Цели урока: разъяснить физическую природу электропроводности жидких проводников (электролитов), закрепить и углубить практические навыки учащихся (навыки пользования приборами), расширить научно-технический кругозор.
Оборудование: химические стаканы с дистиллированной водой, растворами поваренной соли, сахара, соды, медного купороса. Источники постоянного тока, низковольтные лампы на подставке, амперметры, медные и угольные электроды с держателями, электролитические ванны, соединительные провода, ключи, спиртовки, снег.
ХОД УРОКА
I. Организационный момент.
II. Повторение.
На предыдущих уроках мы изучали электрический ток в различных средах и выяснили, что у различных проводников природа тока разная.
Вопросы для повторения:
1. Вспомните, какой проводимостью обладают металлы?
2. Полупроводники?
3. Газы?
4. Как создаётся электрический ток в вакууме?
III. Содержание нового материала:
Целью нашего урока является объяснение природы тока в электролитах, выяснение некоторых особенностей электролиза и его применение.
Как известно из курса химии, к проводникам относятся растворы электролитов: солей, кислот и оснований.
Проверим на опытах электропроводность дистиллированной воды, поваренной соли, сахара и соды. Учащиеся выполняют фронтальные экспериментальные задания, текст которых написан на карточках.
Фронтальные экспериментальные задания по теме"Электрический ток в жидкостях"
I. Приборы и материалы:
Химический стакан с дистиллированной водой, сахар, сода, раствор поваренной соли, источник постоянного тока, низковольтная лампа на подставке, амперметр, электроды медные с держателем, соединительные провода, ключ.
II. Порядок выполнения работы:
Соберите электрическую цепь, соединив последовательно источник тока, электрическую лампу, сосуд с водой, в который погружены электроды, ключ.
Задание №1.
Покажите, что дистиллированная вода не проводит электрический ток.
Задание №2.
Покажите, что раствор поваренной соли проводит электрический ток.
Задание №3.
Исследуйте электропроводность других растворов.
Выводы записываются на доске.
- Дистиллированная вода и раствор сахара – диэлектрики.
- Раствор поваренной соли и соды – проводники.
Почему? На экране через проектор демонстрируется буклет (СД – диск), состоящий из четырёх частей. (Это анимация процессов, происходящих в электролитах под воздействием тока, выполненная предварительно на компьютере учеником 10 кл, владеющим программой Flash, Михеевым Денисом).
В первой части буклета демонстрируется, что дистиллированная вода не проводит ток. Во второй части, что при добавлении поваренной соли – ток проходит. В третьей части демонстрируется процесс распада молекул электролитов на ионы под влиянием электрического поля полярных молекул воды. Определение электролитической диссоциации учащиеся записывают в тетради. В четвёртой части демонстрируется, что при ионной проводимости прохождение тока связано с переносом вещества. На электродах происходит выделение веществ, входящих в состав электролита. Учащиеся записывают в тетрадях определение электролиза.
Учитель демонстрирует электролиз меди.
Выясним некоторые особенности тока в жидкостях.
Работа учащихся в группах
Первая группа выясняет зависимость R от L и S проводящего “русла”.
Вторая группа изучает явление поляризации.
Третья группа выясняет зависимость R от температуры.
Задания группамЗадание первой группе
Исследуйте зависимость сопротивления раствора электролита от длины и площади поперечного сечения.
Соедините последовательно источник тока, амперметр, ключ и электроды, опущенные в раствор поваренной соли налитый в электролитическую ванну.
Замкните цепь. Запишите показания амперметра.
1) Мысленно выделите проводящее “русло” – “столб жидкости” и определите его длину, измерив, расстояние между электродами. Затем раздвиньте электроды. Как изменилась сила тока? Сделайте вывод о зависимости сопротивления от длины.
2) Погружайте электроды на различную глубину в раствор, фиксируя каждый раз размеры проводящего “русла” и ведя при этом наблюдения за показаниями амперметра. Сделайте вывод о зависимости сопротивления проводника от толщины “русла”.
Задание второй группе
Покажите явление поляризации при электролизе. В раствор поваренной соли опустите угольные электроды, закреплённые в держателе. Соедините электроды через амперметр и ключ с источником тока. Наблюдайте выделение пузырьков газа на электродах: на катоде выделяется водород, на аноде – хлор.
Между электродами возникает некоторое напряжение, обратное приложенному. При этом сила тока убывает.
