Конспект и презентация к открытому уроку по теме "Электролиз водных растворов электролитов".

Слайд 3

Катодное восстановление воды:

2Н₂О + 2е^- = Н₂ + 2ОН^- (щелочная среда)

Анодное окисление воды:

2Н₂О – 4е^- = О₂ + 4Н⁺ (кислая среда)

Суммарный процесс:

2Н₂О (электролиз) =  2Н₂ (г) + О₂ (г)

Слайд 4

Катодные процессы в водных растворах солей

Электрохимический ряд напряжений металлов
Li, K, Ca, Na, Mg, Al	Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb	H2	Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Men+ - не восстанавливаются; 2Н2О + 2е- = Н2 (г) + 2ОН-	Меn+  +  ne-  =  Me0; 2Н2О + 2е- = Н2 (г) + 2ОН-		Меn+  +  ne-  =  Me0; вода не восстанавливается

Слайд 5

Анодные процессы в водных растворах

Анод	Кислотный остаток Асm-
	бескислородный	кислородсодержащий
Нерастворимый (угольный)	Окисление аниона (кроме фторидов) Acm- - me- = Ac0 2Hal- - 2e- = Hal20 S2- - 2e- = S0	В щелочной среде:  2ОН- - 4е- = О2 (г) + 2Н2О; В кислой и нейтральной средах: 2Н2О – 4е- = О2 (г) + 4Н+
Растворимый	Окисление металла анода Ме0 – ne- = Men+

СЛАЙД 1

Тема урока: «Электролиз водных растворов электролитов»

 Слайд 2

Электролиз воды

• 1 слайд

  Электролиз
  растворов солей
  

• 2 слайд

  Электролиз – это совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих на электродах (катоде и аноде), если через раствор или расплав электролита протекает постоянный электрический ток.
  

• 3 слайд

• 4 слайд

• 5 слайд

  Cu(NO3)2, HOH
  Cu+2
  
  Катод (– )
  
  Анод (+)
  OH-1
  
  
  
  NO3-1
  
  
  
  
  Н +1
  На катоде: Cu+2 +2e Cu0
  На аноде: 4ОН – 1 – 4e 2Н2О + О20
  в растворе – HNO3
  2Cu(NO3)2 + 3Н2О Сu0 + Н2О + О20 + 4HNO3
  2Cu(NO3)2 + 2Н2О Сu0 + О20 + 4HNO3
  

• 6 слайд

  NaCl, HOH
  
  Na+1
  
  
  
  
  
  OH-1
  Cl-1
  Катод (– )
  Анод (+)
  H+1
  На катоде: 2H+1 +2e H20
  На аноде: 2Cl – 1 – 2e Cl20
  в растворе – NaOH
  2NaCl + Н2О H20 + Cl20 + 2NaOH
  

• 7 слайд

  При электролизе раствора нитрата серебра масса катода увеличилась на 6 г. Вычислите объем газа выделившегося на аноде.
  Дано
  Решение
  1) Составим схему электролиза
  AgNO3, HOH
  m катода увел на 6г,
  следовательно,
  m (Ag) = 6 г.
  V газа на аноде?
  Анод (+)
  Катод (– )
  NO3 NO3-1
  
  
  
  
  H+1
  
  Ag+1
  OH-1
  На катоде: Ag+1 +1e Ag0
  На аноде: 4ОН – 1 – 4e 2Н2О + О20
  в растворе – HNO3
  2) Составим уравнение реакции электролиза:
  4AgNO3 + 3Н2О 4Ag0 + Н2О + О20 + 4HNO3
  
  Задача
  

• 8 слайд

  Задача (продолжение)
  Сократим Н2О в обоих частях уравнения:
   
  4AgNO3 + 2Н2О 4Ag0 + О20 + 4HNO3
  
  3. v (Ag)= m/M = 6г/108 г/моль = 0,56 моль
  4
  5. V (O2)= 0,14 моль * 22,4 л/моль = 3,136 л
  Ответ: V (O2 =3,136 л
  

• 9 слайд

  Выберите формулы солей, при электролизе водных растворов которых на катоде
  оседает металл. Свой выбор объясните.
  CuCl2, KNO3, AgNO3, BaCl2, Fe2(SO4)3, Cr(NO3)3,
  NaBr
   
  2. При электролизе водных растворов каких солей из
  задания 1 на аноде может быть получен кислород?
  Почему?
   
