Конспект интегрированного урока химии и физики по теме: «Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза»


Сергунова Зухра Тахиржановна – учитель физики


Интегрированный урок химии и физики по теме:
«Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза»

Девиз: «Различными средствами можно достичь одного и того же»
(М. Монтель)

Цели:
формирование понятия электролиз в физическом и химическом смысле, закона электролиза Фарадея;
развитие логического мышления посредством анализа, сравнения, обобщения изучаемого материала;
повышение интереса к предметам физике и химии через практическое применение электролиза в жизни человека.

Задачи:
актуализировать знания учащихся о проводимости веществ через демонстрационные опыты;
ввести новые понятия:
электролиз в физическом и химическом смысле;
закон электролиза Фарадея;
электрохимический эквивалент;
число Фарадея;
познакомить с правилами анодных и катодных процессов при составлении схемы электролиза;
подвести учащихся к математической записи I закона электролиза Фарадея, через выполнение виртуального эксперимента;
обобщить данные этого эксперимента и сделать выводы;
ввести количественный закон электролиза Фарадея;
познакомить учащихся с областью применения электролиза – электрометаллургией;
подведение итогов урока, рефлексия.

Оборудование:
ТСО: компьютер, мультимедийный проектор, анимационные фильмы: «Механизм растворения хлорида натрия», «Получение алюминия электролизом», презентация к уроку.
Сосуд-электролизер U-образный.
Прибор для опытов с электрическим током.
Реактивы:
кристаллический хлорид натрия, дистиллированная вода, иодид калия, фенолфталеин, раствор крахмала.
Методы:
Наглядные (демонстрационные опыты, анимация процесса диссоциации и технологического процесса получения алюминия);
Практические (виртуальный эксперимент «Исследование электролиза» – автор Сергунова З.Т.);
Объяснительно-иллюстративные;
Тип урока – интегрированный (изучение нового материала).
Средства обучения:
Предметные (раздаточный материал – опорный конспект урока (Приложение 1,2), реактивы для опытов);
Технические (компьютеры, мультимедийный проектор, электролизер, выпрямитель, лампа, соединительные провода);
Интеллектуальные (сравнение, выделение главного, анализ).

ХОД УРОКА
Ведущая роль на данном этапе
Содержание

Этап урока: Актуализация знаний. Приветствие детей.

Учитель физики
Вашему вниманию предоставляется серия демонстрационных опытов о проводимости различных веществ.
Д.О. Исследование электропроводимости кристаллического хлорида натрия. (в сосуд с кристаллическим хлоридом натрия опустить электроды – лампочка не горит).
Д.О. Исследование электропроводимости дистиллированной воды. В сосуд с дистиллированной водой опустить электроды – лампочка не горит).
Д.О. Исследование электропроводимости раствора хлорида натрия. В стакане с дистиллированной водой растворить немного кристаллического хлорида натрия, перемешать, опустить провода от прибора для работы с электрическим током – лампочка горит).
- почему горит лампочка? (Так как раствор хлорида натрия проводит электрический ток)
- что же такое электрический ток? (Направленное движение заряженных частиц)

Этап урока: Изучение нового материала.