Через 1–2 мин зарядку прекращают. Затем отключите источник тока и соедините электроды с электрической лампой. Она ярко вспыхивает.
Сделайте вывод о полезном применении поляризации в аккумуляторах.
В процессе выполнения этой работы учащиеся собирают наиболее доступный по оборудованию простейший газовый аккумулятор. Производят зарядку и разрядку аккумулятора.
Задание третьей группе
Покажите, что электропроводность растворов изменяется с изменением температуры.
В химический стакан налейте дистиллированной воды, в воду опустите электроды, которые через амперметр соединены с источником тока. Добавьте в стакан раствор поваренной соли. Заметьте показания амперметра. Нагрейте колбу над пламенем спиртовки. Как изменились показания амперметра?
Погрузив, после этого колбу в снег наблюдайте изменение показаний амперметра.
Сделайте вывод.
Отчёты группКаждая группа рассказывает, что и как они изучали и к какому результату пришли. Выводы записываются на доске:
- Сопротивление раствора электролита прямо пропорционально длине и обратно пропорционально площади сечения “русла”.
- Наблюдение явления поляризации. Вольт – амперная характеристика для электролитов (Рис. 1). За счёт явления поляризации график смещен.
- С повышением температуры сопротивление уменьшается (Рис. 2).
 Рис. 1 |
 Рис. 2 |
Объяснение явления поляризации.
Если производить электролиз раствора серной кислоты, то на электродах выделяется газ. На катоде – водород, на аноде – кислород. Образуются пузырьки газа. Газ плохой проводник электричества, поэтому сопротивление увеличивается, а сила тока уменьшается. Эти атомы могут соединяться по два в молекулы соответствующих газов. Но атомарные водород и кислород могут не только соединяться в молекулы, они могут и "растворяться", то есть уходить в раствор в виде “+” и “–” ионов. При таком процессе каждый уходящий в раствор ион водорода оставляет “свой” электрон на положительном электроде источника. Каждый “растворяющийся” атом кислорода забирает два электрона с катода (такой ион О– устремляется к аноду, а ион Н+ устремляется к катоду). При объяснении учитель использует самодельную таблицу (Рис. 3), на которой нарисованы два электрода, подключенные к источнику постоянного тока. На электроде, подключенном к “+” полюсу нарисованы плюсы. На электроде, подключенном к “–” полюсу нарисованы минусы и сверху скотчем прикреплены кружочки с минусами (электроны) (Рис. 3а). Возле электродов скотчем закрепляются кружочки – атомы кислорода возле катода и атомы водорода возле анода. Атомы водорода – кружочек с "+" и сверху скотчем прикреплён кружочек-электрон, он в дальнейшем перейдёт на А (Рис. 3б). При объяснении поляризации учитель показывает перемещение электронов (кружочков с минусами). С К два электрона переходят на атом кислорода, а с атома водорода один электрон переходит на А.
Образуется новый элемент с газовыми "электродами" (Рис. 3 в, г). Его ЭДС уменьшает ЭДС источника. Происходит поляризация элемента – уменьшение его ЭДС вследствие появления газового элемента.
Рис. 3
Для уменьшения поляризации можно время от времени вынимать электроды и счищать газовый столб. Это механическая деполяризация.
Удобнее добавить в раствор какое-либо соединение, богатое кислородом и не взаимодействующее с раствором и электродами источника – деполяризатор. В момент "рождения" водород очень активен химически и, соединяясь с кислородом деполяризатора, "связывается" в воду и не образует газового элемента. Такие гальванические элементы называются неполяризующимися.
Если убрать источник тока и подключить лампу, то она ярко вспыхивает.
Явление поляризации вредное в гальванических элементах, находит полезное применение в аккумуляторах.
Сообщения учащихся по темам:
1) Аккумуляторы.
2) Гальваностегия.
3) Гальванопластика.
4) Рафинирование меди.
Заключение: Итак, мы изучили природу тока в жидкостях – ионная. Рассмотрели особенности тока в жидкостях и применение электролиза в технике. Увидели, как тесно связаны физические и химические знания. Расширили свой научно-технический кругозор.
III. Домашнее задание.
§ 79. Составить таблицу: "Сходства и различия в электропроводимости металлических и жидких проводников".
1) Свободные носители электрического заряда.
2) Вольт – амперная характеристика.
3) Прохождение электрического тока по проводнику.
4) Зависимость сопротивления от размеров проводника.
5) Зависимость сопротивления от температуры.