Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза (интегрированный урок)

Сергунова Зухра Тахиржановна – учитель физики

Ведущая роль на данном этапе

Содержание

Этап урока: Актуализация знаний. Приветствие детей.

Учитель физики

Вашему вниманию предоставляется серия демонстрационных опытов о проводимости различных веществ.

Д.О. Исследование электропроводимости кристаллического хлорида натрия. (в сосуд с кристаллическим хлоридом натрия опустить электроды – лампочка не горит).

Д.О. Исследование электропроводимости дистиллированной воды. В сосуд с дистиллированной водой опустить электроды – лампочка не горит).

Д.О. Исследование электропроводимости раствора хлорида натрия. В стакане с дистиллированной водой растворить немного кристаллического хлорида натрия, перемешать, опустить провода от прибора для работы с электрическим током – лампочка горит).

- почему горит лампочка? (Так как раствор хлорида натрия проводит электрический ток)

- что же такое электрический ток? (Направленное движение заряженных частиц)

Этап урока: Изучение нового материала.

Учитель химии

Тема нашего урока «Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза». На уроке мы с вами познакомиться с новым понятием - электролиз, сравнить эти понятия с точки зрения физики и химии, получим закон электролиза Фарадея.

Вернемся к нашим опытам, мы убедились, что кристаллический хлорид натрия и дистиллированная вода не проводят ток, а водный раствор этого вещества очень хорошо проводит электрический ток. Откуда же в растворе появились заряженные частицы?

Рассмотрим механизм образования ионов в растворе (демонстрация анимационного ролика «Растворение хлорида натрия в воде»). Давайте разберемся, что же происходит при растворении хлорида натрия в воде.

В молекулах хлорида натрия связь ионная, и состоят из ионов натрия и хлора, но ионы в кристалле не могут свободно перемещаться, поэтому сухое вещество не может проводить электрический ток. Молекула воды образуется при помощи ковалентных полярных связей, разорвать которые трудно. Поэтому и дистиллированная вода тоже не проводит электрический ток. Вода – полярное вещество, так как атомы, входящие в ее состав, отличаются величиной электроотрицательности. За счет избыточного положительного заряда на водороде и отрицательного заряда на кислороде вода способна притягивать к себе заряженные частицы и полярные молекулы. При растворении хлорида натрия в воде ионы его взаимодействуют с диполями воды с той силой, с какой диполи воды притягивают к себе ионы натрия и хлора. А так как силы притяжения между ионами натрия и хлора меньше, чем сила ковалентных связей в воде, то хлорид натрия в воде распадается по схеме:

Итак, водный раствор хлорида натрия состоит из заряженных частиц, и поэтому данный раствор является электролитом.

CuSO₄ →Cu²⁺ + SO₄ ^2-

AgNO₃ → Ag⁺ + NO₃^–

Ионы: катионы положительно заряженные частицы, анионы отрицательно заряженные частиц. Процесс распад электролитов в водном растворе под действием электрического тока называется электролитической диссоциацией. Если пропустить через раствор или расплав электролита постоянный электрический ток. То ионы приобретают упорядоченное движение, т.е. отрицательные ионы перемещаются к положительному электроду – аноду, а положительные ионы к отрицательному электроду – катоду. Таким образом установится электрический ток. Поскольку перенос заряда в водных растворах электролитов осуществляется ионами, такую проводимость называют ионной.

Демонстрация переноса вещества: давайте посмотрим, что же происходит с раствором иодидом калия под действием электрического тока.

В U-образную трубку нальем раствор иодида калия, в левое колено добавим фенолфталеин (для чего?), и подключим к источнику постоянного тока. Наблюдаем, что на электродах началось выделение газа и желто- коричневого налета с другой стороны (йода), а в левой части раствор окрасился в малиновый цвет.

KI → K⁺ + I^-

Н₂ О→ Н⁺ + ОН^-

( - ) катод ( +) анод

K⁺

суммарное уравнение

KI + 2 Н₂ О = НО₂ ↑ + I₂ + 2KОН

Этот процесс называют электролизом.

Совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих в растворах или расплавах под действием электрического тока называют электролизом. Чтобы правильно определить продукты электролиза существуют правила анодных и катодных процессов.

На столах учащихся лежат распечатанные правила анодных и катодных процессов.

Правила анодных процессов:

В первую очередь разряжаются бескислородные ионы (остатки бескислородных кислот): S^– , I^– , CI^– , Br^–.

Во вторую очередь разряжаются гидроксид ионы:

4 ОН^– - 4е →О₂ +2 Н₂О

В растворе не разряжаются анионы кислородосодержащих кислотных остатков и F^–

Правила катодных процессов:

В первую очередь на катоде разряжаются катионы металлов, стоящих в ряду напряжений металлов после водорода.

Во вторую очередь разряжаются катионы водорода 2 Н+ + 2 е → Н₂

Одновременно с катионами металла, стоящих в ряду напряжения металлов от алюминия до водорода.

