Конспект уркоа по физике «Электрический ток в жидкостях»

 

ДЕПАРТАМЕНТ КАДРОВОЙ ПОЛИТИКИ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

ОГАОУ СПО «БЕЛГОРОДСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

ОТДЕЛЕНИЕ НПО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методическая разработка

урока на тему:

 

Электрический ток в жидкостях.                    Закон электролиза.

 

                                                                                                                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                         Выполнила: 

                                преподаватель (высшей категории)

                                Лукинова Л.П.       

                             

 

 

 

                                              

 

 

                                                                 БЕЛГОРОД

2014

                                                                             - 1 -

Цели урока: 1) Разъяснить физическую сущность электропроводимости жидких проводников (электролитов); изучить процессы электролитической диссоциации и электролиза, понятия электролитов; познакомиться с применением электролиза; изучить закон электролиза Фарадея; научить учащихся применять формулу  закона электролиза при решении расчетных задач.

                      2) Научить учащихся глубже разбираться в физических явлениях и уметь их объяснять и применять на практике, развивать у учащихся логическое мышление и сообразительность.

                      3) Воспитывать внимательность, интерес к предмету через информационно-компьютерные технологии, через связь с наукой и техникой.

 

Задачи урока: Продолжить изучение темы: электрический ток в различных средах. Уметь выделять главное,  вести записи и применять полученные знания.

Тип урока: Изучение нового материала.

 

Виды урока: рассказ с элементами беседы, самостоятельная работа с дополнительной литературой и материалами интернета.

 

Методы: словесные, наглядные с использование ПК, практические.

 

Оборудование: источник тока, амперметр, раствор медного купороса, дистиллированная вода, электроды, соединительные провода, ключ; сборники задач.

Литература: учебник «Физика 10», справочник по физике и технике, задачник по физике 10-11, журнал «Физика в школе»  №2, 2009 г

.                                              

                                            План урока

I Организационная часть – 1 мин.

II Повторение пройденного материала (сл №1). (7 мин)

Преподаватель:  Мы продолжаем изучать тему «Электрический ток в различных средах». И для начала повторим некоторые моменты из изученного материала, необходимые для дальнейшего изучения этой темы.

 Что называют электрическим током?

Ученик:  Электрическим током называют направленное движение заряженных частиц.

 Преподаватель: Каковы условия существования электрического тока?

Ученик: Наличие заряженных частиц и электрического поля.

 Преподаватель: Перечислите среды для электрического тока, которые мы изучили.

Ученик: Металлы, полупроводники, вакуум.

Преподаватель:  Какова проводимость металлов?

                                                              

                                                                  -2-

Ученик: Электронная.

 Преподаватель: Какова проводимость полупроводников?

Ученик: Электронно-дырочная.

 Преподаватель:  Какие еще вы знаете проводники электрического тока?

Ученик: Жидкие.

   III Изучение нового материала. 30 мин.

   Преподаватель: Действительно есть еще и жидкие проводники и сегодня мы с ними познакомимся. Итак, запишите в тетрадях тему сегодняшнего урока: «Электрический ток в жидкостях» (сл. №2).

        А сейчас сформулируем цели сегодняшнего урока (сл. №3)
-выяснить физическую сущность электропроводимости жидких проводников (электролитов)
- изучить процессы электролитической диссоциации и электролиза, понятия электролитов
-изучить закон электролиза Фарадея
-познакомиться с применением электролиза

        С электропроводностью растворов солей в воде (электролитов) связано очень многое в нашей жизни. С первого удара сердца («живое» электричество в теле человека, на 80% состоящем из воды) до автомобилей на улице, плееров и мобильных телефонов (неотъемлемой частью этих устройств являются «батарейки» – электрохимические элементы питания и различные аккумуляторы – от свинцово-кислотных в автомобилях до литий-полимерных в самых дорогих мобильных телефонах). В огромных, дымящихся ядовитыми парами чанах из расплавленного, при огромной температуре боксита, электролизом получают алюминий – «крылатый» металл для самолётов. Все вокруг сталкивалось с раствором или расплавом солей, а, следовательно, и с электротоком в жидкостях. Не зря это явление изучает целая наука – электрохимия (сл.№4)

   Преподаватель:  На какие группы по электропроводности делятся вещества?
   Ученик: – Проводники, диэлектрики и полупроводники.
   Преподаватель:  Действительно жидкости, как и твердые тела, могут быть проводниками, диэлектриками и полупроводниками.
    Проводят электрический ток растворы солей, щелочей, кислот.

Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами (сл. 5).

Растворы сахара, спирта, глюкозы и некоторых других веществ не проводят электрический ток - диэлектрики. Жидкие полупроводниками являются расплавленный селен, расплавы сульфитов и др.

   К какой группе относится вода?
Ученик: – К диэлектрикам.
Преподаватель:  Это значит, что дистиллированная вода электрический ток не проводит. Проверим этот вывод на опыте. Соберем электрическую цепь по схеме (сл.№6)
                                                       -3-



Преподаватель: О чем говорят результаты опыта?

Ученик: Так как мы видим, что лампочка не горит, то есть между двумя электродами разрыв цепи, а значит вода – диэлектрик.

 Преподаватель: А сейчас изменим опыт, добавив в воду медного купороса. Объясните результаты опыта.

Ученик: Таким образом, вода с добавлением CuSO₄ проводит электрический ток, то в ней появились носители электрического тока.

 

Преподаватель: Откуда появились? Какие частицы? Чтобы ответить на эти вопросы, посмотрим видеосюжет (используется ПК)

Преподаватель: Посмотрев видеосюжет, мы сможем ответить на поставленные ранее вопросы.

Откуда появились носители электрического тока и за счет какого процесса?

 

Ученик:  За счет распада молекул на ионы под действием молекул воды (сл. № 7)

Преподаватель:  Действительно, этот процесс называется электролитической диссоциацией (сл. № 8)



                                                         -4-
Преподаватель: Запишите определение электролитической диссоциации (запись в тетрадях с использованием сл. № 8).

        Упорядоченное движение заряженных частиц называется

электрическим током. В металлах заряженные частицы – электроны. На основании  проведенного  опыта:  через раствор идет ток. Какие же заряженные частицы есть в растворе? Какова проводимость электролитов? Посмотрим видеосюжет, который поможет дать ответ на этот вопрос (используется ПК).
Ученик: Ионная.

 Преподаватель: Действительно, ионная, а в жидких металлах электронная.

 

 

 При ионной проводимости прохождение тока связано с переносом вещества. На электродах происходит выделение веществ, входящих в состав электролитов. На аноде отрицательно заряженные ионы отдают свои лишние электроны (в химии это называется окислительной реакцией), а на катоде положительные ионы получают недостающие электроны (восстановительная реакция). Этот процесс называется электролизом (сл. № 9, видеосюжет, эксперимент).

  Электролиз — процесс выделения на электроде вещества, связанный с

окислительно-восстановительными реакциями (сл. № 10).

Преподаватель: Электролиз широко применяется в технике для различных целей. Эта часть материала была дана для самостоятельного чтения. И так, где используется электролиз?

Ученик:  Электролитический метод используется для получения чистых металлов. Хорошим примером является электролитическое промышленное получение алюминия. Для этого  в качестве электролита используют Al2O3 растворенный в расплавленном криолите (Na3AlF6) при температуре 950 С. Раствор помещают в специальные электролитические ванны, где стенки и дно, выложенные графитом, используются в качестве катода, а погруженные в электролит угольные блоки система анодов. В процессе пропускания тока на катоде выделяется чистый алюминий (сл.11,12).

                                                        -5-

Аналогично (аффинаж) очищают и драгоценные металлы (золото, серебро – сл.13).

 

 

 

Преподаватель: Посредством электролиза можно покрыть предметы слоем того или иного металла. Этот процесс называется гальваностегией.

