Урок на тему "Електричний струм в розчинах і розплавах електролітів. Закони електролізу.

Тема уроку .   Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів. Електроліз та його закони.

Мета уроку:    поглибити поняття електролітичної дисоціації, вивчити природу електричного струму в розчинах і розплавах електролітів та процесу електролізу, з'ясувати фізичний зміст законів електролізу Фарадея, поняття електрохімічного еквіваленту речовини; розвивати в учнів уміння і наполегливість у розв’язанні поставленої проблеми, у досягненні поставлених завдань; виховати в учнів самостійність і наполегливість у навчанні.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Зміст і методи роботи .

І. Організаційна частина

ІІ. Актуалізація опорних знань. Методом фронтальної бесіди поновити в пам’яті учнів знання про електричний струм; умови,  необхідні для виникнення електричного струму; провідники і діелектрики; види середовищ; носії електричного заряду в металах, вакуумі.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу. Створення проблемної ситуації за допомогою демонстраційних дослідів. Повідомлення теми, мети уроку , мотивації учня.

Пояснення нового матеріалу: електроліти; електролітична дисоціація, динамічна рівновага в електролітах; носії зарядів в електролітах; електроліз; закони електролізу; опір розчинів електролітів. Новий матеріал вивчають методом евристичної бесіди з опорою на фізичний експеримент.

ІV. Закріплення знань. Самостійна робота.

Розв’язування задач.

V. Підсумок уроку.

Повідомлення оцінок за урок. Загальна оцінка роботи групи.

Пояснення вчителя щодо домашнього завдання .

Унаочнення.  Порівняння електропровідностей води і розчину солі або кислоти, електроліз розчину мідного купоросу; таблиця електрохімічних еквівалентів різних речовин; опорні конспекти; завдання для самостійної роботи; збірники задач.

І. Організаційна частина .

ІІ. Актуалізація опорних знань

У формі фронтальної бесіди відновлюють опорні знання учнів:

електричний струм; умови  , необхідні для існування електричного струму;

провідники і діелектрики ; носії електричного заряду; види середовищ; носії електричного заряду в металах, вакуумі.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу .

1. Створення проблемної ситуації за допомогою демонстраційних дослідів.

Вивчення матеріалу доцільно почати із запитання: Як ви  вважаєте, чи світитиметься лампочка, ввімкнена в електричне коло, якщо електроди опустити в дистильовану воду ?

Потім демонструємо дослід: сполучаємо послідовно з електричною лампочкою посудину, в якій є дистильована вода і два вугільні електроди, вимикач, джерело постійного струму (вугільні електроди перед дослідом слід старанно зачистити наждачним папером і промити дистильованою водою).

Замкнувши коло, виявляємо що лампочка не світиться. З’єднавши електроди провідником, переконуємося, що в колі є напруга. Отже, можна зробити висновок, що дистильована вода не проводить електричного струму.

Далі знову звертаємося до учнів з запитанням:

Чи світитиметься лампочка , якщо у воду додати сіль або кислоту ?

Вислухавши відповіді учнів, демонструють електропровідність розчину кухонної солі.

Додаємо до води трохи кухонної солі,  лампочка починає світитися, причому її яскравість збільшується, по мірі додавання кухонної солі, тобто провідність розчину сірчаної кислоти залежить від його концентрації :

             Отже дистильована вода не є провідником, а розчин кухонної солі у воді – провідник.

 Як це пояснити ? Як з’явились заряджені частинки ? Що вони собою являють? (лампочка засвітилася, значить у розчині з’явились заряджені частини)

        Формують проблему: Чому ж дві речовини – діелектрики будучи розчиненими одна в одній , проводять електричний стум? (Учні висувають гіпотези)

2. Повідомлення теми і завдання уроку. Пояснення нового матеріалу.      Причини дисоціації електролітів у воді ( чи іншому розчиннику ) пояснюють   за підручником, використовуючи мал. 197 ( параграф 88, Гончаренко, фізика 10 кл.) на приладі молекула Na Cl.

Пояснення ведуть у вигляді бесіди, звертаючись до учнів із запитанням: з чого складається молекула NaCl; що означає, що молекула полярна; учні пригадують закон Кулона.

Увагу учнів слід звернути на те, чому саме водні розчини особливо добре проводять електрику.

До електролітів належать речовини, молекули яких побудовані з позитивно і негативно заряджених атомів, стриманих силою електричної взаємодії. Проте сила взаємодії між двома зарядами в середовищі з електричною проникністю ԑ, згідно закону Кулона зменшується в ԑ разів. Тому в розчиннику з великою діелектричною сталою (у води ԑ = 81) сили, які стримують іони значно зменшуються. Молекули з таких слабо зв’язаних йонів під впливом безперервних теплових співударів «розбиваються» на заряджені частинки – йони.

Учням треба показати, що дисоціюють не всі речовини, розчиняючись у певній рідині. Можна звертаючись до учнів із запитанням:

Чи усі речовини, розчиняючись у воді, будуть дисоціювати? Чому водний розчин цукру не проводить не поводить струм?

Демонструють дослід, використовуючи попередню установку, тільки замість солі розчиняють цукор і спостерігають за лампочкою.

Заслуховуючи пояснення учнів, слід ще раз підкреслити , що для дисоціації необхідно особливі властивості розчинника і полярність молекул розчиненої речовини.

Димоціацію солі можна викликати без розчинника – сильним нагріванням. При нагріванні молекули солей, що складаються з іонів, можуть дисоціювати на окремі іони, тому розплави солей є теж провідниками струму

Далі пропонуємо учням написати рівняння:

     H₂SO₄ 2H⁺  +  SO₄^-

     NaCl  Na⁺  +  Cl^-

     CuSO₄    Cu²⁺  +  SO₄^-

Потім переходимо до пояснення електролізу, тобто явища, які відбуваються на електродах при пропусканні електричного струму через розчин або розплав електроліту. Демонструємо електроліз розчину мідного купоросу.

Звертаємо увагу учнів на те, що метали завжди виділяються на катоді.

Оскільки виділення речовини на електролізі зумовлене нейтралізацію іонів на електродах, поміж масою виділення речовини на електролізі зумовлена нейтралізацію йонів на електродах,поміж масою виділеної речовини та зарядом,що пройшов через розчин, повинна існувати певна залежність, яка вперше була встановлена Фарадеєм.

Перший закон Фарадея: маса речовини, яка виділяється на одну електроді, пропорційна кількості електрики яка проходить через електроліт:

                                                       m = kq

k- електрохімічний еквівалент речовини (чисельно дорівнює масі речовини, яка виділяється на електроді при проходженні одиниці заряду):

                                             q = It , m = kIt .

Електрохімічні еквіваленти різних речовин дуже істотно відрізняються один від одного. Від яких же властивостей речовини залежить величина її електрохімічного еквівалента?

Відповідь на це запитання дає такий важливий закон, який так само встановив Фарадей на досліді.

Другий закон Фарадея: електрохімічний еквівалент речовини прямо пропорційний молярній мамі речовини і обернено пропорційний валентності .

                                                           k =

F=9,6·10⁴ кг/ моль – стала Фарадея.

Далі пояснюють залежність опору розчинів електролітів від температури, порівнюють цю залежність для металів.

IV Закріплення знань

1. Самостійна робота ( 4 варіанти ). Учні отримують картки з завданнями і картки для відповідей.

Після закінчення роботи на дошці записують правильні відповіді, учні перевіряють кожен свою роботу.

2. Розв’язування задач.

Щоб покрити цинком металеві вирази, в електролітичну ванну вставили цинковий електрод масою 10 г. Який заряд має пройти через ванну, щоб витратився весь електрод?

При силі струму 1,6 А на катоді електролітичної ванни за 10 хв відклалась мідь масою 0,316 г. Визначити електрохімічний еквівалент міді за результатами досліду. ( З.В.Дубас. Дидактичний матеріал з фізики )

V. Підсумок уроку.

Наголошують, що учні повинні знати, що називається електрохімічною дисоціацією, ступенем дисоціації, що таке електроліт, електроліз, закони електролізу, фізичний зміст електрохімічного еквівалента.

Учні повинні вміти застосовувати вивчений матеріал для розв’язування якісних і кількісних задач.

Можна прочитати учня вірш О.Бондаренка «Електроліз»

VI. Завдання додому:

Підготувати повідомлення на тему:

1. Гальванопластика.

2. Гальваностегія.

3. Електрометалургія.

4.Очищення ( рафінування ) металів

О.Бондаренко

Електроліз

Нема давно нових ідей

Про струм в електроліті,

Бо їх давно подав ще Фарадей

В минулому столітті.

