Цель урока: изучение механизма электролиза как окислительно-восстановительного процесса, происходящего в системе водных растворов и расплавов под действием электрического тока.
Задачи урока:
- сформировать основные понятия: электролиз, катод, анод, катион, анион, гальванический элемент;
- раскрыть механизм реакции, происходящих на катоде и аноде в водном растворе и расплаве;
- рассмотреть промышленное значение электролиза;
- продолжить формирование: основных компетентностей (информационной, коммуникативной, компетенции решения проблем) учащихся, критичности мышления, умения защитить свою точку зрения при решении общей проблемы, умения работать в группе и индивидуально;
- воспитывать трудолюбие и уважение.
Технологии, используемые на уроке: ИКТ, здоровьесберегающие, интерактивная.
Методы: словесно-наглядные (с применением презентации), работа в дифференцированных группах, практический, поисковый.
ХОД УРОКА
Психологическая пауза – мудра «Лестница небесного храма» (улучшение настроения, избавляет от состояния апатии, придает уверенность в свои силы).
Цель и задачи урока: (определяется учащимися)
При взаимодействий вещества с водой, происходит его растворение, диссоциация. При взаимодействий соли – гидролиз. А если на вещество в растворе или в расплавленном состоянии подействовать электрическим током, что произойдет?
Высказывания проходят корректировку. Удачное – определяет цель урока. Постановка задач.
Постановка задач для раскрытия темы (работа в микрогруппах):
Предложенный учащимися план работы над темой:
1) какой процесс называется – электролизом?
2) как происходит данный процесс?
3) условия осуществления электролиза.
4) значение электролиза в жизни человека.
I. Работа над понятиями: Электролиз –«электро» – «лиз» – процесс разложения сложного вещества на более простые под действием электрического тока (мнение учащихся выслушивается по всем понятиям и редактируется)
Цепочка научных определений (для записи в тетради)
«Электролиз» – химические реакции,
протекающие под действием электрического
тока на электродах, помещенных в раствор, расплав
или твердый электролит.
«Электролит» – вещество, проводящее
электрический ток.
«Электрод» – проводник, имеющий
электронную проводимость и находящиеся в
контакте с ионным проводником.
«Катод» – отрицательно заряженный
электрод, на котором происходит процесс
восстановления.
«Анод» – положительно заряженный
электрод, на котором происходит процесс
восстановления.
«Катионы» – положительно
заряженные ионы.
«Анионы» – отрицательно заряженные
ионы.
«Гальванический элемент» – ? (остается не
записанным до рассмотрения, дом задание).
II. Работа в группах переменного состава.
Вам выданы информационные карты. Внимательно их прочитайте. Выделите главное. Найдите описание химического процесса при электролизе алюминия и электролизе поваренной соли. Запишите основные химические реакции, лежащие в основе данных процессов. (см. приложение)
Группа № 1: расплав кремнезема электрический ток алюминий + кислород
K (–) Al3+ + 3e = Al0
A(+) O2– – 2e = O0
O0 + O0 = O2Al2O3 электр.ток Al + O2
Группа №2: раствор поваренной соли электрический ток водород + хлор + едкий натр
K(–)
Na+
H+ + 1e = H0
H0 + H0 = H2A(+)
Cl– – 1e = Cl0
Cl0 + Cl0 = Cl2
OH–NaCl + H2O электрический ток H2 + Cl2 + NaOH
На аноде анионы окисляются.
На катоде катионы восстанавливаются.
Электролиз – окислительно –
восстановительный процесс.
III. Работа в парах
А если взять расплав поваренной соли и раствор хлорида алюминия, какие продукты электролиза получим.
AlCl3 + H2O электрический ток ? +?
NaCl электрический ток ? +?
Физзарядка: «Соло для позвоночника», «Гимнастика для глаз»
IV. Работа с учебником
Откройте учебник на стр 218 – 222. Внимательно прочитайте. Запишите в тетрадь основные правила электролиза.
V. Работа с карточкам:
Запишите химические уравнения электролиза следующих веществ:
Карточка 1: раствор сульфата калия
Карточка 2: расплав хлорида меди
Карточка 3: раствор хлорида хрома
Карточка 4: раствор гидроксида меди
Карточка 5: раствор гидроксида бария
Карточка 6: раствор соляной кислоты
Карточка7: раствор нитрата хрома
Карточка 8: раствор нитрата серебра
Карточка 9: раствор фосфата натрия
Карточка 10: раствор иодида марганца
Карточка 11: раствор бромида натрия
Карточка 12: расплав сульфида натрия
VI. Синтез мыслей (предложения учащихся)
– Какие условия необходимы для осуществления электролиза?
1) Эффективность электролиза зависит от ряда физических факторов, к которым относятся:
сила тока, напряжение, плотность тока, КПД источника тока, выход по току, выход по веществу, коэффициент полезного действия электроэнергии (выход по энергии), расход электроэнергии на единицу полученного продукта.
Чем выше сила тока, пропускаемого через
электролизёр, тем больше продукта можно получить
при эксплуатации данного электролизёра.
