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:
- В каких состояниях может находится вещество?
- На какие группы делятся вещества по проводимости электрического тока?
- Какая проводимость в металлах?
- Чем обусловлена собственная проводимость полупроводников?
- Какая проводимость в газах?
- 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:
- При растворении электролитов под влиянием электрического поля полярных молекул воды происходит распад молекул электролитов на ионы – этот процесс называется электролитической диссоциацией.
- 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 = moi • Ni ,
где moi – масса одного иона,
Ni – число ионов, достигших электродов.
Из курса физики и химии мы уже энаем:
moi = M/NА,
где М – малярная масса, NА – число Авогадро.
Ni = 
q/qoi,
но qoi = 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.
- 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).
- 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.
- Электролитическим путем покрывают поверхность одного металла тонким слоем другого ( никелем, хромом, оловом, золотом и т.д) для защиты поверхности от коррозии.
- 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