В растворах никогда не разряжаются катионы металлов, стоящих в ряду напряжения металлов до алюминия (включительно).

Во время демонстрации электролиза раствора иодида калия на аноде все больше образуется свободного йода. А как вы думаете, ребята, можно ли определить массу выделившегося йода или любого другого вещества.

Этап урока: Вывод первого закона электролиза Фарадея на основе виртуального эксперимента

Учитель физики:

Можно, если только вещество выделяется на электроде. Даже визуально вы можете определить, что масса вещества, выделяющегося на электроде должна зависеть от времени, ведь чем дольше идет опыт тем больше йода мы видим в трубке. Давайте же выясним а какова эта зависимость, а так же выясним, зависит ли масса выделяющегося вещества на катоде от силы тока. Так как эксперимент должен протекать очень длительное время для наилучшего результата, то мы воспользуемся виртуальным экспериментом.

Учащиеся

Работа в группах с виртуальным экспериментом «Исследование электролиза» (на основе раствора хлорида натрия и сульфата меди II). Предлагается заполнить карточку каждой группе (приложение 1).

Учитель физики и учащиеся (совместно)

Результаты виртуального исследования обсуждаются учителем совместно с детьми:

Из графиков видно, что зависимость массы вещества от времени и силы тока линейная. Далее выводится первый закон электролиза Фарадея.

масса вещества, выделившегося на электроде за время Δt при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока и времени.

k – электрохимический эквивалент.

Далее идет сравнения зависимости для разных веществ

Выясняется зависимость массы вещества от рода вещества, вводится понятие электрохимического эквивалента.

Решение качественной задачи: При электролизе раствора сульфата железа (II) за 20 минут выделилось 20 г чистого железа. Сколько выделится этого же вещества за то же время, если силу тока увеличить в 2 раза? (Ответ: 40 г.)

Вводится понятие электролиз с точки зрения физики:

электролиз – это процесс выделения на электроде вещества, связанный с окислительно-восстановительными реакциями.

Этап урока: Применением электролиза в электрометаллургии

Учитель химии

Любое научное открытие интересно только тогда, когда находит практическое применение.

Электролиз широко используется для получения наиболее активных металлов (щелочных, щелочно-земельных, алюминия, магния), некоторых активных неметаллов (фтор, хлор) и сложных веществ (гидроксида натрия и калия).

Электролиз широко используется для получения наиболее активных металлов. На территории республики Хакасия расположен один из крупнейших заводов по получению алюминия РУСАЛ (просмотр анимации «Производство алюминии путем электролизом»).

Запишите домашнее задание: подготовить сообщение по теме «Применение электролиза в различных сферах деятельности человека»

Этап урока: Обобщение полученных знаний на уроке

Учитель химии

Давайте вспомним основные понятия, которые мы рассмотрели сегодня на уроке с помощью кроссворда.

Решение кроссворда

Учитель физики

Ключевое слово «Фарадей», которое вы получили в кроссворде это фамилия ученого Майкла Фарадея, открывшего закон электролиза, который мы с вами сегодня так успешно сами вывели.

Учитель химии

Сравнение определения электролиза из курса химии и физики:

Электролиз –

Из курса химии: это совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих в растворах или расплавах электролитов под действием электрического тока.

Из курса физики: это процесс выделения на электроде вещества, связанный с окислительно–восстановительными реакциями.

Учителя химии и физики

Спасибо за урок!

Группа № 1

1. Проведите виртуальный эксперимент. Откройте программу Исследование электролиза на Рабочем столе. Выполните виртуальное измерение массы электрода для раствора сульфата меди (II), при силе тока I = 2 А. Данные массы вещества запишите в таблицу (не забудьте, что в программе выводятся данные о массе электрода, а в таблицу нужно занести данные чистого вещества).

Группа № 2

1. Проведите виртуальный эксперимент. Откройте программу Исследование электролиза на Рабочем столе. Выполните виртуальное измерение массы электрода для раствора сульфата меди (II), при силе тока I = 4 А. Данные массы вещества запишите в таблицу (не забудьте, что в программе выводятся данные о массе электрода, а в таблицу нужно занести данные чистого вещества).

Группа № 3

1. Проведите виртуальный эксперимент. Откройте программу Исследование электролиза на Рабочем столе. Выполните виртуальное измерение массы электрода для раствора нитрата серебра (I), при силе тока I = 2 А. Данные массы вещества запишите в таблицу (не забудьте, что в программе выводятся данные о массе электрода, а в таблицу нужно занести данные чистого вещества).

Группа № 4

1. Проведите виртуальный эксперимент. Откройте программу Исследование электролиза на Рабочем столе. Выполните виртуальное измерение массы электрода для раствора нитрата серебра (I), при силе тока I = 4 А. Данные массы вещества запишите в таблицу (не забудьте, что в программе выводятся данные о массе электрода, а в таблицу нужно занести данные чистого вещества).