Учитель химии
Тема нашего урока «Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза». На уроке мы с вами познакомиться с новым понятием - электролиз, сравнить эти понятия с точки зрения физики и химии, получим закон электролиза Фарадея.
Вернемся к нашим опытам, мы убедились, что кристаллический хлорид натрия и дистиллированная вода не проводят ток, а водный раствор этого вещества очень хорошо проводит электрический ток. Откуда же в растворе появились заряженные частицы?
Рассмотрим механизм образования ионов в растворе (демонстрация анимационного ролика «Растворение хлорида натрия в воде»). Давайте разберемся, что же происходит при растворении хлорида натрия в воде.
В молекулах хлорида натрия связь ионная, и состоят из ионов натрия и хлора, но ионы в кристалле не могут свободно перемещаться, поэтому сухое вещество не может проводить электрический ток. Молекула воды образуется при помощи ковалентных полярных связей, разорвать которые трудно. Поэтому и дистиллированная вода тоже не проводит электрический ток. Вода – полярное вещество, так как атомы, входящие в ее состав, отличаются величиной электроотрицательности. За счет избыточного положительного заряда на водороде и отрицательного заряда на кислороде вода способна притягивать к себе заряженные частицы и полярные 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 распадается по схеме:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Итак, водный раствор хлорида натрия состоит из заряженных частиц, и поэтому данный раствор является электролитом.
CuSO4 Cu2+ + SO4 2-
AgNO3 Ag+ + NO3–
Ионы: катионы положительно заряженные частицы, анионы отрицательно заряженные частиц. Процесс распад электролитов в водном растворе под действием электрического тока называется электролитической диссоциацией. Если пропустить через раствор или расплав электролита постоянный электрический ток. То 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. Поскольку перенос заряда в водных растворах электролитов осуществляется ионами, такую проводимость называют ионной.
Демонстрация переноса вещества: давайте посмотрим, что же происходит с раствором иодидом калия под действием электрического тока.
В U-образную трубку нальем раствор иодида калия, в левое колено добавим фенолфталеин (для чего?), и подключим к источнику постоянного тока. Наблюдаем, что на электродах началось выделение газа и желто- коричневого налета с другой стороны (йода), а в левой части раствор окрасился в малиновый цвет.
KI K+ + I-
Н2 О Н+ + ОН-

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
( - ) катод ( +) анод
K+ 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415

суммарное уравнение

KI + 2 Н2 О = НО2 + I2 + 2KОН
Этот процесс называют электролизом.
Совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих в растворах или расплавах под действием электрического тока называют электролизом. Чтобы правильно определить продукты электролиза существуют правила анодных и катодных процессов.
На столах учащихся лежат распечатанные правила анодных и катодных процессов.
Правила анодных процессов:
В первую очередь разряжаются бескислородные ионы (остатки бескислородных кислот): S– , I– , CI– , Br–.
Во вторую очередь разряжаются гидроксид ионы:
4 ОН– - 4е О2 +2 Н2О
В растворе не разряжаются анионы кислородосодержащих кислотных остатков и F–
Правила катодных процессов:
В первую очередь на катоде разряжаются катионы металлов, стоящих в ряду напряжений металлов после водорода.
Во вторую очередь разряжаются катионы водорода 2 Н+ + 2 е Н2
Одновременно с катионами металла, стоящих в ряду напряжения металлов от алюминия до водорода.
В растворах никогда не разряжаются катионы металлов, стоящих в ряду напряжения металлов до алюминия (включительно).
Во время демонстрации электролиза раствора иодида калия на аноде все больше образуется свободного йода. А как вы думаете, ребята, можно ли определить массу выделившегося йода или любого другого вещества.

Этап урока: Вывод первого закона электролиза Фарадея на основе виртуального эксперимента

Учитель физики:
Можно, если только вещество выделяется на электроде. Даже визуально вы можете определить, что масса вещества, выделяющегося на электроде должна зависеть от времени, ведь чем дольше идет опыт тем больше йода мы видим в трубке. Давайте же выясним а какова эта зависимость, а так же выясним, зависит ли масса выделяющегося вещества на катоде от силы тока. Так как эксперимент должен протекать очень длительное время для наилучшего результата, то мы воспользуемся виртуальным экспериментом.

Учащиеся
Работа в группах с виртуальным экспериментом «Исследование электролиза» (на основе раствора хлорида натрия и сульфата меди II). Предлагается заполнить карточку каждой группе (приложение 1).

Учитель физики и учащиеся (совместно)
Результаты виртуального исследования обсуждаются учителем совместно с детьми:

Из графиков видно, что зависимость массы вещества от времени и силы тока линейная. Далее выводится первый закон электролиза Фарадея.
масса вещества, выделившегося на электроде за время
·t при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока и времени.
13 EMBED Equation.3 1415
k – электрохимический эквивалент.
Далее идет сравнения зависимости для разных веществ
13 EMBED PowerPoint.Slide.8 1415
Выясняется зависимость массы вещества от рода вещества, вводится понятие электрохимического эквивалента.
13 EMBED PowerPoint.Slide.8 1415
Решение качественной задачи: При электролизе раствора сульфата железа (II) за 20 минут выделилось 20 г чистого железа. Сколько выделится этого же вещества за то же время, если силу тока увеличить в 2 раза? (Ответ: 40 г.)
Вводится понятие электролиз с точки зрения физики:
электролиз – это процесс выделения на электроде вещества, связанный с окислительно-восстановительными реакциями.

