Интегрированный урок химии и физики
план-конспект урока по химии (8 класс) на тему

Интегрированный урок по физике и химии в 8 классе 

на тему:  «Электрический ток в жидкостях. Электролиз».
Пояснительная записка:
Одной из важнейших задач средней школы является формирование у школьников единого естественно – научного мировоззрения, т. е создание в представлении учащихся общей картины мира с её единством и многообразием свойств живой и неживой природы. Поэтому характерной приметой нашего времени является взаимопроникновение отдельных наук, образование комплексных отраслей знания и бурное их развитие. И это очень важно. Ведь все естественные науки изучают одни и те же объекты - природные явления. Их образ в глазах учеников должен быть един. Восприятие образа не может быть разбито на примитивные ощущения, возникающие от частей этого образа. Восприятие образа происходит в целом, оно не делимо! Способность видеть целое прежде составляющих частей, способность к мыслительному синтезу - важнейшая особенность креативной деятельности человека. Наши раздробленные по дисциплинам знания неадекватны проблемам реальности, которые всё больше становятся общими, полидисциплинарными. Развитие наук идёт не путём накопления окончательно устанавливаемых истин, а путём последовательных синтезов, интеграций. Только целостное, интегрированное знание является истинным.

Понимая это, каждый педагог стремится на своих уроках и во внеурочной деятельности уделить большое внимание различным видам интегрирования. Авторы данной разработки предлагают свой опыт применения межпредметной интеграции. 

Цель урока:
Сформировать у обучающихся понятие об электролитической диссоциации и электролизе как о физико-химических процессах. 

Задачи урока:
1. Образовательные

• Сформировать у учащихся ключевые компетенции по данной теме;

2. Воспитательные

• Воспитывать самостоятельность, культуру речи;
• Продолжить формирование у обучающихся стойкого интереса к естественным наукам;

3. Развивающие

• Совершенствовать умение выделять главное, анализировать, делать выводы;
• Развивать внимание, память обучающихся, образное мышление.

Тип урока: комбинированный интегрированный урок.

Формы и методы обучения:

Беседа, компьютерная презентация, демонстрационный эксперимент, фронтальная и индивидуальная самостоятельная работа.

 Время реализации занятия: 60 минут (1 урок)

Оборудование: 

Для эксперимента: Электролизёр, наборы для электролиза с угольными электродами, источник тока ВС 4–12, лампочка на 4 В, дистиллированная вода, поваренная соль, вода из крана, раствор медного купороса, раствор фенолфталеина, раствор иодида калия, раствор глюкозы, раствор соляной кислоты.

ТСО:  проектор.

Ход урока:
1. Вступительное слово.
Учитель физики: 
Физика и химия относятся к естественным наукам, которые изучают одни и те же объекты - природные явления. Для формирования в вашем сознании единого естественно - научного мировоззрения необходимо рассматривать эти явления всесторонне, одновременно с позиций разных наук. В этом случае восприятие образа будет происходить в целом. Все знают, что только целостное, интегрированное знание является истинным. Поэтому сегодня мы с вами рассмотрим одно из интереснейших природных явлений с позиций физики и химии одновременно. Тема сегодняшнего урока: «Электролиты и неэлектролиты. Электролитическая диссоциация. Электролиз».
Учитель химии: озвучивает цели и задачи урока.
Учитель физики: На предыдущих уроках мы с вами познакомились с понятием «электрический ток» и узнали об условиях существования электрического тока. Скажите, что называют электрическим током?
Учащиеся: Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц.
Учитель физики: Каковы основные условия существования тока?
Учащиеся: 1. Наличие свободных заряженных частиц.
                    2. Действие электрического поля на свободные заряженные частицы.

