Электролиз. 11-й класс

Цели:

• изучение электролиза расплавов и растворов электролитов как пример окислительно-восстановительных реакций;
• объяснять: процессы, протекающие на электродах; получение отдельных металлов с разной химической активностью, неметаллов, протекание окислительно-восстановительных реакций в зависимости от активности ионов и среды реакции, применение электролиза в народном хозяйстве;
• развить умение работать на компьютере;
• развить познавательный интерес, умения действовать самостоятельно, воспитание культуры умственного труда;
• научить оформлять работу.

Оборудование: таблицы “Растворимость кислот, солей, оснований в воде”, “Электрохимический ряд напряжений металлов”, “Электрохимическое производство”, ПК, проектор.

Ход урока

План урока

1. Организация урока.

Учитель: Ребята, мы с вами продолжим изучение химических реакций. Тема урока “Электролиз”.

Домашнее задание: параграф 19, вопросы 7-10, задача 15.37(Хомченко), задачи №2,3 (стр. 89), материалы ЕГЭ В-3.

II. Изучение новой темы.

Мы должны знать:

- какие реакции называются электролизом;

- какие вещества подвергаются электролизу;

- как происходит электролиз: а) расплавов, б) растворов различных электролитов;

- применение электролиза.

Электролиз - окислительно-восстановительные реакции, протекающие на электродах, если через раствор или расплав электролита пропускают постоянный электрический ток.

1. Электролизу подвергаются расплавы и растворы электролитов.

2. При электролизе химическая реакция осуществляется за счет энергии электрического тока, подводимой извне.

3. Электролиз проводят в особых приборах – электролизерах. Основные процессы протекают на электродах – катодах и анодах.

Рассмотрим протекание электролиза на инертных электродах:

Электролиз расплавов хлорида натрия, йодида калия, получение алюминия (использование таблицы “Электрохимическое производство”):

а) NaCl >Na⁺ + Cl^-

на катоде (“-”) Na⁺ + 1e —> Na⁰

на аноде (“+”)

Cl^- – 1e —> Cl⁰

Cl⁰ + Cl⁰ —> Cl₂ ^

2NaCl_р-в —> 2Na⁰ + Cl⁰₂

б) KI >K⁺ + I^-

на катоде (“-”) K⁺ + 1e > K⁰

на аноде (“+”)

I^- – 1e —> I⁰

I⁰ + I⁰ —> I₂ ^

2KI_р-в —> 2K⁰ + I⁰₂

в) Современный способ получения алюминия изобрели американец Ч.Холл и француз П.Эру в 1886 году из раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. В результате чего стоимость алюминия резко упала: если в 1854 году стоимость 1 кг алюминия составила 1200 рублей, т.е. в 270 раз дороже серебра, то в 1899 году - 1 рубль.

Выводы:

Металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений левее марганца, получают из расплавов солей.

Алюминий получают из раствора оксида в расплавленном криолите.

2. Электролиз растворов солей имеет особенности, т. к. в реакции могут участвовать еще молекулы воды. При электролизе растворов солей с инертным электродом используют следующие правила (работа по таблице “Электрохимическое напряжение металлов”):

а) на катоде (“-”) восстанавливается вода и выделяется водород, если металл расположен левее марганца,

б) восстанавливается металл, если металл расположен правее водорода;

в) если металл находится между марганцем и водородом, то в зависимости среды реакции могут восстанавливаться металл и водород.

На аноде (“+”) происходит окисление:

выделяется неметалл

I^-, Br^-, S^2-, Cl^-,

выделяется кислород O₂

OH^-, F^-, SO₄^2-, NO₃^-, PO₄^3-, CO₃^2-

Протекает та реакция, которая требует наименьшую затрату энергии.

Электролизу подвергаются соли органических кислот по следующей схеме:

2R-COO^- – 2e —> R-R + 2CO₂ ^

Выполнение задания 15.41. (по Хомченко)

NaCl —>Na⁺ + Cl^-

H₂O

на катоде (“-”) 2H⁺¹₂O^-2 + 2e —> H₂ + 2OH^-

на аноде (“+”)

Cl^- – 1e > Cl⁰

Cl⁰ + Cl⁰ > Cl₂ ^

Суммарный процесс:

2NaCl + 2H₂O —> H₂^ + Cl₂ + 2NaOH

Металлы, расположенные левее марганца, можно получить из расплавов солей.

FeSO₄ —> Fe²⁺ + SO^2-₄

на катоде (“-”) Fe²⁺ + 2e —> Fe⁰ восстановление

на аноде (“+”) 2H₂O^-2 - 4e —> О₂ + 4H⁺

Суммарное уравнение:

2FeSO₄ +2H₂O —> 2Fe⁰ + О₂ + 2H₂SO₄

Пример 1. Электролиз водного раствора хлорида бария на инертных электродах:

BaCl₂ —> Ba²⁺ + 2Cl^-

H₂O

на катоде (“-”) 2H⁺¹₂O^-2 + 2e —> H₂ + 2OH^-

на катоде восстанавливаются молекулы воды

на аноде (“+”)

Cl^- – 1e —> Cl⁰

Cl⁰ + Cl⁰ > Cl₂

BaCl₂ + 2H₂O —> H⁰₂ + Cl⁰₂ + Ba(OH)₂

Пример 2. Электролиз раствора гидроксида рубидия:

RbOH —> Rb⁺ + OH^-

H₂O

на катоде (“-”) 2H⁺¹₂O^-2 + 2e —> H₂ + 2OH^-

на аноде (“+”)

2H₂O + 4e —> O₂ + 4H⁺

2H₂O —> 2H₂ + O₂ , т.е. гидроксид рубидия RbOH не участвует.