  3. При электролизе водных растворов каких солей из
  задания 1 на катоде может быть получен водород?
  Почему?
   
  4. При электролизе водных растворов каких солей из
  задания 1 в растворе будет образовываться кислота?
  Почему?
   
  5. При электролизе водных растворов каких солей из
  задания 1 в растворе будет образовываться щелочь?
  Почему?
  Ответьте на вопросы
  

• 10 слайд

  Домашнее задание
  § 19, упр. 9, задачи 4,5 стр. 89
  На следующем уроке
  
  Количественная характеристика электролиза. Закон Фарадея
  Применение электролиза
  Майкл Фарадей
  

Тема урока: Электролиз

Тип урока: Изучение новой темы на основе комплексного применения ранее полученных знаний.

Основные цели и задачи:

А) Образовательные:

*        научить учащихся определять процессы электролиза, как совокупности окислительно-восстановительных реакций, протекающих на электродах;

*        научить выявлять отличия электролиза расплава электролита от электролиза, протекающего в водных растворах электролитов;

*        научить составлять суммарные уравнения реакций электролиза;

*        углубить знания окислительно-восстановительных процессов, понимание практического значения электролиза в природе и жизни человека;

*        сформировать у учащихся понятие процесса электролиза, как одного из способов получения металлов.

Б) Развивающие:

*        развивать мышление учащихся, научить их делать логические выводы из наблюдений;

*        развивать умение выделять общие и существенные признаки; отличать несущественные признаки; умение применять знания на практике;

*        закрепить умения и навыки химического эксперимента, умение работать со справочным материалом (таблицы, опорные схемы, справочники и т.д.);

*        развивать познавательные умения: выделять главное, вести конспект, делать выводы.

В) Воспитательные:

*        формировать интерес учащихся к изучению химии, умение использовать приобретённые знания в практических целях (например, применение электролиза для  получения щелочных и щелочноземельных металлов, галогенов, кислорода, водорода и т.д.);

*        воспитание мотивации к обучению, ответственного и серьёзного отношения к занятиям;

*        воспитание дисциплинированности, умения работать в коллективе, уважения к учителю и одноклассникам.

Интегративная учебная проблема:  «Почему при пропускании постоянного электрического тока через расплав или раствор электролита происходят химические превращения?»

Тип урока: урок усвоения нового материала.

Технологии: проблемное, исследовательское, групповое и дифференцированное обучение; ИКТ.

Форма организации учебной деятельности учащихся: частично-поисковая деятельность, создание проблемных ситуаций; индивидуальная работа и в группах.

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

- учебник О.С. Габриеляна «Химия. 11 класс»;

- таблица растворимости веществ в воде;

- электрохимический ряд напряжения металлов; опорные схемы по электролизу;

- электролизер и водные растворы электролитов (кислот, щелочей, солей);

- мультимедийные средства (ПК, проектор и экран для демонстрации слайдов);

- доска ученическая, мел.

Оборудование: карточки задания для самостоятельной работы.

