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa để tăng tốc độ của phản ứng.

- Chất xúc tác có tính chọn lọc.