Ученик:  Изделие, которое хотят покрыть слоем металла, опускают в ванну в качестве катода. В ванне раствор электролита, который содержит нужный металл. Пластина из этого же металла – анод. В процессе пропускания тока

через раствор нужный металл выделяется на  катоде (изделии), а пластинка (анод) постепенно растворяется (сл.14).

    Гальваностегия используется для защиты  металлических изделий  от коррозии. Гальваностегию активно используют в ювелирном деле, ведь именно с помощью этой технологии наводят позолоту на изделия.

    На схеме раствор AgNO3, катод – изделие, анод – серебренная пластина.

Под действием электролиза серебро оседает на поверхности изделия (15).

    Гальваностегия (никелирование, хромирование, золочение) применяют с эстетической целью и для защиты от коррозии (сл.16).

 

      

 

 

Преподаватель: С помощью электролиза можно получить точную копию рельефной поверхности (сл.17).

 

-6-

Ученик: Также с помощью электролиза можно изготовить рельефные металлические копии изделий (например, монет, медалей). Этот процесс был изобретен русским физиком и электротехником Борисом Семеновичем Якоби в сороковых годах XIX века и  называется гальванопластикой. Для изготовления рельефной копии предмета сначала делают слепок из какого-либо пластичного материала, например из воска. Этот слепок натирают графитом и погружают в электролитическую ванну в качестве катода, где на нём и осаждается слой металла. Это применяется в полиграфии при изготовлении печатных форм (сл.18).

Если нужно получить точную копию изделия, то сначала надо

из пластичного материала (воска) сделать слепок изделия, а потом покрыть его поверхность графитом. После слепок помещают в ванну с электролитом в качестве катода. Пластина нужного металла – анод. Во время прохождения

тока толстый слой металла покрывает слепок. После слепок отделяют от металла и получают точную копию изделия (сл. 19).

        На схеме 1 – слепок (катод), 2 – пластина металла (анод). Растворенный

электролит содержит нужный металл, в данном случае – серебро.

         Фигуры, украшающие Исаакиевский собор Санкт-Петербурга, получены методом гальванопластики (сл.20)

                    

 

 

 

Кроме  указанных выше, электролиз нашел применение

и в других областях (сл.21):

•          получение оксидных защитных пленок на металлах (анодирование);

•          электрохимическая обработка поверхности металлического изделия (полировка);

•          электрохимическое окрашивание металлов (например, меди, латуни, цинка, хрома и др.);

 

 

-7-

•          очистка воды – удаление из нее растворимых примесей. В результате получается так называемая мягкая вода (по своим свойствам приближающаяся к дистиллированной);

•          электрохимическая заточка режущих инструментов (например, хирургических ножей, бритв и т.д.).

 

 

Преподаватель: Физик Майкл Фарадей подробно изучил явление электролиза и пришел к выводу, что масса выделяющегося на электроде вещества прямо пропорциональна силе тока (I) и времени (t). Этот закон был назван первым законом Фарадея (сл.22, 23).

                                            m=k I t

т.к.    q = I t , то

                         m= k q

 

 Где k – электрохимический эквивалент вещества. k равно массе вещества, которая выделяется на электроде за 1с при силе тока 1А. Это постоянное табличное значение отличное для каждого вещества (сборники задач: табл. №10, стр. 167).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                          -8-

IV.Закрепление материала. (5 мин.)

 

 - Тест по теме "Электрический ток в жидкостях" (сл.24, 25).

 

1. Какова физическая природа электропроводности в электролитах?

1. Ионная. 2. Электронная. 3. Смешанная (электронно-ионная).

2. Электролитической диссоциацией называется...

1. образование положительных и отрицательных ионов при растворении веществ в жидкости.

2. процесс выделения на электродах веществ, входящих в состав электролита.

3. объединение ионов разных знаков в нейтральные молекулы.

3. Электролизом называется ...

