Урок политехнической направленности в 11 классе "Катализаторы и ферменты. Катализ"

Предмет, класс

Урок химии – 11 класс

Тема урока, номер урока

Урок №14 Катализаторы и ферменты. Катализ.

Тип урока

Усвоение новых знаний

Цель урока

·        Показать влияние на скорость химических реакций такого явления как катализ.

·        Изучить механизм гомогенного и гетерогенного катализа.

Задачи урока

обучающие

-актуализировать знания о скорости химических реакций и факторах, влияющих на нее;

-дать понятие о механизме действия катализаторов;

-расширить знания о катализе, катализаторах и ферментах;

-показать практическую значимость изучаемого материала.

развивающие

-развивать умение самостоятельно работать с текстом учебника;

-развивать умение поиска информации в ресурсах Интернета;

воспитательные

-формировать активную и сознательную позицию к усвоению нового материала;

-развивать любознательность;

- совершенствовать навыки планирования учебного труда и самообразования.

Требования  ФГОС СОО (предполагае-мые результаты обучения)

предметные

знать:

- понятия «катализ», «катализаторы», «ферменты» и особенности их функционирования;

- классификацию химических реакций по участию катализатора и по фазовому состоянию реагирующих веществ и катализатора

- практическую значимость изучаемого материала

уметь:

- определять зависимость скорости химических реакций от различных факторов.

метапредметные

Познавательные УУД:

-умение устанавливать причинно-следственные связи в изучаемых явлениях.

-владеть постановкой эксперимента и анализировать его результат;

-умение работать с различными источниками информации.

-систематизировать информацию и ориентироваться на возможное разнообразие способов решения учебной задачи.

Регулятивные УУД:

-уметь определять цель учебной деятельности, планировать пути её выполнения;

- выдвигать версии решения проблемы, осознавать конечный результат своей работы;

-сопоставлять и отбирать информацию, полученную из различных источников;

-представлять информацию в виде таблиц и схем.

Коммуникативные УУД:

- уметь самостоятельно организовывать учебное взаимодействие;

- вести диалог, уметь выдвигать аргументы и контраргументы;

- критично относиться к своим действиям, с достоинством признавать ошибочность своего мнения и корректировать его.

личностные

- развитие интеллектуальных и творческих способностей;

- формирование экологической культуры;

-формирование целостного мировоззрения;

-развитие коммуникативной компетенции и уважительного отношения к людям и результатам их труда.

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

I Оргмомент.

Здравствуйте! На доске вы видите слова русского философа Михаила Михайловича Бахтина:

«Истина не рождается в голове отдельного человека, она рождается между людьми, совместно ищущими истину в процессе их диалогического общения».

Поэтому сегодня я жду от вас продуктивного диалога.

Один учащийся зачитывает

Изречение Бахтина.

II Постановка проблемы, определение темы урока и задач урока.

Вам необходимо удалить со скатерти пятно от мясного соуса. Соседка посоветовала вам прокипятить скатерть в порошке «Био-С». Однако, пятно не исчезло. Почему? Можно ли удалить это пятно с помощью биопорошка?

Инструкция на коробке порошка: энзимы – биологические катализаторы, регулирующие биохимические процессы в живых организмах.

- В рецептах для очистки кожи лица рекомендуют применять отруби, так как в них содержатся ферменты. Как, по вашему мнению, эффективнее пользоваться этим средством: размешать в теплой воде и потом нанести на лицо или заварить кипятком и только после этого нанести на лицо? Что объединяет эти ситуации? О чем идет речь?

Проблема: выяснить условия протекания ферментативных реакций.

Сформулируйте тему урока.

-хорошо, а теперь зафиксируйте в тетрадях задачи сегодняшнего урока.

Выдвигают свои версии, обсуждают их и отвечают на вопросы учителя.

Делают вывод: пятно не исчезло потому, что при высоких температурах биологические катализаторы разрушаются.

Записывают в тетрадь тему урока и задачи урока.

IIIАктуализация знаний.

Друзья! На прошлом уроке мы с вами познакомились с понятием «скорость химических реакций» и изучили факторы, на них влияют. Давайте их вспомним.

Кроме того на  прошлом уроке  группа экспертов получила задание провести эксперимент по сквашиванию молока. Давайте заслушаем их отчет.

