Разработка урока по теме "Законы электролиза"

Тип урока: проблемно-поисковый урок изучения нового материала

Цель урока:

• формирование понятия электрического тока в растворах и расплавах электролитов; изучение законов электролиза и его технического применения;
• развитие познавательных интересов учащихся в тесной связи с химией;
• формирование умения планировать свою учебную работу.

План.

1. Организационный момент.
2. Анализ выполнения лабораторной работы №7.
3. Проверка домашнего задания.
4. Изучение новой темы.
5. Закрепление.
6. Домашнее задание.

Ход урока.

1. Организационный момент.

Приветствие учащихся. Проверка готовности класса к уроку. Постановка проблемных целей урока.

2. Анализ выполнения лабораторной работы №7.

Указать на ошибки, допущенные в работе. Ответить на контрольные вопросы.

3. Проверка домашнего задания.

1). Ответить на контрольные вопросы к § 51.

2). Проверить правильность решения задач № 4, 7, 8* из упр. 26.

3). Работа с разноуровневыми карточками (можно в виде самостоятельной работы) [2].

Карточка 77.     Вариант 1.

1. Укажите единицу измерения силы поверхностного натяжения в СИ:

А.  Н/м.        Б.  кг/м³.        В.  кг · м/с².        Г.  рад.

2. Какую величину называют поверхностным натяже­нием? От чего она зависит?
3. С какой силой F действует мыльная пленка на под­вижную сторону проволочной рамки длиной  I =3,0.см? Найдите работу  А, которую необходимо совершить, чтобы переместить проволоку на рас­стояние   h =2,0см. Поверхностное натяжение мыльного раствора s = 40 мН/м.
4. Определите поверхностное натяжение s воды, если из отверстия пипетки диаметром d=2,0 мм, упав­шие п =40 капель воды, имеют массу т = 1,9 г.
5. Ртутный (s=510 мН/м) барометр имеет диаметр трубки  d= 3,0 мм. Найдите относительную погреш­ность ε  барометра, связанную с капиллярными яв­лениями, если атмосферное давление является нор­мальным.

Карточка 78.     Вариант 2.

1. Укажите единицу измерения поверхностного натя­жения в СИ:

А.  Н/м.        Б.  кг/м³.        В.  кг · м/с².        Г.  рад.

2. Какие явления называются смачиванием и несма­чиванием ? В чем сущность этих явлений?
3.  Сравните высоты поднятия воды и керосина в ка­пиллярах равного радиуса. Поверхностное натяжение воды s=73 мН/м, керосина s= 24 мН/м.
4. Тонкое проволочное кольцо диаметром  d= 34 мм  подвешено к пружине жесткостью

       k= 0,50Н/м  и погружено в сосуд с водой. При поднятии пружины кольцо    отрывается от поверхности воды при удли­нении  Dx= 31 мм. Найдите поверхностное   натяже­ние σ   воды.  Массой кольца и пружинки пренебречь.

5. Найдите радиус R однородного, сплошного алюминиевого шарика (р = 2,7 г/см³), натертого парафином, если он «плавает» в воде (s =73 мН/м.), погрузившись наполовину.

Карточка 79.     Вариант 3.

1. Укажите единицу измерения плотности жидкости в СИ:

А.  Н/м.        Б.  кг/м³.        В.  кг · м/с².        Г.  рад.

2. Что называется краевыми эффектами? Как их ха­рактеризуют количественно?
3. Найдите массу т воды, поднявшейся при полном смачивании по капилляру диаметром

D = 0,50 мм.

4. Найдите радиус отверстия  r пипетки, если упавшие из нее п = 51 капля воды имеют массу т = 2,1 г. Поверхностное натяжение воды  s = 71,4 мН/м.
5. Найдите радиус трубки r ртутного (s= 510 мН/м.) барометра, если относительная погрешность, связан­ная с капиллярными явлениями, e = 0,67 %. Атмо­сферное давление является нормальным. Плотность ртути  r = 13,6 г/см³.

Карточка 80.     Вариант 4.

1. Укажите единицу измерения краевого угла в СИ:

А.  Н/м.        Б.  кг/м³.        В.  кг · м/с².        Г.  рад.

