Обратимые реакции. Понятие о химическом равновесии
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока научиться распознавать обратимые реакции, записывать их уравнения с помощью знака ⇌, объяснять динамический характер химического равновесия и применять эти знания при решении типичных заданий ОГЭ.
- Сформировать представление об обратимости химических реакций и динамическом химическом равновесии на примере взаимодействия азота с водородом.
- Научиться отличать обратимые реакции от необратимых по условиям протекания и признакам образования продуктов.
- Развивать умение анализировать химические уравнения, устанавливать прямое и обратное направления реакции и формулировать вывод по результатам наблюдения.
- Формировать ответственное отношение к учебной деятельности, снижать тревожность перед ОГЭ через пошаговый разбор задания экзаменационного типа.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение химических знаний для понимания промышленных процессов, в частности производства аммиака.
- Проявляют готовность проверять гипотезу фактами и корректировать первоначальное объяснение.
- Понимают, что последовательная работа с алгоритмом помогает справляться с заданиями ОГЭ без избыточного напряжения.
- Развивают познавательный интерес к объяснению явлений, при которых реакция не прекращается полностью.
- Формируют ответственное отношение к безопасной работе с демонстрационными материалами и цифровой моделью.
Метапредметные
- Умеют извлекать информацию из химического уравнения, схемы и таблицы наблюдений.
- Сравнивают прямое и обратное направления реакции, выделяют общее и различия.
- Формулируют гипотезу, проверяют её в ходе мысленного или цифрового эксперимента и делают вывод.
- Работают в паре, распределяют действия, аргументируют ответ химическими терминами.
- Используют алгоритм выполнения задания экзаменационного типа и осуществляют самопроверку по эталону.
Предметные
- Знают понятия «обратимая реакция», «прямая реакция», «обратная реакция», «химическое равновесие».
- Умеют записывать обратимые реакции с использованием знака ⇌ и определять направления превращения веществ.
- Объясняют, что химическое равновесие является динамическим состоянием, при котором скорости прямой и обратной реакций равны.
- Умеют отличать равновесие от прекращения реакции и подтверждать вывод составом химической системы.
- Применяют изученные понятия при анализе уравнения N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ и решении задания формата ОГЭ.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный учебный результат: научиться объяснять, почему обратимая реакция не прекращается при установлении равновесия.
- Соотносят изучаемое понятие с практическим применением в химической промышленности.
- Осознают ценность точного употребления химической терминологии при устном и письменном ответе.
- Сохраняют учебную мотивацию при работе с непривычной моделью химического процесса.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель урока на основе проблемного вопроса и критериев успешности.
- Планируют последовательность действий: определить тип реакции, записать уравнение, назвать направления, объяснить равновесие.
- Контролируют правильность использования знака ⇌ и терминов «скорость прямой реакции» и «скорость обратной реакции».
- Сверяют решение с эталоном, находят ошибку и вносят коррекцию.
- Оценивают степень достижения цели с помощью листа самооценки и рефлексивного вопроса.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки обратимой реакции и химического равновесия.
- Устанавливают причинно-следственную связь между протеканием прямой и обратной реакций.
- Моделируют изменение скоростей реакций во времени с помощью графика.
- Классифицируют реакции на обратимые и необратимые по условию и признакам протекания.
- Преобразуют текстовое описание процесса в химическую схему и краткий вывод.
Коммуникативные УУД
- Формулируют вопрос и гипотезу в паре, используя точные химические термины.
- Распределяют роли при работе с карточкой: аналитик, докладчик, проверяющий.
- Аргументируют ответ ссылкой на уравнение реакции и соотношение скоростей.
- Слушают ответ одноклассника, задают уточняющий вопрос и корректно предлагают исправление.
- Представляют общий вывод группы в краткой форме.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию или интерактивную модель, показывающую изменение скоростей прямой и обратной реакций до их выравнивания.
- Вывести на доску схему: «прямая реакция: исходные вещества → продукты; обратная реакция: продукты → исходные вещества».
- Распечатать карточки с заданиями трёх уровней: по одной на каждого ученика, всего по числу учащихся.
- Подготовить карточки с формулами N₂, H₂, NH₃, CO₂, H₂O, CaCO₃ для задания «Собери уравнение».
- Подготовить лист самооценки на каждого ученика с пунктами «знаю», «умею», «могу объяснить».
