Девиз: “Чтобы познать, нужно научиться наблюдать!”

Цели:

• расширить кругозор учащихся и повысить познавательный интерес к изучению химии и физики;
• формировать навыки самостоятельной и исследовательской работы при выяснении природы электрического тока в жидкостях; при выведении закона электролиза;
• развивать логическое мышление учащихся посредством анализа, сравнения, обобщения изучаемого материала;
• использовать свои знания для решения практических задач.

Оборудование:

• ТСО, слайды “Механизм электролитической диссоциации хлорида натрия”.
• Видеофрагмент “Электролиз”.
• Сосуд-электролизер U-образный.
• Прибор для опытов с электрическим током.
• Кристаллическая решетка хлорида натрия.
• Модель молекулы воды.

Реактивы: кристаллический хлорид натрия, дистилированная вода, раствор щелочи, раствор хлорида натрия, фенолфталеин.

ХОД УРОКА

Наблюдательность – это сосредоточенность, внимательное отношение к деталям, изобретательность и настойчивость.

Г.Сиборг

I. Фронтальный опрос

Учитель физики:

1. В каких состояниях может находится вещество?
2. На какие группы делятся вещества по проводимости электрического тока?
3. Какая проводимость в металлах?
4. Чем обусловлена собственная проводимость полупроводников?
5. Какая проводимость в газах?
6. Проводимости каких веществ мы еще не рассматривали?

– Мы переходим к новой теме “Электрический ток в жидкостях”.

II. Изучение нового материала

Учитель химии: Для исследования электропроводности растворов воспользуемся прибором для опытов с электрическим током.
Исследуем электропроводность кристаллического вещества – хлорида натрия. Вывод: кристаллический хлорид натрия не пропускает электрический ток.
Исследуем электропроводность дистиллированной воды. Вывод – тот же. Что же произойдет при растворении хлорида натрия в воде?
Мы наблюдаем, что раствор хлорида натрия проводит электрический ток.
А что такое электрический ток? (Электрический ток есть направленное движение заряженных частиц.)
Откуда в растворе появились свободно заряженные частицы? Рассмотрим механизм образования ионов в растворе (проецирование слайдов на экран).
В молекулах хлорида натрия связь ионная, и состоят из ионов натрия и хлора, но ионы в кристалле не могут свободно перемещаться.
Молекула воды образуется при помощи ковалентных полярных связей, разорвать которые трудно. Но в растворе появляются ионы.
Вода – полярное вещество, так как атомы, входящие в ее состав, отличаются величиной электроотрицательности, За счет избыточного положительного заряда на водороде и отрицательного заряда кислорода вода способна притягивать к себе заряженные частицы и полярные молекулы, вследствие чего происходит углубление поляризации связи молекулы. При растворении хлорида натрия в воде ионы его взаимодействуют с диполями воды с той силой, с какой диполи воды притягивают к себе ионы натрия и хлора. А так как силы притяжения между ионами натрия и хлора меньше, чем сила ковалентных связей в воде, то хлорид натрия в воде диссоциирует по схеме:

Итак, водный раствор хлорида натрия состоит из заряженных частиц, и поэтому данный раствор является электролитом.

Выводы:

1. При растворении электролитов под влиянием электрического поля полярных молекул воды происходит распад молекул электролитов на ионы – этот процесс называется электролитической диссоциацией.
2. При тепловом (хаотическом) движении может происходить обратный процесс - рекомбинация – ионы разных знаков при встрече могут снова объединиться в нейтральные молекулы. В растворе электролита наряду с ионами находятся и молекулы.

Учитель физики: А как эти ионы движутся? Хаотически – тепловое движение. А можно ли сделать его направленным? Да, если пропустить через раствор или расплав электролита постоянный электрический ток. Под действием электрического поля ионы приобретают упорядоченное движение, т.е. отрицательные ионы перемещаются к положительному электроду – аноду, а положительные ионы к отрицательному электроду – катоду. Таким образом установится электрический ток. Как называется эта проводимость?
Поскольку перенос заряда в водных растворах электролитов осуществляется ионами, такую проводимость называют ионной.

Учитель химии: (демонстрация переноса вещества) В U-образную трубку нальем раствор хлорида натрия, в левое колено добавим фенолфталеин (для чего?), правую отводящую газоотводную трубку поместим в раствор щелочи и подключим к источнику постоянного тока. Наблюдаем, что на электродах началось выделение газов, в левой части раствор окрасился в малиновый цвет.

Именно так на производственном объединении нашего города “Каустик” получают свой главный продукт “каустик” - гидроксид натрия. Обратили внимание мы опыт проводим в вытяжном шкафу, и выделяющий хлор поглощается раствором щелочи, так как хлор является ядовитым газом.

Выступление учащегося: “Физиологическом действии хлора на организм человека”.