Ход урока «Электролиз растворов электролитов»

Этап урока	Действия учителя	Действия учеников
1.     Организационный момент.
2.     Актуализация знаний. 3.     Проверка домашнего задания. 4.     Постановка проблемы. 5.     Работа по теме урока. 6.     Закрепление материала. 7.     Рефлексия. 8.     Домашнее задание.	1.     Что называется электролизом? 2.     Какой электрод называют катодом, какой – анодом. 3.     Какие процессы протекают на катоде и на аноде при пропускании постоянного электрического тока через расплав электролита? 4.     Какие металлы получают при электролизе расплавов электролитов? Учитель вызывает к доске учеников, которые выполняют на доске домашнее задание на тему «Электролиз расплавов солей». Опыт 1. Учитель демонстрирует электролиз на примере пропускания постоянного электрического тока через раствор соли NaCl и предлагает ученикам, опираясь на знания предыдущего урока, представить схему электролиза раствора NaCl. Учитель предлагает проверить среду водного раствора NaCl действием раствора фенолфталеина вблизи анода, затем – вблизи катода. Вопрос: Какая среда раствора вблизи катода? Вопрос: Можно ли утверждать, что в процессе электролиза образуется щелочь? Вопрос: Откуда появилась в растворе хлорида натрия щелочь? Вопрос: На предыдущем уроке мы изучили электролиз расплава хлорида натрия. В чем сходство и различие исследуемых систем? Значит, какой можно сделать вывод? Можете ли вы сформулировать тему сегодняшнего урока? Учитель пишет на доске тему урока – «Электролиз водных растворов электролитов» (или показывает слайд с темой урока). Вопрос: Чем отличается расплав NaCl от раствора NaCl? Вопрос: Что представляет собой вода с точки зрения ТЭД? Учитель просит представить схему электролитической диссоциации воды на доске. Вопрос: Почему вода считается амфотерным электролитом? В связи с вышесказанным можно сделать вывод, что молекула воды представляют собой диполь с положительным полюсом Н+ и отрицательным полюсом ОН-. Вопрос: Как будут вести себя диполи воды, при погружении в нее электродов и пропускании постоянного электрического тока? Учитель демонстрирует на слайде (плакате) рисунок с изображением электролиза воды. Значит, молекулы воды будут также принимать участие в электродных процессах. Вопрос: Что будет происходить на электродах с молекулами воды? Вопрос: Что именно будет восстанавливаться и окисляться в молекуле воды? Учитель демонстрирует на плакате (слайде) уравнения реакций катодного восстановления и анодного окисления воды: Катодное восстановление воды: 2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН- (щелочная среда) Анодное окисление воды: 2Н2О – 4е- = О2 + 4Н+ (кислая среда) Суммарный процесс: 2Н2О (электролиз) = 2Н2 (г)+ О2(г) Вопрос: Можете ли вы теперь ответить, почему раствор хлорида натрия вблизи катода окрасился в малиновый цвет при действии на него фенолфталеина? Вопрос: Что при этом происходит с ионами Na+? Учитель обращает внимание учеников на ЭХРНМ и напоминает, на основании чего металлы расположили в данной последовательности. По способности восстанавливаться на катоде при электролизе раствора соли металлы в ЭХРНМ можно разбить на 3 группы: 1 группа: от Li до Al (включительно); 2 группа: от Mn до Н2; 3 группа: Ме после Н2. Учитель обращает внимание учеников на то, что при рассмотрении электродных процессов  необходимо учитывать возможность участия молекул Н2О в электролизе  водных растворов электролитов. Для этого существуют следующие правила. Правила катодного восстановления: 1.     Если катион электролита находится в начале ЭХРНМ (1 группа), то на катоде идет процесс восстановления воды (выделяется Н2): 2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН- Катионы металла не восстанавливаются, остаются в растворе. 2.     Если катион электролита находится в ЭХРНМ между Al и Н2 (2 группа), то на катоде восстанавливаются одновременно и ионы металла, и молекулы воды: Меn+ + ne- = Me0 2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН- 3.     