После отчета учитель:

- Как вы думаете, почему молоко, в которое добавили сметану и хлеб, прокисло быстрее.

- какие подобные примеры вы можете привести?

-Молодцы, верно.

-Что повлияло на скорость сквашивания молока?

-  Вспомните, что такое ферменты?

Перенесите в тетради таблицу «Ферменты пищеварительной системы»

(таблица прилагается).

- Называют факторы, влияющие на скорость реакции:

- природа реагирующих веществ;

- концентрация реагирующих веществ;

- температура протекания реакции (правило Вант-Гоффа);

- катализаторы.

- Отчет экспертов:

Мы разлили молоко по трем стаканам. В первый стакан ничего не добавляли, во второй добавили ложку сметаны, в третий – кусочек черного хлеба. Все стаканы оставили на столе при комнатной температуре. На второй день молоко во втором и третьем стаканах сквасилось, а в первом - нет.

Отвечают: сметана и хлеб ускорили процесс.

Отвечают:

- Соляная кислота активирует действие пепсина желудочного сока.

- Желчные кислоты  активирует действие панкриатической липазы.

Отвечают:

Ферменты.

Отвечают на вопрос:

Ферменты – это биологические катализаторы белковой природы.

IV Открытие новых знаний.

-Как называются вещества, которые ускоряют реакции?

- Верно! Вспомните определение катализатор и реакции, которые проходят  при участии катализаторов.

-Давайте отправимся в виртуальную лабораторию и проделаем опыт, подтверждающий определение катализатора.

- Почему при действии катализатора скорость химической реакции увеличивается?

(На этот вопрос нам поможет ответить сообщение, которое подготовил Анопко Вадим).

- Какие виды катализа вам известны?

- Дайте определение гомогенного и гетерогенного катализа?

- Проведите опыт: «Гомогенный и гетерогенный катализ».

(Класс разбивается на 6 групп. Каждая группа имеет на столе описание опыта, необходимое оборудование и реактивы).

Давайте обсудим результаты наших опытов.

- Каковы же механизмы гомогенного и гетерогенного катализа? Ответ подтвердите конкретными реакциями.

-Согласна. А что же происходит при гетерогенном катализе? Ответ на этот вопрос найдите в учебнике.

- Составьте вопросы по протеканию каталитических реакций реакций и задайте их одноклассникам.

Запишите определение в тетрадях.

- В чем сходство и различия ферментов и катализаторов? Сообщение по данному вопросу подготовила Абрамова Дарья.

-Заполните таблицу «Сходство и различия ферментов и катализаторов».
(Таблица прилагается).

-Предлагаю опытным путем выявить условия протекания ферментативных реакций.

Опыт 1:действие дегидрогеназы на метиленовый синий (стиральная синька).

Возьмите 2 пробирки. В каждую из них прилейте по 5мл свежего молока. Добавьте по 15 капель 0,5% раствора формальдегида и по 5 капель - метиленового синего.

-Что вы наблюдаете?

-Почему это происходит?

В обе пробирки влейте немного растительного масла, чтобы изолировать смесь воздуха. Первую пробирку поставьте в пустой стакан, а вторую – в стакан с горячей водой (примерно 35-40 градусов).

-Где быстрее происходит обесцвечивание? Почему?

Опыт 2: Действие катализатора на пероксид водорода.

Возьмите 5 пробирок и в каждую налейте по 2 мл раствора пероксида водорода. В первую опустите кусочек сырого мяса. Что наблюдаете?

Поднесите к отверстию пробирки тлеющую лучину. Что наблюдаете?

-Во  вторую пробирку опустили кусочек сырого картофеля и поднесли тлеющую лучинку. Что наблюдаете?

-В третью пробирку опустили измельченный на терке картофель и поднесли тлеющую лучинку.  Что наблюдаете?

-  В четвертую и пятую пробирки опустили по кусочку вареного мяса и вареного картофеля.  Что наблюдаете?

- К какому выводу мы пришли, проанализировав наши опыты?

- Запишите этот вывод в тетрадь.

Ребята! А как вы думаете: могут ли вещества не ускорять, а замедлять реакцию? Найдите ответ на этот вопрос в тексте параграфа.

V Закрепление  нового материала

- Итак, какие основные понятия нам потребовались для решения поставленных задач?

- В качестве закрепления предлагаю выполнить небольшое тестовое задание.