Пример 3. Задача №4 (стр. 89 учебника):

При электролизе водного раствора нитрата серебра (I) выделилось 5,6 л газа. Сколько граммов металла отложилось на катоде?

Ответ: на катоде отложилось 108 г серебра.

Сообщения учащихся о применении электролиза.

1-й ученик: Электролитическое осаждение металлов из растворов солей на поверхность изделий – гальванотехника – появляется в первой половине 19 веке и она связана с именем русского ученого и инженера Б.С.Якоби. В 1838 году он получил тонкие металлические копии с предметов сложной формы. Этот способ был назван гальванопластикой и в наши дни нашел широкое применение в полиграфии и в монетном деле.

2-й ученик: Гальванотехника ученым была использована и в других целях: если в качестве катода использовать металлическую деталь или конструкцию, то они будут покрываться тонкой металлической пленкой. Этот способ нанесения покрытий, называемый гальваностегией, применяют для защиты железных и стальных изделий от коррозии. Оцинкование, хромирование, никелирование, лужение (оловом), меднение, золочение, серебрение, платинирование – это отдельные виды гальваностегии.

Учитель: Электролиз используют для очистки меди, никеля, свинца, серебра, золота (электролитическое рафинирование). Электролизом получают активные металлы отличающиеся высокой чистотой, активные неметаллы (хлор, фтор), сложные вещества, широко применяемые в химической промышленности (например, едкий натр, едкий калий, хлорат калия и др.). Получают электронные платы, служащие основой всех электронных изделий (чипы, микросхемы, сотовые телефоны, цифровые фотоаппараты, приборы для управления движением, приборы регулирующие отопление, компьютеры).

А как получают платы? На диэлектрик наклеивают тонкую медную пластину, особой краской наносят сложную картину соединяющих проводов. Пластинку помещают в электролит, где вытравливаются незакрытые краской участки медного слоя, потом краска смывается и на плате появляются детали микросхем.

3-й ученик: Для ремесленников и любителей гальванотехники исследователями были опубликованы многочисленные пособия и руководства. Первой книгой на татарском языке была “С?наиге галфания” К.Насыри. Она была издана в Императорском университете Казани в 1900 году. Татарские ювелиры с древних времен славились изготовлением прекрасных ювелирных изделий. Однако в их технологии использовались не только золото и серебро, но и другие металлы и сплавы с нанесением на них золотых и серебряных покрытий путем амальгамирования, т.е. нанесения на поверхность изделия растворенного в ртути золота или серебра, а пары ртути вредны для здоровья человека. Поэтому для татарских ремесленников книга К.Насыри была крайне необходима.

Учитель: Спасибо за интересные сообщения.

Самостоятельная работа на компьютере.

Установите соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется при электролизе водного раствора этого вещества:

	I вариант		II вариант
	на катоде		на аноде
	формула вещества		продукт электролиза
а	AuCl3	1	алюминий
б	RbOH	2	рубидий
в	Hg(NO3)2	3	золото
г	AlCl3	4	водород
д	CuCl2	5	медь
е	H2O	6	кислород
ж	KCl	7	ртуть
з	CuSO4	8	хлор

Ответы

на катоде:
а	б	в	г	д	е	ж	з
3	4	7	4	5	4	4	5
на аноде:
а	б	в	г	д	е	ж	з
8	6	6	8	8	6	8	6

Учитель: Масса полученного на электроде вещества определяется на основании закона Фарадея следующим математическим выражением:

m = M*I*t/ n*F,

где M - молярная масса данного вещества, образовавшегося в результате электролиза, I - сила тока, пропущенного через вещество или смесь веществ (раствор, расплав), t - время, в течение которого проводился электролиз, F - постоянная Фарадея, n - число участвующих в процессе электронов, которое при достаточно больших значениях силы тока равно абсолютной величине заряда иона (и его противоиона), принявшего непосредственное участие в электролизе (окисленного или восстановленного).

Задача. Определите время, необходимое для осаждения на катоде 6,4 г меди при пропускании постоянного тока силой 5,36 А через водный раствор сульфата меди (II).

Решение:

t = m*n*F / M*I,

t = 6,4 * 2* 26,8 / 64 * 5,36 = 1 ч.

Ответ: 1 час.

Подведение итогов.

Учитель: Спасибо за урок.

Оценивается участие учащихся в проведении урока.

Список литературы

1. Г.Е.Рудзитис, Ф.Г.Фельдман Химия. Основы общей химии. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый уровень – М.:Просвещение, 2009.
2. И.Г.Хомченко “Сборник задач и упражнений по химии для средней школы”, М., “Новая волна”, 2002.
3. Н.Е.Кузьменко, В.В.Еремин, В.А.Попков “Начала химии”, М., “Экзамен”, 2000.
4. Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н. Сотский “Физика” 10 кл., М., Просвещение, 2008.
5. Н.Л.Глинка “Общая химия”, М., “Интеграл – пресс”, 2005, с.281-286.
6. ЕГЭ, Химия. Типовые тестовые задания. Ю.Н.Медведев, М., изд-во “Экзамен”, 2007-2010.
7. Энциклопедический словарь юного химика, М., изд-во “Педагогика”, 1982, с.77, 78.
8.