2. Какие явления называются капиллярными? Приве­дите примеры. Запишите формулу для расчета вы­соты подъема жидкости в капиллярах.
3. Где выше поднимается вода в капиллярах равного радиуса — у подножия высокой горы или на ее вер­шине? Ответ обоснуйте.
4. Найдите массу т капли воды, вытекающей из тру­бочки радиусом  r = 0,60 мм, в момент отрыва. Поверхностное натяжение воды s = 73 мН/м.
5. Найдите  поверхностное  натяжение  s  воды,  если алюминиевый шарик (р = 2,7 г/см³) радиусом  R= 2,2 мм, натертый парафином, «плавает» в воде, погрузившись наполовину.

4. Изучение новой темы посредством поискового метода.

Кратко повторить: диэлектрическая проницаемость, закон Джоуля - Ленца.

Постановка проблемы перед учащимися:

Как известно, дистиллированная вода является плохим проводником. Это связано с тем, что концентрация свободных носителей зарядов в ней мала. Однако при растворении в воде различных веществ (кислот, солей, щелочей и т.д.) раствор становится проводником.

При растворении вещества в воде вследствие её большой диэлектрической проницаемости (81) кулоновские силы, удерживающие ионы в молекулах растворяемого вещества, значительно уменьшаются. Энергия теплового движения частиц может оказаться достаточной для того, чтобы произошла электролитическая диссоциация, т.е. распад молекулы на ионы.

Распад молекул вещества на ионы при растворении его в жидкости называется электролитической диссоциацией, а сам раствор при этом становится электролитом, способным проводить электрический ток. Электролиты — жидкие проводники, в которых подвижными носителями зарядов являются ионы (проводники 2-го рода).

Особенностью молекул электролитов является перераспределение электрических зарядов, в результате которого одна часть молекулы вещества электролита оказывается заряженной положительно, другая - отрицательно. При повышении температуры электролита возрастает средняя кинетическая энергия теплового движения молекул, увеличивается и число пар ионов, образующихся в единицу времени. Из-за увеличения концентрации ионов при повышении температуры значение электрического сопротивления электролита с повышением температуры уменьшается.
Электрический ток в любых электролитах создается движением положительных и отрицательных ионов, поэтому проводимость электролитов называют ионной.

Электрический ток проходит через электролит от одного электрода к другому. Положительно заряженные ионы при этом движутся к отрицательному электроду, аноду, а отрицательно заряженные — к положительному электроду, катоду.  ( см. рис. 153 учебника).

Прохождение электрического тока через раствор или расплав электролита вызывает на поверхности обоих электродов химические реакции, приводящие к образованию новых веществ. Например, используя угольные электроды, при электролизе водного раствора хлороводорода мы получим водород и кислород, а при электролизе медного купороса – медь и кислород.

Изменение химического состава раствора или расплава при прохождении через него электрического тока, обусловленное потерей или присоединением электронов ионами, называется электролизом.

В 1833 – 1834 гг. М. Фарадей установил, что при прохождении электрического тока через электролит масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду , прошедшему через электролит:

                                                   
где I- сила тока; - время пропускания тока через электролит.

Это выражение называется первым законом электролиза. Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося на электроде при прохождении заряда в 1 Кл. См. таблицу № 18 на стр. 261 учебника.

Второй закон Фарадея: электрохимический эквивалент пропорционален химическому элементу вещества:  К = СМ/Z, где Z – валентность, С = 1/F – коэффициент пропорциональности, который имеет одно и то же значение для всех веществ. Отношение М/Z называется химическим эквивалентом. F = 96 500 Кл/моль – постоянная Фарадея.

Рассмотрим одно из применений электролиза в технике – рафинирование меди. Известно, что на удельное сопротивление металлов большое влияние оказывает присутствие примесей других веществ. Например, примесь всего 0.5 г углерода в 1 кг чистой меди увеличивает ее удельное сопротивление сразу на 33%! Для очистки (рафинирования) меди и других металлов от посторонних примесей применяют электролитический способ. Он заключается в следующем.