1. процесс выделения на электродах веществ, входящих в состав электролита.

2. объединение ионов разных знаков в нейтральные молекулы.

3. образование положительных и отрицательных ионов при растворении веществ в жидкости.

4. Согласно первому закону Фарадея масса вещества, выделившегося при электролизе...

1. пропорциональна величине заряда, прошедшего через электролит, и зависит от сорта вещества.

2. зависит только от силы тока, идущего через электролит, и от сорта вещества.

3. зависит только от сорта вещества и времени электролиза.

5. При электролизе металл всегда оседает на...

1. катоде    2. аноде.

6. Формула первого закона Фарадея для электролиза

1. m=Ikt   2. k=mIt   3. I=mkt     4. t=mIk

 

                                                            -9-

- Решить задачу: При электролитическом способе получения алюминия используются ванны, работающие под напряжение 5 В при силе тока 40 кА. Сколько времени потребуется для получения 1 т  алюминия?

V. Итоги урока. (1 мин)

 -  Оценки с комментариями

 -  Вывод по уроку.

 -  Д\задание: прочитать § 122,123; выучить основные определения и законы;

    решить задачу: Упр. 20 №4 (сл.26).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ученик -1:  Электролитический метод используется для получения чистых металлов. Так, полученную из руды неочищенную медь отливают в форме толстых листов, которые затем помещают в ванну в качестве анодов. При электролизе медь анода растворяется, примеси, содержащие ценные и редкие металлы, выпадают на дно, а на катоде оседает чистая медь.

   Так же хорошим примером является электролитическое промышленное получение алюминия. Для этого  в качестве электролита используют Al2O3 растворенный в расплавленном криолите (Na3AlF6) при температуре 950 С. Раствор помещают в специальные электролитические ванны, где стенки и дно, выложенные графитом, используются в качестве катода, а погруженные в электролит угольные блоки система анодов. В процессе пропускания тока на катоде выделяется чистый алюминий.

Аналогично очищают и драгоценные металлы (золото, серебро)

 

 

 

 

 

 

Ученик -2:  Изделие, которое хотят покрыть слоем металла, опускают в ванну в качестве катода. В ванне раствор электролита, который содержит нужный металл. Пластина из этого же металла – анод. В процессе пропускания тока

через раствор нужный металл выделяется на  катоде (изделии), а пластинка (анод) постепенно растворяется.

    Гальваностегия используется для защиты  металлических изделий  от коррозии. Гальваностегию активно используют в ювелирном деле, ведь именно с помощью этой технологии наводят позолоту на изделия.

      На схеме раствор AgNO3, катод – изделие, анод – серебренная пластина.

Под действием электролиза серебро оседает на поверхности изделия.

      Гальваностегия (никелирование, хромирование, золочение) применяют с эстетической целью и для защиты от коррозии .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ученик - 3: Также с помощью электролиза можно изготовить рельефные металлические копии изделий (например, монет, медалей). Этот процесс был изобретен русским физиком и электротехником Борисом Семеновичем Якоби в сороковых годах XIX века и  называется гальванопластикой. Для изготовления рельефной копии предмета сначала делают слепок из какого-либо пластичного материала, например из воска. Этот слепок натирают графитом и погружают в электролитическую ванну в качестве катода, где на нём и осаждается слой металла. Это применяется в полиграфии при изготовлении печатных форм.

Если нужно получить точную копию изделия, то сначала надо

из пластичного материала (воска) сделать слепок изделия, а потом покрыть его поверхность графитом. После слепок помещают в ванну с электролитом в качестве катода. Пластина нужного металла – анод. Во время прохождения

тока толстый слой металла покрывает слепок. После слепок отделяют от металла и получают точную копию изделия.

        На схеме 1 – слепок (катод), 2 – пластина металла (анод). Растворенный

электролит содержит нужный металл, в данном случае – серебро.

         Фигуры, украшающие Исаакиевский собор Санкт-Петербурга, получены методом гальванопластики.