Хлор – ядовитый газ, он обладает сильным раздражающим действием и является едким веществом. Хлор оказывает раздражающее и общетоксическое действие на организм. В малых концентрациях он раздражает слизистые оболочки верхних дыхательных путей вследствие образования во влаге слизистых оболочек соляной и хлорноватистой кислот. При больших концентрациях хлор может вызвать мгновенную смерть от одного только вдоха из-за рефлекторного торможения дыхательного центра. При контакте хлора с кожей появляется дерматит, иногда переходящий в экзему. Хлор способен нарушать структуру двойной спирали ДНК. ПДК(Cl₂) = 1,0 мг/м³.
При отравлениях хлором ощущается слабость, наблюдается постоянный небольшой кашель, резь в глазах, боль в груди, происходит отек слизистых оболочек зева и гортани, покраснение век, легкая одышка. Пострадавшему от хлора необходим чистый воздух, полный покой. Глаза, нос и рот его промывают раствором гидрокарбоната натрия с массовой долей 2%. Экстренная мера помощи – вдыхание сероводорода с ватки, смоченной сероводородной водой. После оказания первой помощи пострадавшему необходима его немедленная госпитализация.
Известны случаи смерти людей через несколько дней после перенесенного на ногах отравления хлором.

Учитель химии: Этот процесс называют электролизом. Процесс выделения на электроде вещества, связанный с окислительно-восстановительными реакциями, называют электролизом.

Учитель физики: Итак, при электролизе на катодах происходит выделение вещества. От чего зависит масса вещества, выделяющегося за определенный промежуток времени? Масса вещества, выделившегося на электроде равна:

m = m_oi • Ni ,

где m_oi – масса одного иона,
N_i – число ионов, достигших электродов.

Из курса физики и химии мы уже энаем:

m_oi = M/N_А,

где М – малярная масса, N_А – число Авогадро.

Ni = q/q_oi, но q_oi = n · e , q = I • t,

где n – валентность,
е – заряд электрона,
I – сила тока,
t – время

Получаем m = M/NA · I t / n · e , или m = M/NA· n • e • I t

Если введем постоянную k = M/NA· n • e , то получаем m = k• I t ,

где k – электрохимический эквивалент вещества, коэффициент пропорциональности, зависящий от природы вещества.

Вывод: масса вещества, выделившегося на электроде за время t при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока и времени. Это утверждение, полученное нами теоретически, впервые было установлено экспериментально Фарадеем, носит название закона электролиза Фарадея.

Выступление учащегося: Майкл Фарадей (1711 – 1867) – английский физик, основоположник учения об электрических и магнитных полях. М.Фарадей родился в предместье Лондона в семье кузнеца. Свое образование он получил в начальной школе. В возрасте 13 лет ему пришлось поступить учеником в переплетную мастерскую. Увлекшись чтением книг, особенно по электричеству и химии, Фарадей начинает сам проделывать описанные в них опыты. И в 1813 году (22 года) он был принят на работу в лабораторию известного английского химика Г.Дэви. Так сказал о нем Столетов: “Никогда со времени Галилея свет не видел стольких поразительных и разнообразных открытий, вышедших из одной головы, и едва мы скоро увидим другого Фарадея…”

Учитель физики: А сейчас решим задачу на данный закон Фарадея.

Задача: При никелировании детали в течении 50 минут сила тока, проходящего через ванну, была равна 2 А. Какова масса, выделившегося вещества на детали, если электрохимический эквивалент никеля k = 3 · 10 в степени – 7 кг/Кл?

Учитель химии: Любое научное открытие интересно только тогда, когда находит практическое применение.

1. Электролиз широко используется для получения наиболее активных металлов (щелочных, щелочно-земельных, алюминия, магния), некоторых активных неметаллов (фтор, хлор) и сложных веществ (гидроксида натрия и калия).
2. Для очистки металлов от примесей (рафинирование). Так полученную из руды неочищенную медь отливают в форме толстых листов, которые помещают в ванну в качестве анодов. При электролизе медь анода будет растворяться, примеси выпадают на дно, на катоде, сделанном из особо чистой меди будет оседать чистая медь.Дорого обходится такая рафинированная медь с примесью всего 0,1% и менее, но все затраты покрываются стоимостью извлеченных из нее серебра, золота, селена, теллура.
3. Электролитическим путем покрывают поверхность одного металла тонким слоем другого ( никелем, хромом, оловом, золотом и т.д) для защиты поверхности от коррозии.
4. Если на поверхность металла нанести слой графита, то электролизом можно получить точную копию с рельефной поверхности. Это гальфанопластика, открыт русским ученым Б.Якоби, который в 1836 г применил этот способ для изготовления полых фигур в Исааковском соборе в Санк-Петербурге.

III. Закрепление

Просмотр видеофрагмента “Электролиз”.

Тест:

1. При электролитической диссоциации в растворе электролита присутствуют:

А) молекулы,
Б) ионы,
В) гидратированные ионы.

2. Какая проводимость наблюдается в жидкостях?

А) электронная,
Б) ионная,
В) электронно-ионная

4. Чем отличается проводимость электролитов от проводимости в металлах?

А) ни чем,
Б) в электролитах ионы, в металлах ионы и электроны,
В) в электролитах – ионы, в металлах – электроны.

5. Каким ученым связано развитие гальванотехники:

А) М.Фарадей,
Б) Б.Якоби,
В) С.Аррениус

6. Задача. При силе тока 1,6 А на катоде выделилась медь массой 0,316 г за 10 минут. Найдите значение k меди.

Ответы: 1 – В, 2 – Б, 3 – В, 4 – Б, 5 – 3,3·10 в степени – 7 кг/Кл

IV. Подведение итогов. Оценки за урок

V. Домашнее задание