- Разместить на доске памятку: «⇌ — реакция идёт в двух направлениях; равновесие — скорости прямой и обратной реакций равны».
- Подготовить проектор или интерактивную доску, таймер на 2–3 минуты и маркеры для работы у доски.
- Подготовить безопасную демонстрацию или цифровую модель без проведения опасного химического опыта; проверить воспроизведение графика скоростей.
- Заранее выписать на отдельном листе эталон ответа к заданию ОГЭ: определение обратимой реакции и объяснение динамического равновесия.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и показать практическую значимость темы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране фотографию промышленной установки получения аммиака: "Ребята, сегодня мы начнём с процесса, который имеет огромное значение для сельского хозяйства и промышленности. На экране показано производство аммиака. Как вы думаете, почему химики не просто смешивают азот и водород, а создают специальные условия и контролируют процесс?" | Рассматривают изображение, выдвигают предположения: "Реакция идёт не полностью", "Нужно увеличить выход аммиака", "Процесс можно направлять". |
2 мин | Учитель вводит проблемный вопрос: "Представьте, что реакция может идти не только от исходных веществ к продуктам, но и обратно. Что произойдёт, если оба направления будут протекать одновременно? Сегодня мы разберёмся, что означает химическое равновесие и как это проверяется в заданиях ОГЭ." Учитель фиксирует на доске слова «обратимость» и «равновесие». | Записывают тему урока, формулируют ожидания: "Узнать, почему реакция не прекращается", "Научиться распознавать такие реакции". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что промышленный процесс зависит не только от записи уравнения, но и от направления протекания реакции. Сначала вспомним, какие признаки уже позволяют нам судить о завершении химического превращения."
Этап 2. Актуализация знаний (6 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о признаках реакций, направлении превращений и записи химических уравнений.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель проводит приём "Тонкие и толстые вопросы": "Назовите признаки химической реакции. Что происходит с исходными веществами? Почему реакцию образования осадка обычно считают практически необратимой? Может ли реакция идти в обратном направлении, если продукт удаляется из системы?" Учитель записывает ключевые ответы в две колонки: «признак» и «условие». | Отвечают: "Выделение газа, образование осадка, изменение цвета или температуры"; "Исходные вещества превращаются в продукты"; "Осадок удаляется из раствора, поэтому обратное превращение затруднено". |
3 мин | Учитель выводит на экран уравнения: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑; AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃; N₂ + 3H₂ → 2NH₃. "Распределите уравнения на группы по предполагаемой обратимости. Объясните, какой признак помог вам принять решение." | В парах классифицируют реакции, называют признаки. Предполагают: первые две реакции практически необратимы, третья может протекать в обоих направлениях при определённых условиях. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что удаление газа или осадка часто делает реакцию практически необратимой. Но существуют системы, где продукты не исчезают, а могут снова превращаться в исходные вещества. Теперь установим, как обозначают такие процессы."
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: выявить затруднение при объяснении реакции, идущей в двух направлениях, и сформулировать учебную цель.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает без пояснения схему: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ и спрашивает: "Что означает знак ⇌? Можно ли назвать такую реакцию завершившейся, если в сосуде одновременно присутствуют азот, водород и аммиак? Как доказать свою точку зрения?" Учитель принимает разные гипотезы, не оценивая их сразу. | Рассматривают схему, формулируют затруднение: "Не знаем, прекращается ли обратная реакция"; предполагают: "Реакция идёт в обе стороны", "В системе остаются все вещества". |
2 мин | Учитель применяет приём "Снежный ком": "Сначала каждый сформулируйте один вопрос, затем обсудите его в паре и выберите общий. После этого назовём вопросы класса и составим план исследования." | Индивидуально записывают вопрос, обсуждают в парах, предлагают вопросы: "Что такое обратимая реакция?", "Почему скорости становятся равными?", "Останавливается ли реакция при равновесии?" Формулируют цель: научиться объяснять обратимые реакции и химическое равновесие. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Наше затруднение стало понятным: нельзя просто сказать, что реакция остановилась. Нам нужно сравнить два направления процесса и понять, что происходит со скоростями. Переходим к открытию нового знания."
