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.
Задачи занятия:
совершенствовать знания о связях процессов в природе. Способствовать совершенствованию интеллектуальных умений (анализа, прогнозирования, умения устанавливать причинно-следственные связи). Продолжить формирование ценностного отношения к исследовательской деятельности как основному способу получения знаний в химии и физике.Оборудование:
интерактивная доска, диск с кинофрагментами "испытание веществ на электрическую проводимость", "электролиз".Методы обучения:
частично-поисковый, проблемный, экспериментальный.Методы контроля:
устный, письменный, тесты.Формы работы:
индивидуальная, групповая, фронтальная, Т.С.О., Т.V, компьютерная поддержка.Девиз:
"Чтобы познать, нужно научиться наблюдать!"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.
ВИДЕО 1 (испытание веществ на электрическую проводимость)
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).
ВИДЕО 2 (электролиз).
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:
В молекулах сульфата меди связь ионная, и состоят из ионов меди и сульфат-ионов, 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 сульфата меди в воде ионы его взаимодействуют с диполями воды с той силой, с какой диполи воды притягивают к себе ионы меди и сульфат-ионы. А так как силы притяжения между ионами сульфата меди меньше, чем сила ковалентных связей в воде, то сульфат меди в воде диссоциирует по схеме:
Итак, водный раствор сульфата меди 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 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.
где n - валентность,
е - заряд электрона,
I - сила тока,
t - время
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 времяt 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.
Учитель химии.
Заключение.
- Электрический ток в жидкостях создается движением ионов.
- Причины их появление электрическая диссоциация.
- Электролиз - сложный процесс, происходящий не только внутри жидкости, но и на электродах.
- При создании определенных условий можно получить целевой продукт с заранее заданными свойствами.
IV. Для закрепления изученного материала можно предложить учащимся выполнить тест с последующей взаимопроверкой
(приложение 1).V. Подведение итогов. Оценки за урок.
VI. Домашнее задание