Урок физики в 10 классе по теме:"Электрический ток в растворах и расплавах электролитов"
план-конспект урока по физике (10 класс) по теме

Урок в 10 «А» классе

 по теме: «Электрический ток в растворах и расплавах электролитов».

Учитель: Сафронова Е.Г.

Цель урока:

Дать понятие электролитической диссоциации и электролиза. Объяснить явление электролиза с точки зрения электронной теории. Сформулировать закон электролиза. Раскрыть физический смысл электрохимического эквивалента. Показать некоторые применения электролиза.

Задачи:

Обучающие:

Выяснить природу носителей зарядов в электролитах и особенности их движения. Сформулировать закономерности, которым подчиняется ток в растворах и расплавах электролитов. Продолжить работу по изучению электрического тока в различных средах.

Воспитательные:

Развить представления учащихся о прохождении тока через растворы и расплавы электролитов. Раскрыть значения накопленных фактов, их уточнения при познаваемости явления электролиза. Показать значение причинно-следственных связей в познании явления электролиза.

Развивающие:

Формировать умение учащихся сравнивать явления, выделять главную причину, делать выводы и обобщения, развёртывать доказательства на основе данных. Формировать элементы творческого поиска.

Демонстрация: Явление электролиза. Модель явления электролитической диссоциации и

                             электролиза.

Актуализация опорных знаний:

1.Какие агрегатные состояния вещества мы знаем? (газообразные, жидкие, твёрдые).

2.Что такое электрический ток? (упорядоченное движение направленных частиц).

3.Для того, чтобы выяснить какие из названных веществ являются проводниками, а какие диэлектриками вспомним условия существования электрического тока. (наличие свободно заряженных частиц, наличие электрического поля, которое поддерживает упорядоченное движение частиц и наличие замкнутой цепи).

4.Выясним при обычных условиях газы- это проводники или диэлектрики? (диэлектрики).

Почему? (они состоят из нейтральных молекул).

Давайте проверим это на опыте. Перед вами электрическая цепь. Состоящая из источника эл. тока, лампочки и соединительных проводов. При замыкании цепи лампа горит и ток проходит. При прохождении тока через воздух лапа не горит.

5.Назовите твердые тела, которые являются проводниками? (металлы).

Почему металлы проводят электрический ток? (у них есть свободные заряженные частицы).

Какие частицы проводят ток в металлах? (электроны).

Опыт показывает, что металлы проводят электрический ток.

6.Все ли твёрдые тела проводят ток? (нет).

Например, соли являются диэлектриками.

Почему? (соли не имеют свободно заряженных частиц).

У солей очень прочная ковалентная связь. Все ионы находятся в узлах кристаллической решётки.

Проверим это на опыте, пропустив через соль ток. Мы видим, что лампа не горит.

7.Какие жидкости являются диэлектриками? (дистиллированная вода).

Почему? (вода состоит из молекул,  и в ней нет свободно заряженных частиц).

Какой вид имеет молекула воды? (диполь).

Итак,  твердая соль не проводит ток, дистиллированная вода тоже. Что нужно сделать, чтобы вода стала проводником? (растворить в ней соль).проверим на опыте, что раствор соли проводит ток.

Таким образом, мы подошли к теме нашего урока. Открыли тетради и записали тему: «Электрический ток в растворах и расплавах электролитов».

Наша задача с вами сегодня на уроке рассмотреть явление электролитической диссоциации, выяснить природу носителей заряда в электролитах, пронаблюдать явление электролиза и опытным путем сформулировать закон электролиза, а так же показать его применение.

Итак, почему твердый полярный диэлектрик при растворении в воде превращается в проводник? (появляются свободные носители зарядов.)

Выясним, какие это носители зарядов и как они появляются?

Рассмотрим кристаллическую решётку поваренной соли изображённой на рисунке. В узлах кристаллической решётки находятся  +ионы натрия и – ионы хлора, прочно связанные ковалентной связью, разрушить которую в обычных условиях невозможно.

Молекула воды имеет вид диполя, то есть двойную полярность. При погружении кристаллов соли в воду, - полюс ОН молекулы воды начинает притягиваться кулоновскими силами к + ионам натрия, а + полюс Н молекулы воды будет притягиваться к –ионам хлора. Это приводит к тому, что электростатическое взаимодействие ионов натрия и хлора в кристаллической решётке ослабевает, а тепловое движение приводит к отрыву ионов с поверхности кристаллической решетки. В растворе появляются свободные носители зарядов: + и – ионы, окружённые полярными молекулами воды.

Вещества, водные растворы которых обладают ионной проводимостью, называются электролитами.

Сейчас мы с вами рассмотрели процесс, который называется явление электролитической диссоциации. Напоминаю, что в переводе с латинского dissociatio означает разъединять.