Він перший ввів слова

«анод», «катод», «іони»

І електролізу аж два

Відкрив свої закони.

Хоч солі різні, та завжди

В них спільна є ознака:

Дають попавши до води,

Іони різних знаків,

Така ж властивість кислоти,

Така ж молекул лугу,

А як до ванни підвести

До джерела напругу.

Тоді іони, як в строю,

Йдуть в електричнім полі,

І кожний порцію свою

Несе заряду в колі.

До електродів підійдуть,

На них осядуть сходу,

Заряд негайно віддадуть

Аноду чи катоду.

І в тім немає дивини,

Що пропорційна маса

Осілої речовини

До сили струму й часу.

Отож, як бачимо, ясна

І мудра та ідея,

Яка втілилась сповна

В законах Фарадея.

Варіант -1

1.Які носії електричного заряду створюють  електричний струм в розчинах

електролітів?

А  Електрони і позитивні іони.    Б  Позитивні і негативні іони.              В  Електрони.

2.Електричну    лампу    увімкнули в мережу послідовно з електролітичною ванною, що наповнена слабким розчином солі,чи зміниться розваження лампи, якщо додати в розчин ще деяку кількість солі?

А Не зміниться.     Б  Зменшиться.     В Збільшиться.

3.Вкажіть на формулу другого закону Фарадея

А  m = kq.           Б   k =        В  q = It

4. Що означає величина k  у формулі першого закону Фарадея ?

А  Силу струму.

Б   Коефіцієнт жорстокості.

В   Електрохімічний еквівалент речовини.

5. Під дією електричного поля у розчині електроліту позитивні іони …

А  Рухаються до катода

Б   Рухаються до анода

В  Вступають у хімічні реакції

Варіант -2

1.Електроліз – це …

А  Утворення іонів при розчиненні речовини.

Б   Розчин солі.

В   Процес виділення на електродах речовин внаслідок відновлювально-окислювальних реакцій,що відбуваються на електродах.

2. Електричний струм в електролітах являє собою напрямлений впорядкований рух…

А  Електронів.       Б   Позитивних і негативних йонів.       В  Електронів і йонів.

3. Молізація (рекомбінація)-це…

А Процес возз’єднання різноіменних йонів у нейтральні атоми.

Б  Процес утворення йонів.

В  Процес виділення на електродах речовин.

4.Яка з формул відображає перший закон електролізу Фарадея ?

А  m = kq.              Б m = kI       В  q = It

5.Що означає величина F у формулі k =       

А     Масу речовини.     Б Сталу Фарадея.        В  Молярну масу. 

Варіант -3

1. Електролітичною дисоціацією називається…

А  Процес розпаду молекул розчиненої речовини на іони під впливом розчинника.

Б   Об’єднання іонів різних знаків в нейтральні атоми.

В   Процеси виділення на електродах речовин, що входять до складу електролітів.

2. Як змінюється опір розчинів електролітів при їх охолодженні ?

А Зростає.                Б   Не змінюється.        В  Спадає.

3. Що означає величина М у формулі   k =      ?                          ?

А  Масу речовини.   Б  Валентність. В  Молярну масу.

4. Під час електролізу метал завжди осідає на…

А  Катоді.      Б  Аноді.       В  Катоді і Аноді.

5. Під дією електричного поля позитивні іони у розчині електроліту…

А  Рухаються до катода.

Б   Рухаються до анода.

В   Вступають у хімічні реакції.

Варіант-4

1. Електролітами називаються …

А  Всі рідини.

Б  Розчини або розплави, які проводять електричний струм.

В  Дистильована вода.

2. Як змінюється опір розчинів електролітів з підвищенням температури ?

А  Зростає.             Б  Не змінюється.             В  Спадає.

 3.Що означає. m. у формулі першого закону Фарадая m=kq ?

А  Масу речовини.

Б  Електрохімічний еквівалент речовини.

В  Сталу фарадея

4.Вкажіть на формулу закону першого закону Фарадея

А  m = kq.           Б   k =        В  q = It.

5.Електричну лампу увімкнули в мережу послідовно з електролітичною ванною, що наповнена  слабким розчином сірчаної кислоти.  Чи зміниться розжарення лампи, якщо додати в розчин ще кілька капель сірчаної кислоти ?

А   Зменьшиться.                 Б  Збільшиться.                      В  Не змінеться.