Химические источники тока

Интегрированный урок по физике и химии в 8 классе 
«Химические источники тока».. 

Цель урока: выяснить, какие условия необходимы для существования электрического тока.

Задачи урока:

• Сформировать у учащихся ключевые компетенции по данной теме;

• Воспитывать самостоятельность, культуру речи;

• Продолжить формирование у обучающихся стойкого интереса к естественным наукам;

• Совершенствовать умение выделять главное, анализировать, делать выводы;

• Развивать внимание, память обучающихся, образное мышление.

Оборудование: 
Для эксперимента: Дистиллированная вода, поваренная соль, вода из крана, раствор медного купороса, медная, цинковая пластины, вольтметр, светодиодные лампы.

Для практической работы: 3 лимона, 3 яблока, 3 солёных огурца, 3 картошки, пластины медная и цинковая,  вольтметр, светодиодная лампа.

Ход урока:
1. Вступительное слово.
Учитель физики: 
Физика и химия относятся к естественным наукам, которые изучают одни и те же объекты. Для формирования единого естественно - научного мировоззрения необходимо рассматривать эти явления всесторонне, одновременно с позиций разных наук. В этом случае восприятие образа будет происходить в целом. Все знают, что только целостное, интегрированное знание является истинным. Поэтому сегодня мы с вами рассмотрим одно из интереснейших тем с позиций физики и химии одновременно. Тема сегодняшнего урока: «Химические источники тока».
Учитель химии: озвучивает цели и задачи урока.

2.Актуализация опорных знаний учащихся.

( фронтальный опрос слайд № 4)

Учитель физики: На предыдущих уроках мы с вами познакомились с понятием «электрический ток» и узнали об условиях существования электрического тока. Скажите:

-Что называют электрическим током?(Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц.)

-Что нужно создать в проводнике, чтобы в нём возник и существовал ток? (Электрическое поле.)

-Где, каким образом создаётся электрическое поле. (В источниках тока, в них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника тока. Если полюсы источника соединить проводником, то под действием электрического поля свободные заряженные частицы в проводнике начнут двигаться в определенном направлении, возникнет электрический ток. )

-Какие Виды источников тока вы знаете?

Учитель химии.

• Что такое ионы, какие бывают ионы. (Катионы-положительно заряженный ион(отдал электрон), анионы-отрицательно заряженный ион(принял электрон))

• Приведите примеры катионов и анионов (см таблицу растворимости).

3. Демонстрационный эксперимент. Учитель физики: ( На экране - схема электрической цепи). Подсоединим источник тока к угольным электродам. Погрузим электроды в дистиллированную воду, замкнём ключ. Лампа не загорается. Повторим опыт, опуская электроды поочерёдно в раствор глюкозы (лампа не горит), затем в раствор поваренной соли (лампа горит наиболее ярко). Почему разные жидкости по-разному проводят электрический ток?
4. Учитель химии: Ответить на этот вопрос нам помогут знания о физико-химических свойствах данных жидкостей. Все вещества в природе можно разделить на «Электролиты» и «Неэлектролиты» Электролиты – вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток стр 218 .(запись в тетради) К ним относят:
-Соли

-Щёлочи

-Кислоты
Неэлектролиты – вещества, растворы и расплавы которых не проводят электрический ток. стр 218.(запись в тетради). К ним относят:

-Оксиды

-Газы

-Осадки

-Спирт

-Глицерин
Что же происходит при расплавлении или растворении кислот, солей и щелочей, почему они становятся проводниками электрического тока? Учащиеся: Видимо при расплавлении или растворении кислот, солей и щелочей в них появляются свободные заряженные частицы.
^ Учитель химии: Правильно. При расплавлении или растворении кислот, солей и щелочей в них происходит распад молекул на положительные и отрицательные ионы. Этот процесс и называется электролитической диссоциацией. 
Уравнения диссоциации записываются так: (на экране появляются последовательно 3 типа уравнений):

NaCl = Na⁺ + Cl^- 
соль = катион металла + анион кислотного остатка

HCl = H⁺ + Cl^- 

кислота = катион водорода + анион кислотного остатка 

NaOH = Na⁺ + OH^- 

основание (щёлочь) = катион металла + гидроксид- анион 

5. Выступление учащегося.

В 1780 году итальянский ученый Луиджи Гальвани заметил, что электричество вызывает сокращение мышцы лапы лягушки. Дальнейшие исследования привели его к открытию замечательного факта – мышца лягушки сокращалась и без электрического воздействия извне, если мышцы и нервы соединялись разнородными металлическими предметами.