Запишем уравнение диссоциации: NaCl= Na++ Cl-.

Что означает двойная стрелка? (диссоциация – это процесс обратимый).

Действительно, + и -  ионы могут сближаться             на такие расстояния, что вновь могут образовывать молекулу. Этот процесс называется рекомбинацией.

Давайте выясним, как будет происходить распад молекул на ионы при повышении температуры? (он увеличится). Значит, число свободных носителей заряда тоже увеличится и сопротивление электролита уменьшится. При этом для электролитов справедлив как закон Ома, так и закон Джоуля - Ленца.

А теперь давайте обратим внимание на опыт. Перед вами собрана электрическая цепь, состоящая из амперметра, источника тока, водного раствора сульфата меди в который помещены два угольных стержня. Установим в первой цепи ток 3А, а во второй ток 1А, и вернёмся к этому опыту позже. Итак , перед вами раствор медного купороса. Запишем уравнение диссоциации сульфата меди: CuSO4= Cu2+ + SO42-. В растворе находятся + ионы меди и – ионы кислотного остатка. При отсутствии электрического поля они хаотически двигаются, и ток в цепи отсутствует.

Рассмотрим, что произойдет в электролите, если создать внешнее электрическое поле. Рассмотрим рисунок, на котором изображены два электрода. Обозначим катод знаком - , а анод знаком +.

- ионы кислотного остатка будут двигаться  к аноду и называться анионами. + ионы меди будут двигаться к катоду и восстанавливаться на нем, образуя нейтральную молекулу. Запишем уравнение: Cu2+ + 2e-=Cu0. Таким образом на катоде будет выделяться медь. Если мы посмотрим на угольные стержни, то они будут иметь красноватый оттенок, что говорит о наличии на них меди. Это явление получило название электролиза. Электролизом называется выделение на электродах вещества, входящего в состав электролита при прохождении через

него электрического тока.

Впервые это явление было открыто в 1800 году английскими учеными Карлейлем и Никольсоном, которые независимо друг от друга разложили воду на водород и кислород.

Вернёмся к нашему опыту и выясним, от зависит масса вещества, выделившегося на электроде.

В первом опыте ток был равен 3А, а во втором 1А. В каком из опытов выделилось больше меди?(1).Какой вывод мы можем сделать? (масса выделившегося вещества прямо пропорциональна силе тока). Отключим второй сосуд с раствором электролита от источника тока. Что мы наблюдаем? (во втором сосуде электролиз продолжается,  и медь продолжает выделяться).

От чего ещё зависит масса выделившейся меди ? (от времени прохождения тока).

   m -  I,  m -  t  ;      =  m- It  -  q      (кг) -  (Кл)  =     k (кг/Кл)- электрохимический эквивалент.

    m =kIt=kq  закон электролиза Фарадея 1833 год.

Закон электролиза: Масса вещества, выделившегося на электроде при прохождении электрического тока через электролит прямо пропорциональна заряду,  прошедшему через электролит.

 Физический смысл электрожимического эквивалента:

 k = m/q   (кг/Кл).- численно равен массе вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролит заряда в 1 Кл.

Выясним, от чего зависит электрохимический эквивалент.

 k =m/q=miN/qiN=mi/qi; mi=M/NA; qi=ne; k=M/NAen   -  второй закон Фарадея.        n – валентность.

F=NAe – постоянная Фарадея.

F= 6,02 1023 1/моль 1,610 –19 Кл =9,65 10 4 Кл/моль.- численно равен заряду переносимому одновалентным веществом в количестве 1 моль.

В 1874 году ирландский физик Дж. Стоней анализируя закон электролиза, пришёл к выводу, что существует элементарный заряд и расчитал заряд электрона.

Электролиз нашел очень широкое распространение в технике и часто применяется на предприятиях нашего города. Я попросила ребят выяснить применение электролиза и рассказать нам.

Гальванопластика –  электролитическое изготовление металлических копий, рельефных

                                    предметов.

Гальваностегия-  декоративное или антикоррозийное покрытие металлических изделий тонким слоем другого металла ( никелирование, хромирование, омеднение, золочение).

Рафинирование металлов- очистка металлов от примесей с помощью электролиза, когда неочищенный металл является анодом, а на катоде оседает неочищенный.

Электрометаллургия- Получение чистых металлов (алюминий, натрий, магний, бериллий) при электролизе расплавленных руд.

Итак, подведём итоги урока:

1.Какие вещества называются электролитами?

2.Почему при растворении в воде твердый полярный диэлектрик превращается в проводник?

3.Какое физическое явление называется электролитической диссоциацией?

4.Какое физическое явление называется электролизом?

5.Сформулируйте закон электролиза Фарадея.

6.Назовите некоторые применения электролиза.

Домашнее задание: