Разработка урока по физике 'Электрический ток в жидкостях'

ОГАПОУ «БЕЛГОРОДСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

Методическая разработка

урока на тему:

Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза.

Выполнила:

преподаватель (высшей категории)

Лукинова Л.П.

БЕЛГОРОД

2015

- 1 -

Цели урока: 1) Разъяснить физическую сущность электропроводимости жидких проводников (электролитов); изучить процессы электролитической диссоциации и электролиза, понятия электролитов; познакомиться с применением электролиза; изучить закон электролиза Фарадея; научить учащихся применять формулу закона электролиза при решении расчетных задач.

2) Научить студентов глубже разбираться в физических явлениях и уметь их объяснять и применять на практике, развивать у них логическое мышление и сообразительность.

3) Воспитывать внимательность, интерес к предмету через информационно-компьютерные технологии, через связь с наукой и техникой.

Задачи урока: Продолжить изучение темы: электрический ток в различных средах. Уметь выделять главное, вести записи и применять полученные знания.

Тип урока: Изучение нового материала.

Виды урока: рассказ с элементами беседы, самостоятельная работа с дополнительной литературой и материалами интернета.

Методы: словесные, наглядные с использование ПК, практические.

Оборудование: источник тока, амперметр, раствор медного купороса, дистиллированная вода, электроды, соединительные провода, ключ; сборники задач.

Литература: учебник «Физика 10», справочник по физике и технике, задачник по физике 10-11, журнал «Физика в школе» №2, 2009 г

.

План урока

I Организационная часть - 1 мин.

(готовность к уроку, наличие тетрадей, сборников задач, ручек).

II Повторение пройденного материала (сл №1). (7 мин)

Преподаватель: Мы продолжаем изучать тему «Электрический ток в различных средах». И для начала повторим некоторые моменты из изученного материала, необходимые для дальнейшего изучения этой темы.

Что называют электрическим током?

Ученик: Электрическим током называют направленное движение заряженных частиц.

Преподаватель: Каковы условия существования электрического тока?

Ученик: Наличие заряженных частиц и электрического поля.

Преподаватель: Перечислите среды для электрического тока, которые мы изучили.

Ученик: Металлы, полупроводники, вакуум.

Преподаватель: Какова проводимость металлов?

-2-

Ученик: Электронная.

Преподаватель: Какова проводимость полупроводников?

Ученик: Электронно-дырочная.

Преподаватель: Какие еще вы знаете проводники электрического тока?

Ученик: Жидкие.

III Изучение нового материала. 30 мин.

Преподаватель: Действительно есть еще и жидкие проводники и сегодня мы с ними познакомимся. Итак, запишите в тетрадях тему сегодняшнего урока: «Электрический ток в жидкостях» (сл. №2).

А сейчас сформулируем цели сегодняшнего урока (сл. №3)
-выяснить физическую сущность электропроводимости жидких проводников (электролитов)
- изучить процессы электролитической диссоциации и электролиза, понятия электролитов
-изучить закон электролиза Фарадея
-познакомиться с применением электролиза

С электропроводностью растворов солей в воде (электролитов) связано очень многое в нашей жизни. С первого удара сердца («живое» электричество в теле человека, на 80% состоящем из воды) до автомобилей на улице, плееров и мобильных телефонов (неотъемлемой частью этих устройств являются «батарейки» - электрохимические элементы питания и различные аккумуляторы - от свинцово-кислотных в автомобилях до литий-полимерных в самых дорогих мобильных телефонах). В огромных, дымящихся ядовитыми парами чанах из расплавленного, при огромной температуре боксита, электролизом получают алюминий - «крылатый» металл для самолётов. Все вокруг сталкивалось с раствором или расплавом солей, а, следовательно, и с электротоком в жидкостях. Не зря это явление изучает целая наука - электрохимия (сл.№4)

Преподаватель: На какие группы по электропроводности делятся вещества?
Ученик: - Проводники, диэлектрики и полупроводники.
Преподаватель: Действительно жидкости, как и твердые тела, могут быть проводниками, диэлектриками и полупроводниками.
Проводят электрический ток растворы солей, щелочей, кислот.

Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами (сл. 5).

