Материалы для МО учителей химии: Теоретические и методические аспекты изучения тем «Электролиз»

Образовательный кейс для слушателей курсов повышения квалификации учителей ХИМИИ

1	Название кейса	Теоретические и методические аспекты изучения тем «Электролиз»
2	Название соответствующей образовательной программы (модуля)	«Содержательные аспекты профессиональной деятельности учителя химии в условиях внедрения новых федеральных государственных образовательных стандартов общего образования»
3	Название кафедры	Кафедра естественно- математических и технологических дисциплин
4	Тип кейса	Структурированный, учебный, сжатый
5	Формы и методы работы со слушателями	Групповая работа в соответствии с предложенными заданиями
6	Авторство	Тележинская Е.Л.
7	Введение	Электродные потенциалы  Каждая окислительно-восстановительная реакция слагается из полуреакций окисления и восстановления. Когда реакция протекает в гальваническом элементе или осуществляется путем электролиза, то каждая полуреакция протекает на соответствующем электроде. Такие полуреакции называют также электродными процессами.    Протекающей в гальваническом элементе окислительно-восстановительной реакции соответствует э.д.с. этого элемента Е, связанная с изменением энергии Гиббса ∆G реакции уравнением: ΔG = - zFE  В соответствии с разделением окислительно-восстановительной реакции на две полуреакции, электродвижущие силы также принято представлять в виде разности двух величин, каждая из которых отвечает данной полуреакции. Эти величины называются, электродными потенциалам.   Для медно-цинкового элемента реакция, протекающая при его работе Zn + Сu2+ = Zn2+ + Сu разбивается на полуреакции: Сu2+ + 2е- = Сu;                   Zn = Zn2+ + 2е-  Соответственно э.д.с. этого элемента (Е) можно представить как разность электродных потенциалов (E), один из которых (E1) отвечает первой, а другой (E2)-второй из записанных полуреакций: E = E1 – E2   При этом изменение энергии Гиббса ΔG1, которое отвечает термодинамически обратимому восстановлению одного моля ионов меди, равно ΔG1 = -2FE1 а изменение энергии Гиббса ΔG2, отвечающее термодинамически обратимому окислению одного моля атомов цинка, равно ΔG2 = -2FE2    В общем случае любому электродному процессу Ох + ze- = Red, (где Red и Ох - сокращения латинских слов, обозначающие восстановленную и окисленную формы веществ, участвующих в электродном процессе) соответствует электродный потенциал E и изменение энергии Гиббса ΔG, равное: ΔG = -zFE  В результате изучения потенциалов различных электродных процессов установлено, что их величины зависят от следующих трех факторов: 1) от природы веществ - участников электродного процесса, 2) от соотношения между концентрациями (строго говоря- активностями) этих веществ и 3) от температуры системы.  В общем, эта зависимость выражается уравнением Нернста: Здесь E° - стандартный электродный потенциал данного процесса - константа, физический смысл которой рассмотрен ниже; R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура; z -число электронов, принимающих участие в процессе; F - постоянная Фарадея; [Ох] и [Red] - произведения концентраций веществ, участвующих в процессе в окисленной (Ох) и в восстановленной (Red) формах.   Физический смысл величины E°- это величина Е, когда концентрации (активности) всех веществ, участвующих в электродном процессе, равны единице. При этом E = E°   Концентрации (активности), равные единице, называются стандартными концентрациями (активностями). Поэтому и потенциал, отвечающий этому случаю, называется стандартным потенциалом.  Стандартный электродный потенциал - это потенциал данного электродного процесса при концентрациях (точнее говоря, активностях) всех участвующих в нем веществ, равных единице.
