Практическое занятие по теме "Электролиз"
методическая разработка по химии (11 класс) на тему

Интегрированный урок по теме «Электролиз»

(физика, химия).

Практическое занятие ( 10 (11) класс)

Цели урока:

-Проверка, корректировка и углубление знаний учащихся по теме «Электролиз» через эксперимент и решение задач.

-Формирование навыков техники выполнения эксперимента, умения решать расчетные и качественные задачи, составлять уравнения  химических реакций, протекающих при электролизе растворов и расплавов электролитов.

-Воспитание самостоятельности, организованности, формирование  коммуникативной культуры,  умения работать в группе, развитие творческих способностей, логического мышления, внимания, памяти.

Оборудование: компьютер, медиапроектор, кодоскоп, мультимедиа учебный курс «1 С : Образовательная коллекция. Общая и неорганическая химия 10-11 классы» ( или таблица «Получение алюминия в промышленности» или фрагмент фильма о производстве алюминия), презентация к уроку, источник питания на 4 В, раствор сульфата меди (II), прибор для проведения электролиза, лабораторные  амперметры, ключи, реостаты, соединительные провода, зажимы, карточки с заданиями, текстами задач.

Ход урока:

I. Организационный этап. (2-3 минуты) ( слайд 1)

Учитель химии: Здравствуйте, на прошлом уроке мы теоретически рассмотрели процессы, проходящие при  электролизе. Сегодня продолжим изучение темы «Электролиз»,  практически применяя знаний. Закрепим умения: составлять уравнения химических реакций  процессов, проходящих при электролизе расплавов и растворов электролитов; проводить расчеты по реакциям  и  с помощью законов Фарадея; практически проводить электролиз раствора.

Будьте внимательны, активны, организованны. За практическое занятие вы получите итоговую оценку, основными показателями качества вашей работы будут четкость и глубина ответов, аккуратность выполнения эксперимента, правильное решение задач, выполнение домашнего задания (слайды 2,3).

II. Проверка домашнего задания. (15 минут)

Учитель физики: У доски работают 4 учащихся. Задания:1 учащийся – вывести формулу заряда электрона,

2 учащийся - написать уравнения электролиза раствора серной кислоты.

3 учащийся - написать уравнения электролиза раствора хлорида ртути (II),

4 учащийся - написать уравнения электролиза раствора фторида калия.

Остальные учащиеся пишут в тетрадях уравнения процессов, проходящих при электролизе раствора  хлорида бария (один учащийся пишет эти уравнения на пленке для кодоскопа с последующей проверкой).

Учитель химии контролирует работу учащихся у доски, учитель физики, проходя по классу, проверяет домашнее задание у каждого учащегося и фиксирует это в листе «Результатов и достижений учащихся».

III. Исследовательский этап. (25 минут)

1. Лабораторный эксперимент

Учитель физики: Ребята, для вас приготовлен раствор сульфата меди (II) (слайды 4,5) Выполните следующее задание: пропустите электрический ток через раствор медного купороса и определите, как изменится масса меди (судить по показаниям амперметра), выделившейся на катоде за один и тот же небольшой промежуток времени, при изменении условий, указанных в картах-заданиях (приложение 1).

Внимание:

1. На начало опыта электроды  должны быть погружены в раствор наполовину.
2. Сделать отчет по форме:

а) запись уравнения реакции;

б) схема опыта;

в) полученный результат.

        Перед проверкой выполненного каждой группой учащихся лабораторного эксперимента учитель физики на одной из опытных установок (на первой парте, например) меняет полюса подключения источника тока к угольным электродам, предварительно показав катод всем учащимся, обратив внимание на его характерную окраску.

Поочередно спрашивает результат, полученный каждой группой при выполнении эксперимента. Затем включает кодоскоп и  учащиеся сверяют свои результаты с записями на пленке кодоскопа, записывают общий вывод в тетрадь: масса вещества выделяемого на электродах зависит от напряжения, концентрации раствора,  температуры, расстояния между электродами, площади электродов ( слайд 6 )

Учитель химии: Вы экспериментально подтвердили, что с помощью электролиза можно получать разные вещества, в частности, медь. В промышленности электролизом получают и другие металлы, например алюминий.

        Далее следует  сообщение учащегося или фрагмент видеофильма о получении алюминия  в промышленности (приложение 2).

 Демонстрационный эксперимент

Учитель физики: посмотрим на результат нашего эксперимента по замене полярности угольных электродов. (Отключает установку и достает электрод, который был покрыт медью. Учащиеся убеждаются, что электрод стал чистым).

Формулируется вывод: медь, осевшая на катоде, прореагировала,  когда он стал анодом.

Вопрос: Что произойдет, если анод  будет из меди?