Между временем пропускания через раствор
или расплав электролита электрического тока
(количеством электричества) и количеством
образующегося и расходуемого вещества имеются
строгие количественные соотношения,
определяемые законами Фарадея.
2) Концентрация раствора.
Если металл погрузить в воду, то его катионы начнут переходить в жидкость. Благодаря наличию электрического заряда у катиона на поверхности металла остается равный по величине, но противоположный по знаку заряд в виде избыточных электронов, то есть поверхность металла становиться отрицательно заряженной. Она начинает притягивать к себе положительно заряженные ионы металла, которые уже перешли в раствор и, таким образом, катионы не могут свободно перемещаться в объем раствора. Поэтому на границе металла с раствором возникает двойной электрический слой, который можно представить себе в виде плоского конденсатора, отрицательная обкладка которого – это поверхность металла, а положительная – соприкасающийся с ним слой растворенных ионов. Уже после растворения очень небольшого числа ионов заряд двойного слоя настолько возрастает, что дальнейшее растворение металла прекращается.
Если же металл погружен не в воду, а в раствор своих ионов, то картина будет несколько иная. Если концентрация раствора невелика, то образование двойного электрического слоя будет происходить так же, как в случае растворения металла в воде. Если же концентрация ионов в растворе велика, то сначала будет наблюдаться осаждение катионов из поверхности металла, которая зарядится положительно. Теперь поверхность металла будет притягивать к себе отрицательные ионы и образуется двойной электрический слой с положительной обкладкой из металла и отрицательной – из растворенных анионов.
Катионы будут осаждаться до тех пор, пока заряд на поверхности не достигнет такой величины, при которой дальнейшее осаждение станет невозможным из-за отталкивания одноименных зарядов металла и его ионов.
Когда имеются два противоположно заряженных тела, говорят, что между ними существует разность потенциалов. Такая разность потенциалов устанавливается и здесь, в двойном электрическом слое, на границе металл – раствор. Переход ионов из металла в раствор и обратно создает между ними разность потенциалов. Пару металл – раствор принято называть электродом. В этом случае потенциал называется электродным.
Для расчета электрохимики предлагают нам уравнение Нернста:
φ = φ0 + RT/nF • lg[Men+]
где φ – электродный потенциал; [Men+] –
концентрация ионов металла, моль/л; Т –
абсолютная температура; n – валентность ионов
металла; φ0 – стандартный электродный
потенциал; R – универсальная газовая постоянная;
F – число Фарадея (F = 96 500 Кл).
Наиболее важная величина в этом уравнении –
стандартный электродный потенциал φ0. Его
физический смысл становится понятным, когда [Men+]
= 1 моль/л. Тогда второй член уравнения становится
равен нулю и φ = φ0. Значит, стандартный
электродный потенциал – это такой потенциал,
который возникает на границе металла с раствором
его ионов при концентрации последних 1 моль/л.
[5].
VII. Применение электролиза
Электролиз широко применяется в различных отраслях промышленности. В химической промышленности электролизом получают такие важные продукты как хлор и щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, перманганат калия, органические соединения, химически чистые водород, кислород, фтор и ряд других ценных продуктов.
В цветной металлургии электролиз используется для рафинирования металлов, для извлечения металлов из руд. Металлы, которые не могут быть выделены из водных растворов вследствие высокого отрицательного потенциала получают в цветной металлургии электролизом расплавленных сред, в качестве которых служат соли этих металлов, содержащие добавки различных соединений, вводимые с целью понижения температуры плавления расплава, повышения электропроводности и т.д. К числу металлов, получаемых электролизом расплавленных сред относятся алюминий, магний, цирконий, титан, уран, бериллий и ряд других металлов.
Электролиз применяют во многих отраслях машиностроения, радиотехники, электронной, полиграфической промышленности для нанесения тонких покрытий металлов на поверхность изделий для защиты их от коррозии, придания декоративного вида, повышения износостойкости, жаростойкости, получения металлических копий [5].
Рефлексия (самооценка своего труда)
VIII. Домашнее задание: «Правило ИЛИ» (выбор)
1) стр. учебника, индивидуальная карточка. (найти
определение «Гальванический элемент»)
2) Сообщение о производстве какого-либо металла
методом электролиза.
3) Творческое задание (карточки по теме в формате
«Третий лишний», «Лото», «Морской бой», «Подлови
соседа»)
4) Любой вид творческой работы.
Психологическая пауза: «Я хотел (а) бы тебе пожелать…»
Литература и интернет-ресурсы, использованные при подготовке урока:
- Н.Л. Глинка «Общая химия», Л., «Химия», 1985г
- Э.Т. Оганесян «Руководство по химии поступающим в ВУЗы», М., «Высшая школа», 1991г
- О.С. Габриелян «Химия. 9 класс», М., «Дрофа», 2009г
- О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов «Настольная книга учителя. Химия. 9 класс», М., «Дрофа», 2002г, 2 часть
- www.ximicat.com/info.php?id=22)
- www.alfametal.ru/?id=ellal
- ru.wikipedia.org