В большую электролитическую ванну 1 наливают водный раствор 2 какой-нибудь соли меди, например, сульфата меди (медного купороса). В него погружают толстые слитки 3 из неочищенной меди, а между ними – тонкие пластины 4 чистой меди. Слитки подключают к “+” источника тока (и они служат анодами), а тонкие пластины – к “–” источника тока. В течении нескольких недель пропускания тока слитки постепенно растворяются. При этом примеси выпадают на дно в виде осадка 5, а чистая медь оседает на тонких пластинах, постепенно увеличивая их толщину и массу.

Разберемся, почему чистая медь откладывается именно на катодах (отрицательных электродах). Вы помните, что в водном растворе медного купороса (CuSO₄) его молекулы существуют в виде ионов: (Cu)²⁺ и (S04)^2–. Поскольку ионы меди заряжены положительно, то при включении тока они начнут двигаться к “–” электроду. Достигнув его, ионы меди получают по два электрона и превращаются в нейтральные атомы. Перестав быть заряженными частицами, атомы меди прекращают свое движение и оседают на катоде, увеличивая его массу.

Электролиз – это сложное физико-химическое явление. Как вы только что узнали, электролиз водного раствора медного купороса при использовании медных электродов приводит к переносу меди с анода на катод. Но, если же вместо медных электродов использовать угольные или графитовые, то на катоде будет по-прежнему выделяться медь, а на аноде – кислород. Кроме того, раствор медного купороса будет постепенно превращаться в раствор серной кислоты. Все эти явления изучает наука электрохимия.

Электролиз получил широкое применение в электрометаллургии для получения чистых металлов, для очистки металлов от примесей, для покрытия поверхностей металлов защитным слоем и т.д. Электролиз широко используется для электрохимической обработки металлов и их сплавов, так как независимо от химического состава и механических свойств он не приводит к образованию дефектов и трещин.

5. Закрепление.

      Ответить на вопросы:

1)      № 1, 5, 6  к § 52;

2)      Существует ли электрическое поле вокруг электролита? Ответ пояснить.

3)      Какова зависимость сопротивления электролита от температуры?

4)      Можно ли осуществить электролиз переменным током?

6. Рефлексия.

«Увидели» явление электролиза, выяснили его физический смысл и его основные законы, применяя проблемно-поисковых метод в обучении.

Ваше мнение об уроке:

Сегодня я узнал…

                        Понял…

                        Удивился…

                        И т. п.

7.  Домашнее задание.

            § 52; подготовить сообщения о техническом применении электролиза

             (по желанию).

Список использованной литературы.

Основная литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Владос, 2003.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Изд.центр «Академия», 2003.

3. Савельев И.В. Курс физики. Т.1-3. – М.: Наука, 1989.

4. Физика: Учебное пособие для 10-го класса общеобразовательной школы с русским языком обучения / В.В. Жилко, А.В. Лавриненко, Л.Г. Маркович. – Мн.: Нар. асвета, 2001.

5. Физика: учебное пособие для 11 класса./В.В. Жилко, А.В. Лавриненко, Л.Г. Маркович. – Нар. Асвета, 2002.

6. Физика: 11 класс: Разноуровневые задания для поурочного контроля. В.Н. Поддубский. – Мн.: Сэр – Вит, 2006.

Электронная учебно – методическая литература

1. Козел С.М., Соболева Н.Н. Учебный компьютерный курс «Открытая физика 1.1». Долгопрудный: ООО «ФИЗИКОН», 2001.

Дополнительная литература

1. Суханов Л.Д. Фундаментальный курс физики. – М.: Агор, 1996, Т.1.

2. Орир Дж. Физика. Т.1-2. – М.: Мир, 1981, т.1-2.

3. Бордовский Г.А., Бурсиан Э.В. Общая физика: Курс лекций. Т.1,2. – М.: Владос. Пресс, 2001.
4. Кибец И.Н., Кибец В.И.  Физика:  Справочник. - Харьков: Фолио, 1997.

5. Бутиков Е.Н. Оптика-М:Владос, 1987.

6. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. – М.: Наука, 1980.

Сборники задач

1. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики. – М.: Владос, 1996.

2. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. – М.: Изд-во физ.-мат. литературы, 2003.

3. Трофимова Т.И., Павлова З.Г. Сборник задач по курсу физики с решениями. – М.: Владос, 1995.

4. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. – СПб.: Книжный мир, 2004.

5. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – М.: Наука, 1988.