Учитель химии: Тогда процессы для раствора сульфата меди (II) будут следующими ( слайд  8):

CuSO4 = Cu2+ + SO42-

       раствор

К (-):Cu2+;  H2O;                             Cu2+ + 2e- = Cu

A (+) (медный): SO42-; H2O;          Cu - 2e- = Cu2+

              Электролиз

Cu0 + Cu2+ ===== Cu0 + Cu2+

Учащиеся записывают все в тетрадь. Учитель сообщает, что электролиз с растворимым анодом применяют для очистки металлов. Этот способ называется электролитическим рафинированием (приложение 3).

IV. Решение задач. (10 минут)

Учитель физики: переходим к следующей части занятия – решению задач. Вызывает к доске двух учащихся, которые решают задачи: № 1 и №2. Остальные учащиеся решают задачу № 3 в тетради (приложение 4).

Один из учащихся решает   задачу № 3 на пленке кодоскопа для последующей проверки.

         После разбора задач-примеров, решенных на доске и задачи на пленке кодоскопа, учащимся предлагается выполнить самостоятельную работу по решению задач (уровень сложности задачи ученик может выбрать сам (приложение 4)

V. Самостоятельная работа. (25 минут) ( приложение 4)

 VI. Подведение итогов урока. (8 минут)

Учитель физики проводит собеседование с учащимися по вопросам ( слайд 9):

-что сделано?

-что повторили?

-что узнали нового?

Далее выставляется  итоговая оценка каждому учащемуся в лист «Результатов и достижений учащихся».

VII. Домашнее задание. (2 минуты)

Учитель химии комментирует домашнее задание.

Литература к уроку:  

1. Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учебник  для общеобразоват. учреждений. - М.: Дрофа, 2007.

2. Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 кл.: Пособие для общеобразоват. учеб. заведений. - М.: Дрофа, 2004.

3. Новошинский И. И., Новошинская Н. С. Химия. 10 класс. Профильный уровень: Учебник для общеобразовательных учреждений._М.: ООО «ТИД» Русское слово-РС», 2011.

Методические рекомендации.

При реализации задач данного урока целесообразно:

-проводить занятия на сдвоенном уроке;

-привлечь к подготовке опытов в помощь школьному лаборанту лаборантов - учащихся;

-приготовить лист «Результаты и достижения учащихся» и прикрепить к магнитной доске;

-провести беседу по технике безопасности при выполнении лабораторного эксперимента;

-обеспечить каждую микрогруппу раздаточным материалом (тексты задач,  периодические системы химических элементов Д.И. Менделеева, таблицы электрохимических эквивалентов веществ, электрохимический ряд напряжений металлов);

-полученную за урок итоговую оценку поставить учащимся в журнал и по физике и по химии;

        -задачи для самостоятельного решения учащиеся выбирают по уровню трудности;

- можно сообщение учащегося по теме «Получение алюминия» заменить фрагментом фильма «Производство алюминия»;

        -во время выполнения учащимися самостоятельной работы учителя выставляют предварительную оценку в лист «Результаты и достижения учащихся».

Приложение № 1

Карта-задание 1: Пропустите электрический ток через раствор медного купороса. Угольные электроды должны быть погружены примерно наполовину своей длины. Исследуйте, как изменится масса меди (об этом можно судить по показаниям амперметра), выделившейся на катоде за один и тот же небольшой промежуток времени, если:

1)  вы увеличите концентрацию раствора;

2) вы увеличите напряжение на электродах(U1=2B, U2=4В)

О массе выделяющейся меди судить по показаниям амперметра. Запишите реакцию, результат эксперимента, начертите схему.

Карта-задание 2: Пропустите электрический ток через раствор медного купороса. Угольные электроды должны быть погружены примерно наполовину своей длины. Исследуйте, как изменится масса меди (об этом можно судить по показаниям амперметра), выделившейся на катоде за один и тот же небольшой промежуток времени, если:

1) вы увеличите  погруженную часть анода;

2) вы увеличите погруженную часть катода.

О массе выделяющейся меди судить по показаниям амперметра. Запишите реакцию, результат эксперимента, начертите схему.

Карта-задание 3: Пропустите электрический ток через раствор медного купороса. Угольные электроды должны быть погружены примерно наполовину своей длины. Исследуйте, как изменится масса меди (об этом можно судить по показаниям амперметра), выделившейся на катоде за один и тот же небольшой промежуток времени, если:

1)  вы измените расстояние между электродами.

2)  вы нагреете раствор электролита.

О  массе выделяющейся меди судить по показаниям амперметра. Запишите реакцию, результат эксперимента, начертите схему.

Приложение №2

Сообщение учащегося  «Получение алюминия»

Основная часть алюминия  в природе - это оксид алюминия, входящий в состав глинозема и бокситов. Его температура плавления около2050оС, поэтому из-за энергоемкости электролиза этого вещества Аl долгое время относили к числу очень дорогих металлов. В середине 19 века он стоил в 10 раз дороже золота. Достаточно сказать, что из алюминия была сделана и подарена погремушка сыну Наполеона III. Д.И.Менделееву в знак признания его  заслуг в Великобритании были подарены весы, одна чаша которых была сделана из золота, а другая из не менее дорогого чистого алюминия. В конце 19 века процесс получения этого металла был усовершенствован, и в настоящее время алюминий получают электролизом расплава оксида алюминия в криолите (Na3AlF6) c добавкой фторида кальция. Криолит  и фторид кальция добавляют, чтобы снизить температуру плавления и сделать расплав электропроводным.