Этап 4. Открытие нового знания (10 мин)
Цель этапа: сформировать понятия обратимой реакции и динамического химического равновесия через анализ модели.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает модель: в закрытом сосуде исходные вещества превращаются в продукты, а продукты — в исходные вещества. "В начале количество исходных веществ велико, поэтому прямая реакция идёт быстро. Продуктов пока мало, поэтому обратная реакция идёт медленно. По мере накопления продуктов обратная реакция ускоряется, а прямая замедляется. Посмотрите на график скоростей и назовите, что происходит с каждой кривой." | Рассматривают модель и график, формулируют: "Скорость прямой реакции уменьшается", "Скорость обратной реакции увеличивается", "Кривые сближаются". |
3 мин | Учитель записывает определения: "Обратимая реакция — реакция, которая при одних и тех же условиях может протекать в прямом и обратном направлениях. Прямая реакция идёт от исходных веществ к продуктам, обратная — от продуктов к исходным веществам. Обратимые реакции обозначают знаком ⇌." Учитель подчёркивает, что стрелки равноправны. | Записывают определения в тетрадь, подписывают направления над уравнением N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃: прямое — образование NH₃, обратное — разложение NH₃ на N₂ и H₂. |
4 мин | Учитель продолжает объяснение: "В закрытой системе через некоторое время скорости прямой и обратной реакций становятся равными. Это состояние называют химическим равновесием. Оно динамическое: обе реакции продолжаются, но вещества образуются и расходуются с одинаковыми скоростями. Поэтому концентрации веществ внешне не изменяются." Учитель задаёт проверочные вопросы: "Прекратились ли реакции? Равны ли обязательно концентрации веществ?" | Отвечают: "Реакции не прекратились, они идут одновременно"; "Равны скорости, а не обязательно концентрации"; формулируют вывод: "При равновесии состав системы остаётся постоянным во времени". |
Запись в тетрадях
- Обратимая реакция — реакция, протекающая в прямом и обратном направлениях.
- Химическое равновесие — состояние системы, при котором скорости прямой и обратной реакций равны.
- Равновесие динамическое: прямая и обратная реакции продолжаются одновременно.
- N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃; прямая реакция — образование аммиака, обратная реакция — разложение аммиака.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть точные определения и главное различие: равновесие не означает остановку реакции. Проверим новое знание на конкретных уравнениях и научимся объяснять ответ так, как требуется в заданиях ОГЭ."
Этап 5. Первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: закрепить алгоритм определения обратимой реакции и объяснения химического равновесия.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт карточки и предлагает задание: "Определите, какая запись соответствует обратимой реакции: 1) CaCO₃ → CaO + CO₂↑; 2) H₂ + I₂ ⇌ 2HI; 3) NaOH + HCl → NaCl + H₂O. Объясните выбор одним предложением." Учитель просит одну пару записать ответ на доске. | В парах выбирают вариант 2, подчёркивают знак ⇌ и записывают: "Реакция H₂ + I₂ ⇌ 2HI обратимая, потому что может идти в прямом и обратном направлениях". |
4 мин | Учитель разбирает задание формата ОГЭ: "Для реакции CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ укажите верное утверждение: а) обратная реакция невозможна; б) при равновесии реакции прекращаются; в) при равновесии скорости прямой и обратной реакций равны; г) концентрации всех веществ обязательно одинаковы. Обоснуйте выбор." | Выбирают вариант в), объясняют: "Химическое равновесие — динамическое состояние, при котором скорости прямой и обратной реакций равны". Отмечают, что равенство концентраций не является обязательным. |
Эталон решения
1. В уравнении CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ используется знак ⇌, следовательно, реакция обратимая. 2. При химическом равновесии vпрямой = vобратной. 3. Реакции продолжаются, поэтому равновесие является динамическим. 4. Верный ответ: «в». Концентрации веществ могут быть различными; постоянными остаются их значения при неизменных условиях.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы применили алгоритм: нашли знак ⇌, определили два направления и вспомнили условие равновесия. Теперь каждый проверит, может ли самостоятельно выполнить задание без подсказки пары."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (10 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание понятий и скорректировать типичные ошибки.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
6 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней: "Выберите уровень по своей готовности. Минимальный уровень: дать определения и указать направление реакции. Базовый: объяснить равновесие по уравнению. Повышенный: определить ошибочное утверждение и исправить его. Работайте самостоятельно, время — шесть минут." Учитель напоминает: "Не забывайте: равновесие — это не остановка реакции." | Индивидуально выполняют выбранный вариант. В минимальном задании записывают определения и направления для реакции SO₂ + O₂ ⇌ SO₃. В базовом объясняют равенство скоростей. В повышенном исправляют фразу: "При равновесии прекращается обратная реакция". |
4 мин | Учитель выводит на экран эталон: "Проверьте не только ответ, но и объяснение. За правильное определение — один балл, за верную запись направления — один, за объяснение динамического равновесия — два. Исправьте ошибки другим цветом." Учитель проводит приём "Светофор". | Сверяют работу с эталоном, подсчитывают баллы, поднимают зелёную карточку при уверенном выполнении, жёлтую при одной ошибке, красную при необходимости помощи. Исправляют записи. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что алгоритм уже можно применять. Ошибка, которую особенно важно не допускать на ОГЭ, — заменять равенство скоростей равенством концентраций или считать реакцию остановившейся. Осталось связать понятие с промышленным процессом и подвести итог."