VI Рефлексия

-Как вы считаете, достигли ли мы поставленной цели?

-Какие виды деятельности на уроке для вас наиболее интересны?

-Что вызывало затруднение и удалось ли их преодолеть в ходе урока?

-Кто из одноклассников сегодня был особенно активен, чьи ответы были наиболее полные и грамотные?

(Выставляются отметки).

-Запишите задание на дом: сделайте подборку материалов об использовании катализаторов и ферментов в промышленности.

Спасибо за совместную работу

Отвечают на вопросы учителя:

- Ферменты или катализаторы.

- Дают определение «катализатор» и «каталитические реакции».

- Выполняют тест по технике безопасности и  опыт «Зависимость скорости реакции от катализатора».

- Ученик зачитывает сообщение.

- Отвечают на вопросы, в виде схемы фиксируют ответ на второй вопрос  в тетради.

-Проводят опыты.

Обсуждают результаты опытов, отвечают на вопросы учителя, записывают реакции (Один учащийся на доске, остальные в тетрадях):

CH₃CHO=CH₄+CO (гомогенная каталитическая реакция, катализатор йод, протекает в две стадии)

CH₃CHO+J₂= CH₃I+HJ+CO

CH₃I+HJ=CH₄+J₂

Работают с учебником.

Отвечают на вопрос учителя.

Составляют вопросы и задают их; слушают ответы одноклассников:

- Что называется энергией активации?

Записывают ответ:

Энергия активации – это избыточная энергия по сравнению с некоторой средней величиной, которой должна обладать реагирующая частица, чтобы осуществить химическую реакцию.

- За счет чего катализаторы изменяют скорость химической реакции?

Отвечают на вопрос и кратко записывают механизм действия катализатора:

В ходе катализируемой химической реакции происходит образование промежуточных продуктов (образование связи между катализатором и реагирующим веществом).

А +В = АВ,

Реакция без катализатора идет очень медленно, а при добавлении катализатора К, он реагирует с одним из исходных веществ (например, с А), образуя очень непрочное и реакционноспособное промежуточное соединение АК:  А + К = АК.

Это промежуточное соединение реагирует с другим исходным веществом В, образуя конечный продукт АВ и катализатор выходит в первоначальном виде:

АК + В = АВ + К.

Катализатор может участвовать в реакции бесконечное число раз. 

Гомогенный катализ.

2SO₂ + O₂= 2SO₃ (1),

(А + В = АВ),

Катализатор – NO.

O₂ + 2NO = 2NO₂ (2),

(В + К = ВК),

2NO₂ + 2SO₂ = 2SO₃+ 2NO (3),

(ВК + А = АВ + К).

 Гетерогенный катализ.

При гетерогенном катализе происходит адсорбция реагирующих веществ поверхностью катализатора (она неоднородна, и здесь расположены активные центры, под действием которых связь между атомами реагентов ослабляется, молекула деформируется, а иногда даже распадается).

2SO₂ + O₂ = 2SO_3,

Катализатор V₂O₅, Pt.

 SO₂ + V₂O₅ = SO₃ + 2VO_2,

2VO₂ + ½ O₂= V₂O₅.

Для катализатора характерна избирательность действия (определенный катализатор для определенной реакции).

-Зачитывает сообщение.

-Заполняют таблицу.

-Проводят опыт1.

Наблюдаем, что краситель постепенно бледнеет и, в конце концов, обесцвечивается.

Это объясняется тем, что благодаря содержащейся в молоке дегидрогеназе атомы водорода формальдегида присоединятся к молекуле красителя.

Отвечают:

Во второй пробирке реакция проходит быстрее, так как при нагревании скорость реакций возрастает.

Отвечают:

-Выделяются пузырьки газа.

-Лучинка вспыхивает и горит.

- То же выделяется газ и лучинка горит.

- Происходит более интенсивное выделение газа, т. к. измельчив картофель,  увеличилась площадь реагирующей поверхности.

- Ничего не происходит, так как при варке ферменты белковой природы разрушаются.

- Отвечают и записывают вывод в тетрадь:

Оптимальными условиями ферментативных реакций являются:

а) температура 37⁰С;

б) строго определенная среда раствора.

-Находят ответ и записывают определение «ингибиторы»  в тетрадь.

Отвечают на вопросы учителя

Выполняют задание.

Отвечают на вопросы

Записывают домашнее задание.