[Не пропустите в августе!] Практическая онлайн-конференция «Образовательные тренды 2020/2021» Подтвердить участие→
Конкурс разработок «Пять с плюсом» август 2020
Добавляйте свои материалы в библиотеку и получайте ценные подарки
Конкурс проводится с 1 августа по 31 августа

Конспект урока «Электрический ток в электролитах. Законы электролиза Фарадея»

В ходе урока мы совершим экскурс в историю, рассмотрим сущность процесса электролиза с точки зрения химии, изучим законы электролиза Фарадея и выполним физический, в тестовой форме проверим уровень усвоения вами полученной информации эксперимент (фронтально), познакомимся с практическим использованием электролиза. Мы разделимся на группы: «Историки», «Экспериментаторы», «Исследователи», «Теоретики» и «Практики».
Просмотр
содержимого документа

Урок физики в 10 классе на тему: «Электрический ток в электролитах. Законы электролиза Фарадея»

Цель: способствовать формированию у учащихся знаний о природе электрического тока в растворах электролитов, понимать суть законов Фарадея, знать области практического применения электролиза. Развивать логическое мышление, самостоятельность, творческие способности и познавательный интерес учащихся, формировать умения излагать мысли. Воспитывать внимательность, на примере биографии Фарадея воспитывать трудолюбие, усердие в учебе, настойчивость.             

Оборудование: электролитическая ванна, стаканы с растворами сахара, поваренной соли и чистой водой, амперметр, источник тока, лампочка, соединительные провода, мультимедийный проектор, экран, видеоролики «Биография Фарадея» и «Электролиз хлорида меди», презентация «Применение электролиза».

Методы обучения: частично-поисковый, проблемный, экспериментальный.

Методы контроля: устный, письменный, тесты.

Формы работы: индивидуальная, групповая, фронтальная, Т.С.О., компьютерная поддержка.

Ход урока.

  1. Организационный момент. Вступление.

Учитель: сегодня у нас необычный урок. Мы проведем его в виде подготовки исследовательской работы в творческой мастерской. В конце урока мы увидим результаты нашего сотрудничества и сотворчества.

На этом уроке для объяснения законов природы мы объединим две науки – физику и химию.

 У вас имеются опорные конспекты. Прочитайте тему урока.

 «Электрический ток в электролитах. Законы электролиза Фарадея»

Давайте поставим цели нашего исследования: в ходе урока мы совершим экскурс в историю, рассмотрим сущность процесса электролиза с точки зрения химии, изучим законы электролиза Фарадея и выполним физический эксперимент (фронтально), познакомимся с практическим использованием электролиза, в тестовой форме проверим уровень  усвоения вами полученной информации.

В начале выполнения исследования необходимо показать его актуальность.

Сегодня я принесла вам физическое тело – ложку. Что можете о ней сказать? (она позолоченная: изготовлена из некоего металла и покрыта слоем другого металла). Выяснить, как осуществляется этот процесс, нам и предстоит сегодня.

  1. Актуализация знаний.

Согласно теме нашей работы, мы узнает что-то новое о токе, познакомимся с характеристиками тока в электролитах. Но вначале вспомним, что мы знаем об электрическом токе.

Задание 1.       Продолжи предложения:

  1. Электрический ток – это…
  2. Что необходимо для существования тока?
  3. Какие частицы являются носителями заряда в металлах?
  4. Как изменяется сопротивление металлов с увеличением температуры?
  5. Сопровождается ли прохождение электрического тока в металлах переносом вещества?

Сверим ответы.

  1. Изучение нового материала.

Для того чтобы наша работа была эффективной  разделимся на группы: «Историки»,

 «Экспериментаторы», «Исследователи», «Теоретики» и «Практики».

 «Историки» представляют свой видеоролик «Биография Фарадея».

«Экспериментаторы» демонстрируют явление электролиза.

«Исследователи» сообщают теоретические сведения о процессе электролиза.

 «Теоретики» выводят теоретически первый закон электролиза Фарадея: m = k I t и знакомят со вторым законом электролиза.

«Практики» представляют сообщение о применении электролиза.

(работа в группах 5 минут, задания группам выдаются учителем).

Учитель: работа в группах закончена, слушаем сообщения каждой группы.