Этап 7. Включение в систему знаний и рефлексия (5 мин)
Цель этапа: обобщить изученное, связать понятие с практикой и зафиксировать личный результат.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель возвращается к изображению производства аммиака: "Почему химики контролируют условия реакции N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃? Вспомните, что в системе устанавливается равновесие и часть аммиака может разлагаться обратно. Поэтому условия подбирают так, чтобы увеличить выход полезного продукта." | Формулируют ответ: "Нужно управлять условиями, чтобы сместить равновесие в сторону образования аммиака и получить больше продукта". |
3 мин | Учитель предлагает билет на выход: "Закончите три фразы: 1) Обратимая реакция — это ... 2) При химическом равновесии ... 3) Главная ошибка в объяснении равновесия — ..." Учитель сообщает домашнее задание и благодарит за работу. | Письменно завершают фразы, сдают билет на выход. Формулируют: "реакция, идущая в двух направлениях"; "скорости прямой и обратной реакций равны"; "считать, что реакции прекратились". |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — правильно определены обратимые реакции, записаны оба направления, дано объяснение динамического равновесия; выполнено задание ОГЭ без ошибок или с одной неточностью, не искажающей смысл.
- «4» — правильно выполнены основные задания, но допущена одна ошибка в обозначении направления или неполно сформулировано объяснение равновесия.
- «3» — распознана обратимая реакция и воспроизведено условие равенства скоростей, однако допущены две ошибки в терминологии или объяснении.
- Ниже «3» — ученик не различает обратимую и необратимую реакции или считает, что при равновесии реакции полностью прекращаются; требуется повторная работа по памятке.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что означает знак ⇌ в уравнении химической реакции? | Проверка понимания признака обратимой реакции и двух направлений процесса. |
Почему химическое равновесие называют динамическим? | Выявление понимания того, что обе реакции продолжаются одновременно. |
Чем равны скорости реакций при равновесии и обязательно ли равны концентрации веществ? | Проверка различения скоростей и концентраций, выявление типичной ошибки ОГЭ. |
Какой шаг алгоритма решения задания оказался самым трудным? | Определение индивидуальной точки затруднения и планирование коррекции. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы установили, что обратимая реакция может идти в двух направлениях, а химическое равновесие не является остановкой процесса. Главное условие равновесия — равенство скоростей прямой и обратной реакций, а не равенство концентраций веществ. В заданиях ОГЭ сначала ищите знак ⇌, затем называйте направления и только после этого объясняйте равновесие. На следующем уроке мы узнаем, как изменение условий влияет на положение химического равновесия."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Выучить определения «обратимая реакция» и «химическое равновесие»; разобрать 4 уравнения и для каждого указать, является ли реакция обратимой, назвать прямое и обратное направления. | Закрепляет терминологию и умение читать знак ⇌; при проверке обратить внимание на точность направлений. |
Средний (повышающий) | Выполнить 4–5 заданий формата ОГЭ на выбор верного утверждения о химическом равновесии и кратко обосновать каждый ответ двумя предложениями. | Тренирует применение алгоритма и письменную аргументацию; проверить, не заменено ли равенство скоростей равенством концентраций. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить схему или краткое объяснение для промышленного получения аммиака: исходные вещества, продукт, прямое и обратное направления, причина необходимости управления условиями. | Развивает анализ и умение связывать теорию с практическим процессом; оценить полноту причинно-следственной связи. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какой знак используют для обратимой реакции?», «Что происходит со скоростями прямой и обратной реакций при равновесии?», «Продолжаются ли реакции в состоянии равновесия?», «Назовите одну типичную ошибку при объяснении химического равновесия».
