Тема: Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів.

9 клас

 

Урок

 

Тема:    Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів.

 

 

Мета:  пояснити природу електричного струму в розчинах і розплавах

             електролітів, показати практичне застосування електролізу, спостерігати

             явища, викликані електричним струмом у різних середовищах.

 

 

Тип уроку: засвоєння нових знань.

 

Обладнання:  інтерактивна дошка, БЕН, презентація до уроку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Хід уроку.

 

 

1.   Організаційний момент.

 

 

2.   Актуалізація опорних знань.  

 

 

3.   Вивчення нового матеріалу.

 

 

1. Знайомимося з електролітами

Чи проводять рідини електричний струм? Розглянемо дослід. У посудину з дистильованою водою опустимо два електроди. Збере­мо коло із джерела струму, ключа, лампочки та чутливого ампер­метра. Якщо замкнути коло, то стрілка амперметра не відхилиться. Це означає, що дистильована вода не містить вільних носіїв заряду й у колі немає струму.

У такий же спосіб можна переконатися, що суха кам’яна сіль так само є діелектриком.

А тепер «об’єднаємо» ці два діелектрики: насиплемо у посуди­ну з водою дві-три ложки кам’яної солі. Ми побачимо, що лампоч­ка загориться, причому в міру розчинення солі розжарення лампи збільшується.

 

 

 

        Цей дослід доводить, що підсолена вода є провідником, причо­му носії заряду з’являються під час розчинення солі у воді.

         За допомогою подібних дослідів можна визначити, що прак­тично усі водні розчини солей, кислот і лугів є провідниками елек­тричного струму.

 

• Електролітами називаються речовини, розчини яких прово­дять електричний струм.

 

Чим же обумовлюється провідність електролітів?

 

 

 

2.   Електричний струм в електролітах

 

Молекули солей, кислот і лугів утворені позитивними й нега­тивними йонами, що утримуються силами електростатичного при­тягування. Наприклад, у молекулах кам’яної солі NaCl позитивно заряджений іон натрію Na+ притягується до негативного йона хло­ру Cl−. У водяному розчині молекули води послаблюють зв’язок між іонами:

 

 

 

 

        При зіткненнях, обумовлених тепловим рухом, молекула роз­падається на позитивні й негативні йони, що стають носіями заря­ду в електроліті.

        Таким чином, носіями заряду в електролітах є йони, тобто елек­троліти мають іонну провідність.

 

• Розпад молекул на йони називають електролітичною дисоціацією.

 

        Зі збільшенням температури ступінь дисоціації зростає, а, отже, збільшується концентрація позитивно і негативно заряджених іонів.

 

       У розчині може відбуватися також процес, що називається ре­комбінацією.

 

• Рекомбінація — процес з’єднання йонів у нейтральні молекули.

 

        Між процесами електролітичної дисоціації й рекомбінації йонів за незмінних умов установлюється динамічна рівновага, за якої чис­ло молекул, що розпадаються на йони за одиницю часу, дорівнює числу пар іонів, що за цей час з’єднуються в нейтральні молекули.

         Іони в електролітах рухаються хаотично доти, поки в рідину не опускаються електроди. Тоді на хаотичний рух іонів накладається їхній упорядкований рух до відповідних електродів, і в рідині ви­никає електричний струм.

        За йонної провідності проходження струму пов’язане з перено­сом речовини. На електродах відбувається виділення речовин, що входять до складу електролітів.

 

• Процес виділення речовини на електродах при проходженні елек­тричного струму через електроліт називають електролізом.

 

        На аноді негативно заряджені йони віддають свої зайві електрони (у хімії цей процес називається окисною реакцією), а на катоді позитив­ні йони одержують електрони, яких не вистачає (відновна реакція).

 

3. Закон Фарадея

 

         Кожний іон, що в процесі електролізу нейтралізується на елек­троді й виділяється на ньому у вигляді нейтрального атома, має визначену масу. Але водночас він переносить через електроліт ви­значений заряд. Тому і маса речовини, що виділилася, і кількість електрики, що пройшла, пропорційні числу йонів, що підходять до даного електроду.

         Кількісно закон електролізу був установлений дослідним шля­хом Майклом Фарадеєм у першій половині ХІХ сторіччя. Фарадей виявив, що

 

•                                                                                                                                    маса речовини, яка виділилась на електроді при проходженні електричного струму, пропорційна заряду, що пройшов через електроліт.

 

 m = kq. 

Оскільки q=It,

 де I — сила струму,

 t — час проходження струму, то

m = k • I • t

 

Сталу k називають електрохімічним еквівалентом речовини.

Зміст цього коефіцієнта можна з’ясувати з виразу:

 

k = m / q

 

• Електрохімічний еквівалент чисельно дорівнює масі речовини в кг, що виділяється при проходженні 1 Кл електрики.

 

     Як бачимо, електрохімічні еквіваленти неоднакові не тільки для різних речовин, але й для тієї самої речовини в різних сполу­ках, у яких вона має різну валентність (наприклад, CuCl і CuSO4).

 

 

 

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

 

? Що являє собою електричний струм у рідинах?

? Які речовини є електролітами? Наведіть приклади.

? Чи відбувається дисоціація в розчині, у якому немає електрич­ного струму?

? Яка умова необхідна для виникнення спрямованого руху йонів у електроліті?

 

Закріплення вивченого матеріалу

 

1. Якісні питання

 

1. Які речовини є електролітами? Чому електроліт загалом елек­тронейтральний?

2. Що являє собою електричний струм в електролітах?

3. Якими діями супроводжується проходження струму через електроліти?

4. Чому при проходженні струму через розчин електроліту відбу­вається перенос речовини, а при проходженні через металевий провідник перенос речовини не відбувається?

 

2. Навчаємося розв’язувати задачі

 

1.                                                                                                                                  Виразіть електрохімічний еквівалент речовини через масу й за­ряд іона цієї речовини.

 

Розв’язок.

 

     Маса m речовини, що виділилася на електроді, пов’язана з масою m0 одного йона і числом іонів N, які досягли електрода, співвідношенням

m = N m0.

    Заряд q, перенесений іона­ми, виразимо через кількість іонів N і заряд одного йона en, де е — модуль заряду електрона, а n — число зайвих (або тих, що не вистачає) електронів в іона (його валентність). Таким чином, одер­жуємо

q = Ne n.

 

     Таким чином, електрохімічний еквівалент дорів­нює

 

k = m /q =  m0  / e n

 

 

 

2. За якої сили струму проводився електроліз розчину CuSO4,якщо за 25 хв на катоді виділилося 2 г міді? (Відповідь: 4 А.)

 

 

3. У процесі електролізу з водного розчину срібної солі виділи­лося 500 мг срібла. Який заряд пройшов через електролітичну ванну? (Відповідь: 450 Кл.)

 

 

Що ми дізналися на уроці

 

• Електролітами називаються речовини, розчини яких прово­дять електричний струм.
• Розпад молекул на йони називають електролітичною дисоці­ацією.
• Рекомбінація — процес з’єднання йонів у нейтральні молекули.
• Процес виділення речовини на електродах під час проходження електричного струму через електроліт називають електролізом.
• Маса речовини, що виділилась на електроді при проходженні електричного струму, пропорційна заряду, що пройшов через електроліт.

m = k q

• Електрохімічний еквівалент чисельно дорівнює масі речовини в кг, що виділяється при проходженні 1 Кл електрики.

 

 

Домашнє завдання