Растворы сахара, спирта, глюкозы и некоторых других веществ не проводят электрический ток - диэлектрики. Жидкие полупроводниками являются расплавленный селен, расплавы сульфитов и др.

К какой группе относится вода?
Ученик: - К диэлектрикам.
Преподаватель: Это значит, что дистиллированная вода электрический ток не проводит. Проверим этот вывод на опыте. Соберем электрическую цепь по схеме (сл.№6)
-3-


Преподаватель: О чем говорят результаты опыта?
Ученик: Так как мы видим, что лампочка не горит, то есть между двумя электродами разрыв цепи, а значит вода - диэлектрик.
Преподаватель: А сейчас изменим опыт, добавив в воду медного купороса. Объясните результаты опыта.

Ученик: Таким образом, вода с добавлением CuSO₄ проводит электрический ток, то в ней появились носители электрического тока.

Преподаватель: Откуда появились? Какие частицы? Чтобы ответить на эти вопросы, посмотрим видеосюжет (используется ПК)

Преподаватель: Посмотрев видеосюжет, мы сможем ответить на поставленные ранее вопросы.

Откуда появились носители электрического тока и за счет какого процесса?

Ученик: За счет распада молекул на ионы под действием молекул воды (сл. № 7)

Преподаватель: Действительно, этот процесс называется электролитической диссоциацией (сл. № 8)

-4-
Преподаватель: Запишите определение электролитической диссоциации (запись в тетрадях с использованием сл. № 8).

Упорядоченное движение заряженных частиц называется

электрическим током. В металлах заряженные частицы - электроны. На основании проведенного опыта: через раствор идет ток. Какие же заряженные частицы есть в растворе? Какова проводимость электролитов? Посмотрим видеосюжет, который поможет дать ответ на этот вопрос (используется ПК).
Ученик: Ионная.

Преподаватель: Действительно, ионная, а в жидких металлах электронная.

При ионной проводимости прохождение тока связано с переносом вещества. На электродах происходит выделение веществ, входящих в состав электролитов. На аноде отрицательно заряженные ионы отдают свои лишние электроны (в химии это называется окислительной реакцией), а на катоде положительные ионы получают недостающие электроны (восстановительная реакция). Этот процесс называется электролизом (сл. № 9, видеосюжет, эксперимент).

Электролиз - процесс выделения на электроде вещества, связанный с

окислительно-восстановительными реакциями (сл. № 10).

Преподаватель: Электролиз широко применяется в технике для различных целей. Эта часть материала была дана для самостоятельного чтения. И так, где используется электролиз?

Ученик: Электролитический метод используется для получения чистых металлов. Хорошим примером является электролитическое промышленное получение алюминия. Для этого в качестве электролита используют Al2O3 растворенный в расплавленном криолите (Na3AlF6) при температуре 950 С. Раствор помещают в специальные электролитические ванны, где стенки и дно, выложенные графитом, используются в качестве катода, а погруженные в электролит угольные блоки система анодов. В процессе пропускания тока на катоде выделяется чистый алюминий (сл.11,12).

-5-

Аналогично (аффинаж) очищают и драгоценные металлы (золото, серебро - сл.13).

Преподаватель: Посредством электролиза можно покрыть предметы слоем того или иного металла. Этот процесс называется гальваностегией.

Ученик: Изделие, которое хотят покрыть слоем металла, опускают в ванну в качестве катода. В ванне раствор электролита, который содержит нужный металл. Пластина из этого же металла - анод. В процессе пропускания тока

через раствор нужный металл выделяется на катоде (изделии), а пластинка (анод) постепенно растворяется (сл.14).

Гальваностегия используется для защиты металлических изделий от коррозии. Гальваностегию активно используют в ювелирном деле, ведь именно с помощью этой технологии наводят позолоту на изделия.

На схеме раствор AgNO3, катод - изделие, анод - серебренная пластина.

Под действием электролиза серебро оседает на поверхности изделия (15).

Гальваностегия (никелирование, хромирование, золочение) применяют с эстетической целью и для защиты от коррозии (сл.16).

Преподаватель: С помощью электролиза можно получить точную копию рельефной поверхности (сл.17).