Итальянский ученый Алессандро Вольта обнаружил, что электричество возникает без использования тканей животных, если пластины из различных металлов поместить в сосуды с раствором соли или кислоты. В 1775 году Вольта опубликовал описание устройства, состоящего из пар медных и цинковых пластинок, разделенных кружочками ткани, смоченными проводящим раствором. Подобные устройства до сих пор по имени Гальвани называют гальваническими элементами.

6. Минутка отдыха.

На уроках мы говорим о познании природы. Но сегодня давайте познаем себя. Как мы воспринимаем окружающий мир? Как «художники» или как «мыслители»?

Встаньте, поднимите руки вверх, потянитесь.

Переплетите пальцы рук.

Посмотрите какой палец левой или правой руки оказался у вас вверху? Результат запомните «Л» или «П»

Скрестите руки на груди («поза Наполеона»). Какая рука сверху?

Поаплодируйте. Какая рука сверху?

У кого получился результат «ЛЛЛ» - «художники», а «ППП» - «мыслители».

У кого получились разные буквы – гармонично развитые личности, которым свойственно, как логическое, так и образное мышление. (слайд №5)

Вернёмся к теме сегодняшнего урока. Как она звучит?

7. Практическая работа по созданию гальванических элементов.

Класс делится на 4 группы, одна группа изготавливает гальванический элемент из лимона, вторая из яблок, третья из картофеля, четвёртая из солёных огурцов.

Ход работы:

1. Возьмите лимон(яблоко, картофель, огурец) и воткните в него медную пластину, а на расстоянии от неё кусочек оцинкованной пластины.

2. Соедините пластины последовательно .

3. Измерить вольтметром напряжение на своей батарейке. Результат записать в таблицу.

4. Повторить опыт с двумя, с тремя лимонами(яблоками, картофелем, огурцом).

5. Вместо вольтметра подсоединить светодиодную лампу повторить эксперимент.

6. Сделать выводы, оформить таблицу.

8.Закрепление материала.

Заполним таблицу на доске.

Учитель химии: В эксперименте мы с вами видели, что растворы разных веществ проводят ток по-разному. Это вызвано тем, что у разных веществ разная степень диссоциации.

Степень диссоциации показывает отношение числа диссоциировавших молекул к числу растворённых. Обозначается буквой альфа:
α ( альфа ) α = n_д/n_р
В зависимости от степени диссоциации электролиты бывают сильными и слабыми. 
α → 1 сильный электролит
α → 0 слабый электролит
Сильные электролиты:

• Соли

• Щёлочи

• Сильные кислоты: серная, соляная, азотная

Слабые электролиты:

• Вода

• Гидроксид аммония NH₄OH

• Слабые кислоты: сероводородная, сернистая, угольная, органические кислоты

Вывод: У ????? показания вольтметра больше, следовательно степень диссоциации больше.

Учитель физики: В быту часто применяют химические источники тока:

Батарейки- бывают нескольких видов («мизинчиковые», «пальчиковые», «крона», «бочка», «таблетка»):

- Неперезаряжаемые (одноразовые): угольно-цинковые (массовое производство, самый дешевый способ), щелочно-марганцевые (алкалиновые), пуговичные батарейки, литиевые. Составляют 75% от общего рынка батарей.

- Перезаряжаемые (многоразового использования): никель-кадмиевые, никель-металлгидпридные, литий-ионные, свинцово-кислотные. Представляют четвертую часть рынка портативных батареек.

Также существуют промышленные и автомобильные батарейки.

аккумуляторы- свинцовые-кислотные, железоникелевые (щёлочные).

Источники тока и экологические проблемы.(Выступает учащийся, получивший задание рассмотреть вопрос утилизации батареек).

По статистике, на одну выброшенную батарейку приходится 20 квадратных метров земли, загрязненных тяжелыми металлами или около 400 литров воды. Металлическое покрытие отработанных и выброшенных батареек разрушается, тяжелые металлы просачиваются в грунтовые воды и почву. Как следствие, отравляются животные и растения, которые попадают к нам на стол в виде пищи, и оказываясь в нашем организме отравляет нас.

Губительный эффект может стать очевидным для человека через несколько лет, поскольку тяжелые металлы начинают свое воздействие лишь достигая определенной концентрации – вызывают отравления, раковые заболевания и мутации. Например, кадмий поражает почки, печень, поджелудочную железу, блокирует работу некоторых важных для жизнедеятельности организма ферментов. Или ртуть – она коварна, так как действует бессимптомно. Необратимые процессы в организме начинаются незаметно.

Батарейки могут быть опасными по следующим причинам: токсичность содержащихся внутри металлов, способность отдельных видов батареек к самовзрыванию, утечка опасных веществ при механическом повреждении элементов питания.