 Учитель физики: (Проводит демонстрационный эксперимент. На экране  - схема электрической цепи). Подсоединим источник тока к угольным электродам. Погрузим электроды в дистиллированную воду, замкнём ключ. Лампа не загорается. Повторим опыт, опуская электроды поочерёдно в раствор глюкозы (лампа не горит), затем в раствор соляной кислоты (лампа загорается), затем в раствор поваренной соли (лампа горит наиболее ярко). Почему разные жидкости по-разному проводят электрический ток?
 Учитель химии: Ответить на этот вопрос нам помогут знания о физико-химических свойствах данных жидкостей. Все вещества в природе можно разделить на «Электролиты» и «Неэлектролиты»

Электролиты – вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток. К ним относят:

• Соли
• Щёлочи
• Кислоты

Неэлектролиты – вещества, растворы и расплавы которых не проводят электрический ток. 

Что же происходит при расплавлении или растворении кислот, солей и щелочей, почему они становятся проводниками электрического тока?
Учащиеся: Видимо при расплавлении или растворении кислот, солей и щелочей в них появляются свободные заряженные частицы.
^ Учитель химии: Правильно. При расплавлении или растворении кислот, солей и щелочей в них происходит распад молекул на положительные и отрицательные ионы. Этот процесс и называется электролитической диссоциацией. 
Теорию электролитической диссоциации создал шведский физико-химик Сванте Аррениус (1859-1927), лауреат Нобелевской премии «За чрезвычайные заслуги в развитии химии» 1903 года. 

Учащиеся выступают с сообщением о Сванте Аррениусе.

Учитель химии: Электролитическая диссоциация происходит в несколько этапов:

• Гидратация – взаимодействие молекул воды с ионами кристалла
• Диссоциация – распад электролита на ионы
• Ассоциация – объединение ионов (Происходит одновременно с диссоциацией).

Уравнения диссоциации записываются так: (на экране появляются последовательно 3 типа уравнений):

• NaCl = Na+ + Cl- 

соль = катион металла + анион кислотного остатка

• HCl = H+ + Cl- 

кислота = катион водорода + анион кислотного остатка 

• NaOH = Na+ + OH- 

основание (щёлочь) = катион металла + гидроксид- анион 

К доске вызываются 3 ученика для записи уравнений диссоциаций:

• CuSO4 , Na2CO3 , HNO3 , H2SO4 , KOH , Ca(OH)2 .

Остальные учащиеся самостоятельно записывают уравнения в тетрадях и сверяют их затем с доской. Учитель физики проходит по рядам, проверяя записи в тетрадях.

 Правильные ответы:
CuSO4 = Cu2+ + SO42-
Na2SO4 = 2 Na+ + SO42-
HNO3 = H+ + NO3-
H2SO4 = 2 H+ + SO42-
KOH = K+ + OH-
Ca(OH)2 = Ca2+ + 2 OH- 

Учитель химии: В эксперименте мы с вами видели, что растворы разных веществ проводят ток по-разному. При опыте с поваренной солью лампа горела ярче, чем в опыте с соляной кислотой. Это вызвано тем, что у разных веществ разная степень диссоциации.
^ Степень диссоциации показывает отношение числа диссоциировавших молекул к числу растворённых. Обозначается буквой альфа:
α ( альфа ) α = N д/ NР

В зависимости от степени диссоциации электролиты бывают сильными и слабыми. 

• 
  α → 1 сильный электролит
• 
  α → 0 слабый электролит

Сильные электролиты:

• Соли
• Щёлочи
• Сильные кислоты: серная, соляная, азотная

Слабые электролиты:

• Вода
• Гидроксид аммония NH4OH
• Слабые кислоты: сероводородная, сернистая, угольная, органические кислоты

!!! Учащиеся решают задачу на местах, затем один из них демонстрируют её решение на доске. Задача: Степень электролитической диссоциации кислоты равна 6%, её масса 180 грамм, молярная масса 18 г/моль. Сколько всего молекул диссоциировало на ионы?

^ Учитель физики: Если сосуд с раствором электролита включить в электрическую цепь, то отрицательные ионы начнут двигаться к положительному электроду – аноду, а положительные – к отрицательному – катоду. Возникает электрический ток, который характеризуется переносом вещества. На электродах происходит выделение веществ, входящих в состав электролитов. На аноде отрицательно заряженные ионы – анионы отдают свои лишние электроны (происходит окислительная реакция), а на катоде положительные ионы – катионы получают недостающие электроны (восстановительная реакция). (Учитель показывает на схеме движение ионов).