-6-

Ученик: Также с помощью электролиза можно изготовить рельефные металлические копии изделий (например, монет, медалей). Этот процесс был изобретен русским физиком и электротехником Борисом Семеновичем Якоби в сороковых годах XIX века и называется гальванопластикой. Для изготовления рельефной копии предмета сначала делают слепок из какого-либо пластичного материала, например из воска. Этот слепок натирают графитом и погружают в электролитическую ванну в качестве катода, где на нём и осаждается слой металла. Это применяется в полиграфии при изготовлении печатных форм (сл.18).

Если нужно получить точную копию изделия, то сначала надо

из пластичного материала (воска) сделать слепок изделия, а потом покрыть его поверхность графитом. После слепок помещают в ванну с электролитом в качестве катода. Пластина нужного металла - анод. Во время прохождения

тока толстый слой металла покрывает слепок. После слепок отделяют от металла и получают точную копию изделия (сл. 19).

На схеме 1 - слепок (катод), 2 - пластина металла (анод). Растворенный

электролит содержит нужный металл, в данном случае - серебро.

Фигуры, украшающие Исаакиевский собор Санкт-Петербурга, получены методом гальванопластики (сл.20)

Кроме указанных выше, электролиз нашел применение

и в других областях (сл.21):

• получение оксидных защитных пленок на металлах (анодирование);

• электрохимическая обработка поверхности металлического изделия (полировка);

• электрохимическое окрашивание металлов (например, меди, латуни, цинка, хрома и др.);

-7-

• очистка воды - удаление из нее растворимых примесей. В результате получается так называемая мягкая вода (по своим свойствам приближающаяся к дистиллированной);

• электрохимическая заточка режущих инструментов (например, хирургических ножей, бритв и т.д.).

Преподаватель: Физик Майкл Фарадей подробно изучил явление электролиза и пришел к выводу, что масса выделяющегося на электроде вещества прямо пропорциональна силе тока (I) и времени (t). Этот закон был назван первым законом Фарадея (сл.22, 23).

m=k I t

т.к. q = I t , то

m= k q

Где k - электрохимический эквивалент вещества. k равно массе вещества, которая выделяется на электроде за 1с при силе тока 1А. Это постоянное табличное значение отличное для каждого вещества (сборники задач: табл. №10, стр. 167).

-8-

IV.Закрепление материала. (5 мин.)

- Тест по теме "Электрический ток в жидкостях" (сл.24, 25).

1. Какова физическая природа электропроводности в электролитах?

1. Ионная. 2. Электронная. 3. Смешанная (электронно-ионная).

2. Электролитической диссоциацией называется...

1. образование положительных и отрицательных ионов при растворении веществ в жидкости.

2. процесс выделения на электродах веществ, входящих в состав электролита.

3. объединение ионов разных знаков в нейтральные молекулы.

3. Электролизом называется ...

1. процесс выделения на электродах веществ, входящих в состав электролита.

2. объединение ионов разных знаков в нейтральные молекулы.

3. образование положительных и отрицательных ионов при растворении веществ в жидкости.

4. Согласно первому закону Фарадея масса вещества, выделившегося при электролизе...

1. пропорциональна величине заряда, прошедшего через электролит, и зависит от сорта вещества.

2. зависит только от силы тока, идущего через электролит, и от сорта вещества.

3. зависит только от сорта вещества и времени электролиза.

5. При электролизе металл всегда оседает на...

1. катоде 2. аноде.

6. Формула первого закона Фарадея для электролиза

1. m=Ikt 2. k=mIt 3. I=mkt 4. t=mIk

-9-

- Решить задачу: При электролитическом способе получения алюминия используются ванны, работающие под напряжение 5 В при силе тока 40 кА. Сколько времени потребуется для получения 1 т алюминия?

V. Итоги урока. (1 мин)

- Оценки с комментариями

- Вывод по уроку.

- Д\задание: прочитать § 122,123; выучить основные определения и законы;

решить задачу: Упр. 20 №4 (сл.26).

Литература:.
1. «Я иду на урок физики», книга для учителя - Москва «Первое сентября», 2012 г.
2. Материал электронных учебников: «Образование» 1СД for windows

Дрофа «Физикон»

3. Журнал «Физика в школе» №2, 2009 г

4. Справочник по физике и технике, задачник по физике 10-11кл.

5. Электронный журнал «Первое сентября», №3 2012г.