Взорваться батарейки могут при взаимодействии с огнем или при попытке человека зарядить не перезаряжаемую батарейку. Взорвавшись, элемент питания может вызвать пожар, а при попадании на тело человека – химический ожог. Взрываться могут литиевые батарейки, поскольку для них существуют особые условия перезарядки, которые важно аккуратно соблюдать. Опасность утечки токсичных металлов существует в батарейках, содержащих ртуть, никель, кадмий, свинец. В зависимости от стандартов страны производителя на батарейках может быть написан состав или нет. Чаще всего информация отсутствует.

Учащийся выступает с предложением объявить по школе акцию по сбору отработанных батареек у завхоза школы.

Предлагает провести акцию по утилизации отработанных батареек. Название акции продумать дома и лучшее название будет взято за основу.

Приложение 1.

Практическая работа «Изготовление гальванического элемента»

Цель работы: Самостоятельно изготовить простейший гальванический элемент; соединить несколько элементов в батарею. Измерить напряжение.

Оборудование: 3 лимона(яблока, картошки, огурца); пластина медная; пластина цинковая, соединительные провода, вольтметр, светодиодная лампа.

Ход работы:

1. Возьмите лимон и воткните в него медную пластину, а на расстоянии от неё кусочек оцинкованной пластины.

2. Соедините пластины последовательно как показано на рисунке.

Zn Cu

1. Измерьте вольтметром напряжение на своей батарейке. Результат запишите в таблицу.

2. Повторите опыт с двумя, с тремя лимонами.

3. Вместо вольтметра подсоединит светодиодную лампу повторите эксперимент.

4. Сделайте вывод.

Химический источник тока.

Химические

источники тока

Цель урока : выяснить, какие условия необходимы для существования электрического тока

Задачи

Повторить основные

Соединить теорию

условия

с практикой

существования

электрического тока

Исследовать

различные виды

источников тока

Изучить понятие

Электролитической

диссоциации

• Что называют электрическим током
• Что нужно создать в проводнике, чтобы в нём возник и существовал ток?
• Где, каким образом создаётся электрическое поле.
• Какие Виды источников тока вы знаете?

Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц.

Для существования электрического тока необходимы следующие условия:

• наличие свободных электрических зарядов в проводнике; наличие внешнего электрического поля для проводника.
• наличие свободных электрических зарядов в проводнике;
• наличие внешнего электрического поля для проводника.

Устройства, разделяющие заряды, т.е. создающие электрическое поле, называют источниками тока .

Источник тока – это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.

Классификация источников тока

№

Виды источников

1.

Способ разделения зарядов

Механические

2.

Тепловые

3.

Название источников тока

Совершение механической работы

4.

Световые

Нагревание спаев

Электрофорная машина, генератор.

Термоэлемент.

Действие света

Химические

Фотоэлемент, солнечная батарея.

Химическая реакция

Гальванический элемент, аккумулятор, батареи.

Вещества

Электролиты

Неэлектролиты

Соли

Оксиды

Кислоты

Газы

Щёлочи

Осадки

Спирт

Глицерин

Электролитическая диссоциация

NaCl = Na +  + Cl -  

(соль = катион металла + анион кислотного остатка)

1

HCl = H +  + Cl -

кислота = катион водорода + анион кислотного остатка

3

NaOH = Na +  + OH -

основание (щёлочь) = катион металла + гидроксид- анион  

4

Алесандро Вольта (1745 - 1827) - итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель источника постоянного электрического тока.

Его первый источник тока – «вольтов столб».

У кого получился результат «ЛЛЛ» - «художники», а «ППП» - «мыслители».

У кого получились разные буквы – гармонично развитые личности, которым свойственно, как логическое, так и образное мышление.

10

Степень электролитической диссоциации

  Степень диссоциации это отношение количества вещества электролита, распавшегося на ионы( n д ), к общему количеству растворённого вещества( n р ).

α = n д /n р   α → 1 сильный электролит α → 0 слабый электролит

Электролиты

Сильные: α → 1

• Соли
• Щёлочи
• Сильные кислоты: серная, соляная, азотная

Слабые : α → 0

• Вода
• Гидроксид аммония NH 4 OH
• Слабые кислоты: сероводородная, сернистая, угольная, органические кислоты

Батарея (элемент питания)

Аккумулятор

Аккумулятор – химический источник тока многоразового действия. Существуют различные типы аккумуляторов: кислотные и щелочные.

Электрические аккумуляторы используются для накопления энергии и автономного питания различных потребителей.

Рефлексия

Продолжите фразу:

• Сегодня на уроке я узнал ….

• Теперь я могу …

• Было интересно…

• Знания, полученные сегодня на уроке, пригодятся…

Спасибо

за работу и внимание!

Конец урока