Например, если в расплав хлорида натрия погрузить инертные (угольные) электроды и пропустить постоянный электрический ток, то катионы Na+ будут двигаться к катоду, а анионы Cl- к аноду. Ионы Na+, достигая катода, принимают от него электроны и восстанавливаются: Na+ + e- = Na, а Cl-, отдав электроны аноду окисляются: 2Cl- - 2 e- = Cl2

В итоге на катоде выделяется металлический натрий, а на аноде хлор.

^ Учитель химии: Электролиз водного раствора хлорида натрия отличается от электролиза расплава хлорида натрия тем, что в процессе участвуют молекулы воды. В растворе находятся гидратированные ионы Na+ и Cl-, а также молекулы воды. При этом на катоде, вместо ионов натрия восстанавливаются молекулы воды: 2H2O + 2 e- = H2+ 2 OH-, а на аноде окисляются хлорид-ионы: 2Cl- - 2 e- = Cl2 

В итоге на катоде выделяется водород, на аноде хлор, а в растворе вблизи катода накапливается гидроксид натрия.

^ Учитель физики: В процессе электролиза на электродах выделяется чистое вещество. Проверим это на эксперименте. (Проводит эксперимент) Проведём электролиз сульфата меди (II) с применением электродов из меди. Медь восстанавливается легче, чем водород, поэтому на катоде происходит процесс: Cu+2 + 2 e- = Cu. На аноде медь окисляется: 

Cu - 2 e- = Cu+2

Таким образом, электролиз сульфата меди сводится к растворению анода и осаждению меди на катоде. Это хорошо видно по характерной окраске электрода. (Показывает электрод)

^ Учитель химии: Схема процесса: СuSO4

Катод(Сu) ← Cu+2 + SO4-2→ анод (Сu) 

Cu+2 + 2 e- = Cu H2O Cu - 2 e- = Cu+2

Учитель физики: Проведём электролиз в растворе иодида калия. Для этого в раствор иодида калия добавим 3-4 капли раствора фенолфталеина, вставим в оба колена электролизёра угольные электроды и соединим их с источником постоянного тока. Через некоторое время в зоне анода раствор становится жёлтым, а в зоне катода – малиновым и выделяет пузырьки газа.

^ Учитель химии: Схема процесса: KI ↔ K+ + I-
Катод← H2O ↔ H+ + OH- → анод

2H2O+2 e- = ↑H2 + 2OH- 2I- - 2 e- = I2

Вы видите, что накопившиеся в зоне катода гидроксид-ионы окрашивают фенолфталеин в малиновый цвет, выделяется газ водород. В зоне анода происходит окисление ионов йода до молекул йода, которые окрашивают раствор в жёлтый цвет. 

^ Учитель физики:

^ Закон Фарадея для электролиза: 

Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит: m =k Q = k I t. 

Величину k называют электрохимическим эквивалентом. 

Учитель физики: Явление электролиза широко применяется в современном промышленном производстве. Электролитические процессы классифицируются следующим образом:

• 
  получение неорганических веществ (водорода, кислорода, хлора, щелочей и т.д.); 

^ Электролиз раствора соли активного металла и 

бескислородной кислоты. Путем электролиза 

производят Н2 и О2 из воды, 

С12 из водных растворов NaCl, F2 из расплава KF 

• очистка металлов (медь, серебро и т.д., и т.п.);
  Электролиз с растворимым анодом. Например, Полученную из руды неочищенную медь отливают в форме толстых листов, которые затем помещают в ванну в качестве анодов. При электролизе медь анода растворяется, примеси, содержащие ценные и редкие металлы, выпадают на дно, 
  
  а на катоде оседает чистая медь. 

• обработка поверхностей металлов (азотирование, борирование,электрополировка, очистка);

• получение гальванических покрытий; 

Часто стальной кузов автомобиля покрывают 
снизу тонким слоем цинка для защиты от коррозии 

Учащиеся выступают с сообщением о гальванотехнике.

Тест на повторение и закрепление темы:                                                                                                     8 кл