Первый закон электролиза был экспериментально установлен, а второй закон был сформулирован английским ученым Майклом Фарадеем. Его имя нам с вами известно как открывателя изученного недавно явления….. (электромагнитной индукции).

«Историки» подобрали информацию о Фарадее и приготовили видеоролик. Давайте его посмотрим.

 

«Экспериментаторы» предлагают вашему вниманию следующий опыт.

  Оборудование:  стакан с чистой водой.

В  эту  воду помещаем  два  проводника,  которые  подключим  к  источнику  тока. Положительно заряженный электрод называется анодом, отрицательно заряженный – катодом. В цепь включим  лампочку и  ключ. При замыкании ключа лампочка не загорится. Вывод: электрического  тока  в цепи нет. Следовательно,  химически чистая (дистиллированная) вода является диэлектриком.

Если  мы  в эту же  ванну  поместим  сахар, лампочка снова не загорается – тока в цепи нет!

При добавлении  поваренной  соли (NaCl)  лампочка загорится. Вывод: в растворе протекает электрический  ток.

Этот опыт демонстрирует явление электролиза.

 

«Исследователи». Теоретические сведения, знакомые вам из химии, представят учащиеся этой группы.

  Электролиз был открыт в 1800 году англичанами Николсоном и Карлайлом, они разложили воду на водород и кислород, а исследовал электролиз английский физик Майкл Фарадей в 1834 году, он также ввел термины: электроды, анод, катод, электролиз, электролиты.

  Когда в   воду  попадает молекула поваренной  соли NaCl, она распадается  на  составные  части и образуются два  иона: положительный ион натрия и отрицательный ион хлора. Под  действием  электрического  поля   эти  ионы продолжают свое движение в жидкости. Когда  положительно  заряженный  ион  натрия подходит к отрицательно заряженному электроду, то  он  получает свои недостающие электроны, поэтому катод является "восстановителем".

А ион хлора,  когда подходит к положительному электроду, отдает электроны, поэтому анод является "окислителем".

“Атомы вещества каким-то образом одарены электрическими силами или связаны с ними, и им они обязаны своими наиболее замечательными качествами” (М. Фарадей)

Задание 2.   Природа электрического тока в электролитах.

 Электролитами называют…(вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток)

Химически чистая (дистиллированная) вода является……………….. (диэлектриком)

Электролитическая диссоциация – это ______________(распад молекул растворяемого вещества на положительные и отрицательные ионы в результате взаимодействия с растворителем (водой).

Степень диссоциации зависит от (температуры, концентрации раствора и электрических свойств вещества).

Ионами называются (атомы или молекулы, потерявшие или присоединившие к себе один или несколько электронов).

Положительные ионы называются (катионами), отрицательные ионы – (анионами).

Электрический ток в электролитах представляет собой (упорядоченное движение положительных и отрицательных ионов).

Электролиз – это………(прохождение электрического тока через жидкости, сопровождающееся выделением на электродах веществ, входящих в состав электролита).

Демонстрация видеоролика «Электролиз хлорида меди».

 

 «Теоретики».

Первый закон Фарадея: масса вещества , выделяющегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду , прошедшему через электролит: .

Коэффициент пропорциональности называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, которая выделяется при переносе ионами через электролит единичного заряда.

Второй закон Фарадея: электрохимические эквиваленты веществ прямо пропорциональны их химическим эквивалентам:      k1/k2=x1/x2.

Здесь – молярная масса вещества, n– валентность. Величина называется постоянной Фарадея, а отношение M/n – химическим эквивалентом.

Законы Фарадея можно объединить выражением: , или .

 

Из объединенного закона Фарадея следует, что постоянная Фарадея численно равна электрическому заряду, который нужно пропустить через электролит для выделения на электроде массы любого вещества, равной в килограммах отношению (химическому эквиваленту). Значение постоянной Фарадея в СИ: .

Масса иона равна отношению молярной массы к числу Авогадро: . Тогда полная выделившаяся масса вещества равна произведению массы одного иона на число прошедших ионов: .


Учитель: используя данную формулу , в 1874 году было впервые получено значение элементарного электрического заряда, которое было равно e = 1,6 · 10–19Кл.

Но данный закон используется не только для этого, поэтому, давайте заслушаем сообщения о практическом использовании электролиза.

«Практики». Применение электролиза (презентация).

