Електричний струм у рідинах та газах. Закон електролізу

Про матеріал

Урок вивчення нового матеріалу "Електричний струм у рідинах та газах. Закон електролізу"

Перегляд файлу

Учитель: Бутрим Т. А.

Тема уроку. Закони електролізу. Розв’язування задач

Мета: роз’яснити учням фізичну природу електропровідності рідких провідників, навчити учнів застосовувати закони електролізу Фарадея під час розв’язання задач. Розвивати уміння застосовувати вивчений матеріал при розв’язанні задач та у повсякденному житті. Виховати старанність, самостійність та відповідальність при виконанні завдань, поставлених вчителем.

Тип уроку: виклад нового матеріалу

Демонстрації: явище електролізу.

Обладнання: склянка з водним розчином сульфату міді (CuSO₄); мідні електроди; джерело постійного струму; ключ; з'єднувальні провідники; лампа.

Хід уроку

Організаційний етап ( привітання, перевірка присутніх)
Актуалізація опорних знань

Робота в парах

Гра «Чи знаєш ти формули?» ( учні працюючи в парах встановлюють відповідність між математичним змістом та назвою, почергово підбігають до дошки, де знаходяться формули, та вказують правильну назву,переміщаючи їх. Дають пояснення про зміст і застосування формули)

Напруга електричного поля

Робота струму

Сила струму

Закон Ома

Закон Джоуля-Ленца

Потужність струму

Електричний опір провідника

Фронтальне опитування

Що таке електричний струм? За яких умов він існує?
Які частинки проводять струм у рідинах?
Які речовини називають електролітами? Навести приклади.
Що таке електролітична дисоціація?

Мотивація навчальної діяльності

Діти, на вашу думку, де можна використати явище проходження електричного стуму у електролітах в побуті та техніці? (Міркування учнів)

Отже, сьогодні на уроці, ми повинні зрозуміти, де це ми можемо використати і дослідити закони проходження електричного струму в електролітах.

Розгортаємо наші робочі зошити та записуємо тему сьогоднішнього уроку “Електроліз. Закони електролізу. Розв’язування задач”

Вивчення нового матеріалу

Для цього розглянемо дослід по проходженні електричного струму у розчині мідного купоросу . Для цього нам необхідно скласти електричне коло (складемо коло за схемою рис.1). ( Картки із схемою кола знаходяться на кожній парті, один учень демонстративно складає електричне коло під керівництвом вчителя, а інші перевіряють правильність складання)

Рис.1.

В результаті електролітичної дисоціації CuSO₄ = Cu²⁺+ SO₄^2-. Позитивно заряджені іони міді під дією електричного струму будуть переміщуватися до катода, де отримають електрони і виділяться на ньому у вигляді нейтральних атомів міді (рис. 2.). Негативно заряджені іони під дією електричного поля перемістяться до анода, де віддадуть вільні електрони і також виділяться на ньому.

Розімкнемо коло. Висушимо електроди і розглянемо їх. Що ми побачимо?

Катод укрився тонким шаром міді. Отже, йони при проходженні електричного струму переносять на собі не тільки заряд, а речовину яка виділяється на електродах. Явище виділення речовини на електродах під дією електричного струму називають – електролізом.

Можемо зробити висновки, що один із прикладів використання проходження електричного струму є електроліз, це нанесення тонкого шару речовини на предмети.

Діти, на вашу думку від чого залежить маса перенесеної речовини, яка виділяється на катоді? ( Міркування учнів)

Як визначити масу чистої міді, яка виділилася на катоді?

(1)

- А ще як?

Масу одного іона Cu помножити на їхню кількість:

(2)

А як знайти масу одного іона Cu ?

- Потрібно молярну масу Cu поділити на число Авогадро:

(3)

і знайдений вираз підставити у формулу(2).

Як же знайти кількість іонів Cu в розчині під час проходження крізь нього електричного струму? Потрібно загальний заряд іонів поділити на заряд одного іона:

(4)

(5)

Знайдені вирази(3) і(5) підставимо у формулу(2).

- Ми отримали закон електролізу:

, (6)

де m₀ - маса одного атома, μ - молярна маса речовини.

Для кожного хімічного елемента можна у виразі (6) виділити сталу величину k, яку називають електрохімічним еквівалентом речовини:

, (7)

У СІ електрохімічний еквівалент вимірюють у кілограмах на кулон: [k] = кг/Кл.

Виходячи з цього можна записати, що

(8)

Маса речовини, яка виділяється на катоді за час t, пропорційна силі струму і часу. Це твердження, встановлене експериментально Фарадеєм (1831 р.), має назву першого закону Фарадея для електролізу.

Електрохімічний еквівалент речовини визначено для всіх хімічних елементів. Він є табличною величиною, але його не важко розрахувати:, де – хімічний еквівалент речовини. Добуток числа Авогадро на заряд електрона називають сталою Фарадея:

F = N_Ae = 6,02·10²³ 1/моль ×1,6·10^-19 Кл = 96500 Кл/моль.

Стала Фарадея дорівнює заряду, під час перенесення якого одновалентними іонами через розчин або розплав електроліту виділяється 1 моль речовини.

З цих міркувань вираз (4) набуде вигляду: (9)

Формула (9) виражає другий закон Фарадея для електролізу: електрохімічні еквіваленти різних речовин прямо пропорційні їх хімічним еквівалентам. Якщо у вираз (4) підставити співвідношення (7), то отримаємо об'єднаний закон Фарадея для електролізу:

Закріплення нових знань

Робота в групах ( Учні діляться на групи по4 учні, на партах знаходяться картки із якісною задачею, протягом 30 секунд діти обговорюють відповідь)

Якісна задача

Електричний струм пропускають через розчин мідного купоросу. Чи зміниться маса міді, Яка виділиться на електроді якщо…

Група 1: Збільшити напругу

Група 2: Долити електроліту

Група 3: Зблизити електроди

Група 4: Зменшити занурену частину катода

Група 5: Підвищити температуру електроліту

Якщо зміниться, то як? Думку обґрунтувати.

Обрахункові задачі

Група1: Під час проведення експерименту з визначення електрохімічного еквівалента міді протягом 18 хв пропускався електричний струм 10 А через розчин мідного купоросу. За час досліду маса катода збільшилася на 3, 2 г. Яке значення електрохімічного еквіваленту було отримано?

Група 2: Визначте масу міді, яка виділилася на катоді під час електролізу розчину мідного купоросу за 1 год, якщо до електроліту підведена напругу 36 В, а опір ванни 4,5 Ом. ( k=0,33* кг\Кл)

Група 3: Під час електролізу виділилося 128 г міді. Визначте витрачену роботу, якщо напруга на електролітичній ванні становила 5 В. ( k=0,33* кг\Кл)

Група 4:

Скільки часу потрібно для нікелювання металевого виробу площею поверхні 0,012 , якщо товщина покриття повинна бути 0,03 мм? Сила струму під час електролізу дорівнює 0,5 А. ( густина нікелю 8900