(слайд 7 ). Процессы, происходящие при электролизе:

 К(-): 2 Аl3+ + 6 е- = 2 Аl

А(+):  2О2- - 4е -= О2    2 С+ О2 = 2 СО      2СО + О2= 2СО2

 ( графитовый)

               электролиз

2 Аl2O3 + 3C   =    3CO2 + 4Al

Электролиз проводят в стальных  электролитических ваннах, внутри такая ванна выложена графитовыми блоками, так как расплавленные фториды при высокой температуре растворяют обычную огнеупорную футеровку. Графитовые блоки  вместе с расплавленным  алюминием служат катодом, а аноды из графита смонтированы таким образом, чтобы они смогли опускаться по мере их сгорания. Постепенно аноды заменяют новыми, так как графитовые электроды сгорают, взаимодействуя с кислородом.( таблица «Получение алюминия в промышленности» или мультимедиа учебный курс» 1 С : Образовательная коллекция. Общая и неорганическая химия 10-11 классы»,  тема «Получение алюминия»).

Приложение № 3

Сообщение учителя

Если в качестве анода использовать медь, содержащую примеси других металлов и неметаллов, то менее активные металлы не будут окисляться на аноде и переходить в электролит при потенциале растворения меди, они образуют осадок анодного шлама. Более активные металлы, перейдя в раствор в виде ионов, не смогут восстановиться на катоде, пока в электролите высокая концентрация ионов меди. Итак, при проведении электролиза раствора соли меди с медным анодом, содержащим примеси, на катоде будет выделяться чистая медь. При электрохимическом рафинировании меди ток удаляет медь с анода и переносит ее на катод, а электродные потенциалы служат при этом своеобразными фильтрами, отделяющими ионы меди от примесей и на аноде, и на катоде. Кроме меди, методом электрохимического рафинирования очищают цинк, кадмий, марганец, никель и другие  металлы.

Приложение № 4

Задачи

1.Найти  объем газа, выделившегося на аноде, при полном электролизе 200 г 10%-ного раствора хлорида калия . (3 л).

2.Никелирование с помощью электролиза металлической пластинки, имеющей площадь поверхности 48 см2, продолжалось 4 ч при силе тока 0,15 А. Найдите толщину слоя никеля, если валентность никеля равна 2.

3.При пропускании постоянного тока силой в 6,4 А в течение 30 минут через расплав соли трехвалентного металла на катоде выделилось 1,07 г вещества, а на аноде - около 1,344 л газа, имеющего плотность по гелию 17,75.Определите состав соли, которую подвергли электролизу и напишите уравнение проходящего электролиза (Хлорид алюминия).

4A. Какой объем газа (при н.у.) выделился на аноде при электролизе раствора хлорида меди(II) , если на катоде выделилось 3,2 г меди?

5A. Цинковый анод массой 5 г поставлен в электролитическую ванну, через которую проходит ток силой 2 А. Через какое время анод полностью израсходуется на покрытие металлических изделий?

6B. При электролитическом способе получения никеля на единицу массы расходуется  W= 10 кВт ·ч/кг энергии. ( К=1,08· 10-3 кг/А·ч). При каком напряжении проводится электролиз?

7B. В течение какого времени надо проводить электролиз расплава хлорида железа (II) при силе тока 30 А, чтобы получить железо, необходимое для полного взаимодействия со 100 г 30%-ного раствора соляной кислоты?

8B. При электролитическом способе получения алюминия используются ванны, работающие под напряжением 5 В при силе тока 40 кА. Сколько времени потребуется для получения 1 тонны алюминия, и каков при этом расход энергии?

9B. При электролизе 240 г 15%-ного  раствора гидроксида натрия на аноде выделилось 89,6 л (н.у.) кислорода. Найти массовую долю вещества в растворе после окончания реакции.

10B. На заводе был подвергнут электролизу раствор, содержащий 468 кг хлорида натрия. Полученные газы были использованы для синтеза хлороводорода. Образовавшийся хлороводород растворили в 708 л воды. Рассчитайте массовую долю  хлороводорода в полученной соляной кислоте.

11C. Магний, полученный электролизом расплава хлорида магния в течение 200 мин. при силе тока 10 А, растворили в 1,5 л 25 %-ного раствора серной кислоты плотностью 1,178 г/мл. Найти концентрацию сульфата магния в полученном растворе.

12C. Определите массу выделившейся меди при электролизе, если затрачено 5 кВт ч электроэнергии. Напряжение на клеммах ванны 10 В. КПД установки 75 %. (Отв. 0,445 кг).

13C. Аэростат объемом 250 м3 заполняют водородом при температуре 27оС и давлении 2 атм. Какой заряд надо пропустить при электролизе через слабый раствор серной кислоты, чтобы получить нужное количество водорода?