Электролиз широко применяется в технике для различных целей. Электролитическим путем покрывают поверхность одного металла тонким слоем другого – хромирование, никелирование, омеднение. Такие покрытия защищают поверхность от коррозии.

Процесс декоративного или антикоррозийного покрытия металлических изделий тонким слоем другого металла (никелирование, хромирование, омеднение, золочение, серебрение) называется гальваностегия.

Если электролитическое покрытие будет хорошо отслаиваться от поверхности, на которую осаждается металл, то можем получить копию с рельефной поверхности. В полиграфической промышленности такие копии получают с матриц, на поверхности которых осажден толстый слой железа или другого вещества. Это позволяет получить большое количество копий печатной продукции.

Гальванопластика – это электролитическое изготовление металлических копий, рельефных предметов. Этот процесс был разработан ученым Б. С. Якоби в 1836 году.

Электрометаллургия – это получение чистых металлов (Al, Na, Mg, Be) при электролизе расплавленных руд.                         

Рафинирование металлов – это очистка металлов от примесей  с помощью электролиза, когда неочищенный металл является анодом, а на катоде оседает очищенный.

 

  1. Закрепление новых знаний.

«Жизненные» задачи.

1) Почему нельзя прикасаться к неизолированным электрическим проводам голыми руками? (Влага на руках всегда содержит раствор различных солей и является электролитом, поэтому создает хороший контакт между проводами и кожей).

2) Почему для гальванического покрытия изделия чаще используют никель и хром? (большая химическая стойкость, механическая прочность и после полировки дают красивый блеск).

3) Почему провода осветительной сети обязательно имеют резиновую оболочку, а провода, предназначенные для сырых помещений кроме того, еще просмолены снаружи? (так как влага на проводах представляет электролит и является проводником, а это может привести к короткому замыканию и пожару).

Решение задач:

  1. При электролизе раствора сульфата железа (II) за 20 минут выделилось 20 г чистого железа. Сколько выделится этого же вещества за то же время, если силу тока увеличить в 2 раза?
  2. Хромирование тонкой прямоугольной пластинки длиной 3 см и шириной 5 см в большой гальванической ванне осуществляется в течение промежутка времени 2 ч при силе тока 1,5 А. Определите толщину образовавшегося на пластинке слоя хрома. Плотность хрома 7180 кг/м3.

Электрохимический эквивалент хрома 18*10-8 кг/Кл.

  1. Через электролитическую ванну, содержащую раствор серной кислоты, в течение промежутка времени 60 мин проходил ток силой 1,2 А. Выделившийся на катоде газообразный водород собран в сосуде вместимостью 350 см3. Определите температуру водорода, если его давление 150 кПа. Электрохимический эквивалент водорода 1,04*10-8 кг/Кл.
  1. Проверка усвоения знаний (рефлексия). Проверочный тест.
  1. Какими носителями электрического заряда создается электрический ток в растворах или расплавах электролитов?

A. Только электронами;          Б. Электронами и дырками;

B. Только ионами;                   Г. Электронами и ионами.

  1. Как изменится масса вещества, выделившегося на като­де, при прохождении электрического тока через раствор электролита при увеличении силы тока в раза?

A. Не изменится;            Б. Увеличится в раза;              B. Увеличится в раза.

  1. В процессе электролиза положительные ионы перенесли на катод за положительный заряд , отрицательные ионы перенесли на анод такой же по модулю отрицательный заряд. Чему равна сила тока в цепи?

А. ;     Б. ;     В. .

  1. Какой минимальный заряд может быть перенесен элект­рическим полем через раствор или расплав электролита?

A. ;     Б. ;     B. Сколь угодно малый.

  1. При измерении электрохимического эквивалента некото­рого вещества получили график зависимости массы этого вещества, выделяющегося на электроде, от времени . Определите, чему он равен, если при этом сила тока в цепи электролитической ванны была равна .

А. ;        Б. ;   В. ;         Г. .

ОТВЕТЫ:      1/В;   2/Б;   3/В;   4/А;   5/Б

Домашнее задание. Мини-стартапы.

Учитель: можете выбрать себе домашнее задание той группы, в которой бы вы хотели поработать.

«Историки»: приготовить видеоролик об ученом – физике Борисе Семёновиче Якоби.

«Исследователи»: изучить процесс электролиза меди.

