Интегрированный урок по теме 'Электролиз' 11 класс

Интегрированный урок по химии и физике по теме

« Электрический ток в жидкостях . Закон электролиза.»

Девиз: « Различными средствами можно достичь одного и того же» ( М. Монтель)

Цели :

• формирование понятия электролиз в физическом и химическом смысле, закона электролиза Фарадея;

• развитие логического мышления посредством анализа, сравнения, обобщения изучаемого материала;

• повышение интереса к предметам физике и химии через практическое применение электролиза в жизни человека.

Задачи :

• актуализировать знания учащихся о проводимости веществ через демонстрационные опыты;

• ввести новые понятия:

  • электролиз в физическом и химическом смысле;

  • закон электролиза Фарадея;

  • электрохимический эквивалент;

  • число Фарадея;

• познакомить с правилами анодных и катодных процессов при составлении схемы электролиза;

• подвести учащихся к математической записи I закона электролиза Фарадея, через выполнение виртуального эксперимента;

• обобщить данные этого эксперимента и сделать выводы;

• ввести количественный закон электролиза Фарадея;

• познакомить учащихся с областью применения электролиза - электрометаллургией;

• подведение итогов урока, рефлексия.

Оборудование:

• ТСО, слайды "Механизм растворения хлорида натрия".

• Анимация"Получение алюминия электролизом".

• Сосуд-электролизер U-образный.

• Прибор для опытов с электрическим током.

Реактивы:

кристаллический хлорид натрия, дистиллированная вода, , иодид калия ,фенолфталеин, раствор крахмала

Метод:

• Наглядные (демонстрационные опыты, анимация процесса диссоциации и технологического процесса получения алюминия);

• Практические (виртуальный эксперимент «Исследование электролиза» - автор Рахимжанова З.Т.);

• Объяснительно-иллюстративные;

Тип урока - интегрированный (изучение нового материала)

Средства обучения:

• Предметные (раздаточный материал -опорный конспект урока( Приложение 1,2), реактивы для опытов);

• Технические (компьютеры, мультимедийный проектор, электролизер, выпрямитель, лампа, соединительные провода);

• Интеллектуальные (сравнение, выделение главного, анализ).

ХОД УРОКА

1. 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 дист. 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.)

II. Изучение нового материала.

Учитель химии:

Тема нашего урока « Электрический ток в жидкостях . Закон электролиза.» (записать в тетрадь)

Цели нашего урока: познакомиться с новым понятием - электролиз, вывести закон электролиза Фарадея, сравнить эти понятия с точки зрения физики и химии.

- откуда же в растворе появились заряженные частицы?

Рассмотрим механизм образования ионов в растворе ( демонстрация видеоролика « 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 дисстилированная 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 Анионы

положительно отрицательно

заряженные частицы заряженные частицы

Cu²⁺Ag⁺SO₄ ^2-NO₃^-

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.

Учитель химии: (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⁺ ОН^-

2 Н⁺ + 2 е = Н⁰₂2 I^- -2 е = I₂

суммарное уравнение

KI + 2 Н₂ О = Н⁰₂^↑ + I₂ + 2KОН

Учитель химии: 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 :

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

2. Во вторую очередь разряжаются гидроксид ионы : 4 ОН^- - 4е →О₂ +2 Н₂О

3. В растворе не разряжаются анионы кислородосодержащих кислотных остатков и F^-

Правила катодных процессов:

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

2. Во вторую очередь разряжаются катионы водорода 2 Н⁺ + 2 е → Н₂ Одновременно с катионами металла , стоящих в ряду напряжения металлов от алюминия до водорода.

3. 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.

Учитель физики:

Выполнение виртуального исследования зависимости массы вещества, выделяющегося на катоде от времени и силы тока с помощью электронного учебника ( работа в группах)

Результаты виртуального исследования обсуждаются учителем совместно с детьми:

Закон электролиза

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

k - электрохимический эквивалент.

Электрохимический эквивалент

Решение качественной задачи устно.

Учитель вводит понятие электролиза:

Учитель физики: класс предварительно разбит на четыре группы. Каждая группа получает индивидуальное задание на карточках :

1. Электролиз раствора сульфата железа( II) , Проделайте опыт: налейте в стакан раствор сульфата меди до метки , взвести электроды на весах, опустите электроды в раствор , подключите в сеть . Необходимо пропускать электрический ток в течении 2 минут ( засеките время на секундомере), затем вынуть электрод и подсушить на плитке , заранее прогретой , взвесьте электрод на котором выделился металл на электронных весах. Полученные данные занесите в таблицу:

Электролиз водного раствора сульфата меди ( II)

Схема электролиза

сульфата меди ( II)

Вес электрода

до опыта

Вес электрода после опыта

Итак, при электролизе на катодах происходит выделение вещества. От чего зависит масса вещества, выделяющегося за определенный промежуток времени? Масса вещества, выделившегося на электроде равна:

m = m_oi • Ni ,

где m_oi - масса одного иона,
N_i - число ионов, достигших электродов.

Из курса физики и химии мы уже энаем:

m_oi = M/N_А,

где М - малярная масса, N_А - число Авогадро.

Ni = q/q_oi, но q_oi = n · e , q = I • t,

где n - валентность,
е - заряд электрона,
I - сила тока,
t - время

Получаем m = M/NA · I t / n · e , или m = M/NA· n • e • I t

Если введем постоянную k = M/NA· n • e , то получаем m = k• I t ,

где k - электрохимический эквивалент вещества, коэффициент пропорциональности, зависящий от природы вещества.

Вывод: масса вещества, выделившегося на электроде за время t при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока и времени. Это утверждение, полученное нами теоретически, впервые было установлено экспериментально Фарадеем, носит название закона электролиза Фарадея.

Учитель химии:

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

2. 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".

III. Домашнее задание. Подготовить сообщение по теме «Применение электролиза в различных сферах деятельности человека»

IV. Рефлексия . вспомним основные понятия , которые мы рассмотрели на уроке с помощью кроссворда

Учитель химии и физики : 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.