8	Основная часть	Совокупность окислительно-восстановительных реакций, протекающих под действием постоянного электрического тока на электродах, погруженных в раствор или расплав электролита, называется электролизом.  Электролиз- это разложение вещества под действием электрического тока. При электролизе катод(К-)- электрод, соединенный с отрицательным полюсом  источником постоянного тока, а анод (А+) – соединён с положительным полюсом этого источника.  Под действием электрического поля катионы (+) притягиваются к катоду, принимая от него электроны, т.е. восстанавливаются. Анионы притягиваются к аноду, отдают ему свои электроны, т.е. окисляются.     На окислительно-восстановительные процессы влияют: природа электролита и растворителя материал электродов режим электролиза (напряжение, сила тока, температура)     Электроды подразделяются на 1. инертные (графит, платина) 2. активные (материал  легко окисляется: Fe, Zn, Cu) При электролизе растворов в окислительно-восстановительных процессах принимают участие продукты диссоциации воды- Н+  и ОН- При электролизе расплава электролита принимают участие в окислительно-восстановительном процессе только его ионы. Процессы электролиза растворов Процессы, протекающие на катоде: Li ……………….Mg Восстанавливаются молекулы воды; на электроде выделяется водород: 2Н2О + 2 е = Н2 + 2ОН- 2Н+ 2е =Н2              Mn……………. Pb H Восстанавливается металл и частично катионы водорода Ме+х + хе = Ме0 2Н2О + 2 е = Н2 +2ОН- 2Н+ 2е =Н2              Cu………... Au Восстанавливается только металл Ме+х + хе = Ме0 Процессы, протекающие на аноде Инертный электрод Анионы бескислородных кислот Сульфиды(S-2) Иодиды(I-) Бромиды (Br-) Хлориды ( Cl-)        Анионы кислородосодержащих Окисляются ионы: Окисляется кислород воды 2Н2О -4е =О2 + 4Н+ Или анионы ОН- 4ОН- - 4е = О2 + Н2О Не окисляются РО4-3 СО3-2 SO4-2 NO3- F-
	Задания группам	Задание 1. Задания по теме   ( материалы ЕГЭ) 1.Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на катоде при электролизе её водного раствора Формула вещества Продукт на катоде А) MgCl2 1) Mg Б)  AgNO3 2) H2 B) CuSO4 3) Ag Г ) Li2S 4) Li 5) S 6) Cu 2.    Установите соответствие между формулой соли и продуктом, образующимся на инертном аноде при электролизе её водного раствора Формула вещества   Продукт на аноде А) NiSO4      1) Cl2 Б) NiCl2 2) O2 В) NiF2 3) H2 Г)  K2S 4) S 5) SO2 6) HF 3.    Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения, Металл Электролиз А) натрий 1) водного раствора солей Б) алюминий 2) водного раствора гидроксида В) серебро   3) расплава поваренной соли Г) медь 4) расплавленного оксида 5) раствора оксида в расплавленном криолите 6) расплавленного нитрата 4.    Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения, Металл  Электролиз а) калий 1) расплавленного нитрата б) магний      2) водного раствора гидроксида в) медь 3) расплава хлорида г) свинец 4) расплавленного оксида 5) раствора оксида в расплавленном криолите 6) водного раствора солей 5.     Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения, Металл  Электролиз а) хром 1) водного раствора солей б) алюминий 2) водного раствора гидроксида в) литий 3) расплава соли г) барий 4) расплавленного оксида 5) раствора оксида в расплавленном криолите 6) расплавленного нитрата Задание 2. Найдите применение данным заданиям. Переформулируйте классическое задание в «эвристическое»: 1.    При электролизе водного раствора какой соли на катоде и аноде будут выделяться газообразные вещества? 1) AgNO3 2) KNO3 3) CuCI2 4) SnCl2 2.    Выделение кислорода происходит при электролизе водного раствора соли 1) MgCl2 2) CuSO4 3) NaBr     4) FeBr2 3.    Водород образуется при электролизе водного раствора 1) CaCl2 2) CuSO4 3) Hg(NO3)2 4)   AgNO3 4. При электролизе раствора    AgNO3 на катоде выделяется(-ются) 1) серебро                           3) серебро и водород 2) водород                           4) кислород и водород 4.    При электролизе раствора Cr2(SO4)3 на катоде выделяется (-ются) 1) кислород                        3) хром и оксид серы(lV) 2) водород и хром             4) кислород и хром 5.    При электролизе разбавленного водного раствора Ni(NO3)2 на катоде выделяется 1) Ni и NO2  2) O2 3) Ni и H2 4) H2 и O2 6.    При электролизе водного раствора нитрата калия на аноде выделяется  1) O2 2) NO2 3) N2 4) H2 7.    Азотная кислота накапливается в электролизере при пропускании электрического тока через водный раствор 1) нитрата кальция                 3) нитрата алюминия 2) нитрата серебра                  4) нитрата цезия

Краткое описание документа:

Совокупность окислительно-восстановительных реакций, протекающих под действием постоянного электрического тока на электродах, погруженных в раствор или расплав электролита, называется электролизом.

Электролиз- это разложение вещества под действием электрического тока. При электролизе катод(К-)- электрод, соединенный с отрицательным полюсом источником постоянного тока, а анод (А+) – соединён с положительным полюсом этого источника