Если катион электролита находится в ЭХРНМ после Н2 (3 группа), то на катоде восстанавливаются только ионы металла: Меn+ + ne- = Me0. Учитель демонстрирует плакат (слайд) «Катодные процессы в водных растворах солей». Опыт 2. Учитель демонстрирует электролиз водного раствора CuSO4. Учитель вместе с учениками записывают на доске катодные процессы электролиза растворов NaCl (1) и CuSO4 (2): 1)  2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН- 2)  Cu2+ + 2e- = Cu0 Что же при этом будет происходить на инертном аноде? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо усвоить правила анодного окисления: 1.     При электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов) на аноде идет процесс окисления аниона: 2Cl- - 2e- = Cl20 2Br- - 2e- = Br20 2J-   - 2e- = J20 S2-    - 2e- = S0 2.     При электролизе растворов солей оксокислот и фторидов на аноде идет процесс окисления воды (выделяется О2): 2Н2О – 4е- = О2 + 4Н+. Анион не окисляется, остается в растворе. 3.     При электролизе растворов щелочей идет окисление гидроксид-ионов: 4ОН- -4е- = О2 + 2Н2О. 4.     При электролизе водных растворов предельных одноосновных карбоновых кислот на аноде идет процесс окисления анионов с образованием алканов и СО2: 2СН3СОО- -2е- = С2Н6 + 2СО2 (реакция Кольбе). Учитель демонстрирует плакат (слайд) «Анодные процессы в водных растворах». Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке (учитель демонстрирует слайд или плакат): J-; Br-; S2-; Cl-; OH-; SO42-; NO3-; F- (восстановительная активность уменьшается) Учитель раздает на каждую парту распечатанные на листах правила и разбирает анодные процессы исследуемых солей NaCl (1) и CuSO4 (2): 1)    2Cl- - 2e- = Cl20 2)    2Н2О – 4е- = О2 + 4Н+ Вместе с учениками учитель записывает на доске суммарные процессы электролиза: 1) 2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН-  | 2 | 1    2Cl- - 2e- = Cl20                  | 2 | 1    2NaCl + 2H2O  =  Cl2 + H2 + 2NaOH                 Электролиз 2)2Н2О – 4е- = О2 + 4Н+ | 4 | 1    Сu2+ + 2e- = Cu0           | 2 |  2 2CuSO4 + 2H2O  =  2Cu + O2 + 2H2SO4                               Электролиз Учитель разбивает класс на группы по 4-5 человек. На доске пишет задания (3 варианта), различающиеся по степени сложности: Задание: Записать электродные процессы и суммарную реакцию электролиза водных растворов следующих электролитов: 1 вариант: LiBr; AgNO3 2 вариант: Ca(OH)2; KF 3 вариант: пропионат натрия; хлорид олова (II) 1)    Чем отличается электролиз расплавов от электролиза водных растворов электролитов? 2)    Какие металлы можно получить при электролизе расплавов и нельзя получить при электролизе водных растворов их солей? 3)    Какие металлы можно получить при электролизе водных растворов их солей? 4)    Для каких металлов характер катодных процессов при электролизе расплавов  и растворов их солей одинаков? 5)    В каких случаях при электролизе на катоде выделяется водород? 6)    В каких случаях при электролизе на аноде выделяется кислород? Учебник О.С.Габриелян. Химия, 11 класс: § 18, стр. 217-222, упр. 22-27 с. 225 Задания в формате ЕГЭ. 1.     Установите соответствие между формулой соли и продуктом, который образуется на катоде в результате электролиза водного раствора этой соли. Формула вещества: А) Cu(NO3)2 Б) AgNO3 B) CaCl2 Г) Na2SO4 Продукт на катоде: 1)    Металл 2)    Водород 3)    Кислород 4)    Хлор 5)    Оксид серы (IV) 6)    Оксид азота (IV) Ответ: А Б В Г 2.     Установите соответствие между формулой соли и продуктом, который образуется на аноде в результате электролиза водного раствора этой соли. Формула вещества: А) LiCl Б) KNO3 B) Na2CO3 Г) CuSO4 Продукт на катоде: 1)  Хлор 2)  Оксид серы (IV) 3)  Оксид углерода (IV) 4)  Азот 5)  Кислород 6) Оксид азота (IV) Ответ: А Б В Г Тест по теме «Электролиз» Вариант 1 1.      При электролизе водных растворов каких солей на аноде может быть получен кислород? а) Mg(NO3)2                 б) BaCl2                    в) СuSO4                   г) NaBr 2.      