«Теоретики»: проанализировать полученную вами формулу, подумать, для каких еще исследований можно использовать первый закон Фарадея.

«Экспериментаторы»: в клубень картофеля воткните два металлических гвоздя, соедините между собой проволокой. Проволоку подключите  к гальванометру. Почему стрелка прибора отклоняется?

«Практики»: приготовить видеоролик «Применение электролиза».

Учитель: сегодня мы не только познакомились с электрическим током в жидкостях и электролизом, но и узнали, как широко он применяется. Вы проявили самостоятельность, продемонстрировали свои творческие способности.

А поводом для нашего разговора послужила эта ложка.

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ для учащихся.

«Электрический ток в электролитах. Законы электролиза Фарадея»

Задание 1. Продолжи предложения:

  1. Электрический ток – это__________________________________________________
  2. Что необходимо для существования тока? ___________________________________
  3. Какие частицы являются носителями заряда в металлах? ______________________
  4. Как изменяется сопротивление металлов с увеличением температуры? __________
  5. Сопровождается ли прохождение электрического тока в металлах переносом вещества?

Задание 2. Природа электрического тока в электролитах.

Электролитами называют____________________________________________________

__________________________________________________________________________

Химически чистая (дистиллированная) вода является_____________________________

Электролитическая диссоциация – это _________________________________________

Степень диссоциации зависит от ______________________________________________

Ионами называются ________________________________________________________ Положительные ионы называются _____________, отрицательные ионы ____________

Электрический ток в электролитах представляет собой  _______________________

__________________________________________________________________________

Электролиз – это ___________________________________________________________

__________________________________________________________________________

Задание 3. Вывод законов электролиза Фарадея.

 

 

 

 

Задание 4. «Жизненные задачи».

1) Почему нельзя прикасаться к неизолированным электрическим проводам голыми руками?

2) Почему для гальванического покрытия изделия чаще используют никель и хром?

3) Почему провода осветительной сети обязательно имеют резиновую оболочку, а провода, предназначенные для сырых помещений кроме того, еще просмолены снаружи?

 

Решение задач.

  1. При электролизе раствора сульфата железа (II) за 20 минут выделилось 20 г чистого железа. Сколько выделится этого же вещества за то же время, если силу тока увеличить в 2 раза?
  2. Хромирование тонкой прямоугольной пластинки длиной 3 см и шириной 5 см в большой гальванической ванне осуществляется в течение промежутка времени 2 ч при силе тока 1,5 А. Определите толщину образовавшегося на пластинке слоя хрома. Плотность хрома 7180 кг/м3.

Электрохимический эквивалент хрома 18*10-8 кг/Кл.

  1. Через электролитическую ванну, содержащую раствор серной кислоты, в течение промежутка времени 60 мин проходил ток силой 1,2 А. Выделившийся на катоде газообразный водород собран в сосуде вместимостью 350 см3. Определите температуру водорода, если его давление 150 кПа. Электрохимический эквивалент водорода 1,04*10-8 кг/Кл.

Задание 5. Проверочный тест.

  1. Какими носителями электрического заряда создается электрический ток в растворах или расплавах электролитов?

A. Только электронами;          Б. Электронами и дырками;

B. Только ионами;                   Г. Электронами и ионами.

  1. Как изменится масса вещества, выделившегося на като­де, при прохождении электрического тока через раствор электролита при увеличении силы тока в раза?

A. Не изменится;            Б. Увеличится в раза;              B. Увеличится в раза.

  1. В процессе электролиза положительные ионы перенесли на катод за положительный заряд , отрицательные ионы перенесли на анод такой же по модулю отрицательный заряд. Чему равна сила тока в цепи?

А. ;     Б. ;     В. .

  1. Какой минимальный заряд может быть перенесен элект­рическим полем через раствор или расплав электролита?

A. ;     Б. ;     B. Сколь угодно малый.

  1. При измерении электрохимического эквивалента некото­рого вещества получили график зависимости массы этого вещества, выделяющегося на электроде, от времени . Определите, чему он равен, если при этом сила тока в цепи электролитической ванны была равна .

А. ;        Б. ;   В. ;         Г. .

 

Информация о публикации
Загружено: 20 января
Просмотров: 5479
Скачиваний: 27
Починок Татьяна Борисовна
Физика, 10 класс, Уроки
Скачать материал