Этап урока: Применением электролиза в электрометаллургии

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).
Электролиз широко используется для получения наиболее активных металлов. На территории республики Хакасия расположен один из крупнейших заводов по получению алюминия РУСАЛ (просмотр анимации «Производство алюминии путем электролизом»).
Запишите домашнее задание: подготовить сообщение по теме «Применение электролиза в различных сферах деятельности человека»

Этап урока: Обобщение полученных знаний на уроке

Учитель химии
Давайте вспомним основные понятия, которые мы рассмотрели сегодня на уроке с помощью кроссворда.
Решение кроссворда
13 EMBED PowerPoint.Slide.8 1415

Учитель физики
Ключевое слово «Фарадей», которое вы получили в кроссворде это фамилия ученого Майкла Фарадея, открывшего закон электролиза, который мы с вами сегодня так успешно сами вывели. 13 EMBED PowerPoint.Slide.8 1415

Учитель химии
Сравнение определения электролиза из курса химии и физики:
Электролиз –
Из курса химии: это совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих в растворах или расплавах электролитов под действием электрического тока.
Из курса физики: это процесс выделения на электроде вещества, связанный с окислительно–восстановительными реакциями.

Учителя химии и физики
Спасибо за урок!


Приложение 1 (карточки для работы в группах)

Ф.И. участников группы: Класс











Группа № 1

1. Проведите виртуальный эксперимент. Откройте программу Исследование электролиза на Рабочем столе. Выполните виртуальное измерение массы электрода для раствора сульфата меди (II), при силе тока I = 2 А. Данные массы вещества запишите в таблицу (не забудьте, что в программе выводятся данные о массе электрода, а в таблицу нужно занести данные чистого вещества).
Масса меди, г





t, мин
20
40
60
80






Ф.И. участников группы: Класс








Группа № 2

1. Проведите виртуальный эксперимент. Откройте программу Исследование электролиза на Рабочем столе. Выполните виртуальное измерение массы электрода для раствора сульфата меди (II), при силе тока I = 4 А. Данные массы вещества запишите в таблицу (не забудьте, что в программе выводятся данные о массе электрода, а в таблицу нужно занести данные чистого вещества).
Масса меди, г





t, мин
20
40
60
80






Ф.И. участников группы: Класс








Группа № 3

1. Проведите виртуальный эксперимент. Откройте программу Исследование электролиза на Рабочем столе. Выполните виртуальное измерение массы электрода для раствора нитрата серебра (I), при силе тока I = 2 А. Данные массы вещества запишите в таблицу (не забудьте, что в программе выводятся данные о массе электрода, а в таблицу нужно занести данные чистого вещества).
Масса серебра, г





t, мин
20
40
60
80









Ф.И. участников группы: Класс








Группа № 4

1. Проведите виртуальный эксперимент. Откройте программу Исследование электролиза на Рабочем столе. Выполните виртуальное измерение массы электрода для раствора нитрата серебра (I), при силе тока I = 4 А. Данные массы вещества запишите в таблицу (не забудьте, что в программе выводятся данные о массе электрода, а в таблицу нужно занести данные чистого вещества).
Масса серебра, г





t, мин
20
40
60
80






Приложение 2.
Опорный конспект
Электролитическая диссоциация - процесс распада молекул электролита на ионы под действием электрического тока.
























Электролиз (химическое представление) –





Закон электролиза: масса вещества, выделившегося на электроде за время
·t при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока и времени.






k - ___________________________________________
F=9,65
·104 Кл/моль – число Фарадея.
Электролиз (физическое представление) -




Применение:




Английский физик, сформулировавший количественный закон электролиза в 1833–1834 гг. – ____________________
____________________. Он впервые ввел термин «ион» для обозначения заряженных атомов, возникающих в результате диссоциации молекул в растворе.









13PAGE 15


13PAGE 141115



Ионы

Катионы –
положительно заряженные
частицы


Анионы –
отрицательно
заряженные
ионы




Root Entry

Приложенные файлы


Добавить комментарий