Формула соли, при электролизе водного раствора которой на катоде выделяется водород а) ZnCl2                     б) FeSO4                     в) СuBr2                  г) Са(NO3)2 3.      Щелочь можно получить путем электролиза раствора а) ZnSO4                    б) KCl                        в) СuBr2                   г) AgNO3 4.      Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, выделяющимся на катоде при электролизе водного раствора вещества: Формула вещества               Продукт на катоде А) CuBr2                                 1) H2                                            Б) NaCl                                   2) металл В) K2SO4                                3) H2 + металл Г) AgNO3                               4) O2                                                 5) H2O                                                 6) галоген А Б В Г Тест по теме «Электролиз» Вариант 2 1.      При электролизе водных растворов каких солей на аноде может быть получен галоген? а) Сr2(SO4)2                   б) KBr                    в) СuCl2                  г) Na2SO3 2.      Формула соли, при электролизе водного раствора которой на катоде выделяется металл а) BaNO3)2                 б) K2SO3                    в) Сu(NO3)2                 г) NaBr 3.      Кислоту можно получить путем электролиза раствора а) ZnSO4                    б) NaCl                        в) KBr                 г) ZnCl2 4.      Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, выделяющимся на аноде при электролизе водного раствора вещества: Формула вещества               Продукт на аноде А) Na2SO4                              1) H2 Б) BaCl2                                  2) галоген В) CuBr2                                 3) S Г) AgNO3                               4) O2                                                 5) металл                                                 6) CO2 А Б В Г Ответы 1 2 3 4 Вариант 1 а,в г б 2112 Вариант 2 б,в в а 4224	4.     Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через расплав или раствор электролита. 5.     Катод – отрицательно заряженный электрод, анод – положительно заряженный электрод. 6.     На катоде протекает процесс восстановления катионов электролита, на аноде – окисления анионов электролита. 7.     При электролизе расплавов электролитов получают щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий. Класс сверяет свои решения с реакциями, представленными на доске. Ученики выполняют задание, ошибочно записав схему электролиза расплава NaCl. Ученики наблюдают появление малиновой окраски раствора у поверхности катода. Ответ: Среда – щелочная. Ответ: Да. Ученики затрудняются ответить. Ответ: Сходство: одно и то же вещество -   хлорид натрия. Различие: в первом случае имели расплав соли, в данном случае – водный раствор. Вывод: электролиз расплава соли отличается от электролиза водного раствора соли. Тема урока – электролиз водного раствора соли. Ответ: Наличием в системе еще одного вещества – воды. Ответ: Вода – слабый электролит. Ученик пишет на доске схему диссоциации воды: Н2О ßàН+ + ОН- Ответ: Потому, что при диссоциации образует одновременно ионы Н+ и ОН-. Ответ: К катоду молекулы воды будут двигаться своим положительным полюсом Н+, а к аноду – своим отрицательным полюсом ОН-. Ответ: На катоде вода будет восстанавливаться, на аноде – окисляться. Ответ: Восстанавливается положительный полюс воды, т.е. Н+. Окисляется отрицательный полюс – ОН-. Ответ: Да, произошло катодное восстановление воды и образовались ОН—ионы. Ученики затрудняются ответить. Ученики наблюдают образование красного налета на поверхности угольного катода. Ученики выполняют задание на отдельных листах. После выполнения задания, группы обмениваются ответами и проводят самопроверку.

СЛАЙД 1

Тема урока: «Электролиз водных растворов электролитов»

Слайд 2

Электролиз воды