Обобщение и систематизация знаний по теме «Электролитическая диссоциация»

Интегрированный урок по химии и физике • 10 класс (2 ч)

Повторенье – мать ученья!
Химия – это физика плюс математика

Цель. Обобщить и систематизировать знания по теме, закрепить практические навыки при выполнении эксперимента, расширить умения решать физические и химические задачи, показать связь явлений физических и химических, рассказать о практическом использовании электролиза в промышленном производстве металлов, развить наблюдательность за явлениями природы, умение обобщать, выделять главное, использовать теоретические знания на практике.

Задание к уроку. Повторить темы «Электролитическая диссоциация», «Электрохимический ряд напряжений металлов», «Гальванические элементы», «Электролиз, решение расчетных задач». Подготовить краткое объяснение к таблицам «Диссоциация веществ», «Электролиз в расплавах и растворах».

Наглядные пособия. Киноаппарат, кинофильм «Применение электролиза»; таблицы «Электрохимический ряд напряжений металлов», «Растворимость солей, кислот и оснований в воде», «Электролитическая диссоциация солей и кислот», опорный конспект «Электролиз».

Оборудование и реактивы. Угольные электроды, электрическая лампочка, прибор для электролиза, весы с разновесами, секундомер, гальванометр; два гвоздя, два куска проволоки, картофель и лук, два стакана с растворами сахара и поваренной соли.

На столах учащихся: растворы сульфата меди CuSO₄ и сульфата железа(III) Fe₂(SO₄)₃, железная кнопка, медная проволока, штатив с пробирками.

Электролиз (опорный конспект)

Электролиз в расплавах (электроды нерастворимые).

NaCl Na⁺ + Cl^–.

Электролиз в растворах (электрод (анод) растворимый).

CuSO₄ Cu²⁺ + SO₄^2–.

1-й закон Фарадея: массы (m) веществ, выделившихся на катоде и аноде, пропорциональны количеству прошедшего через раствор или расплав электричества (Q = I•t):

m = kIt,

где k – электрохимический эквивалент; I – сила тока, А; t – время электролиза, с.

k = m/(nq(e)N_A),

где n – валентность элемента; q(e) – 1,6•10^–19 Кл; N_A = 6•10²³ моль^–1 – постоянная Авогадро.

Особенности электролиза в водных растворах. При электролизе растворов, содержащих катионы металлов, положение которых в ряду напряжений металлов от Li по Al, на катоде выделяется Н₂.

Например:

KCl K⁺ + Cl^–,

H₂O H⁺ + OH^–.

Конкуренция ионов при анодном процессе.

СuSO₄ Cu²⁺ + SO₄^2–,

H₂O H⁺ + OH^–.

В растворах кислородсодержащих солей на аноде окисляется кислород воды. Так, в присутствии анионов SO₄^2–, CO₃^2–, PO₄^3––, SO₃^2– на аноде идет процесс:

Катионы металлов, стоящих за водородом, восстанавливаются на катоде.

Применение электролиза:

Каждому ученику выдается индивидуальный опросный лист. Пример задания для учащихся, занимающихся на «5», приведен ниже.

Опросный лист с заданиями

1. Напишите суммарное уравнение электролиза сульфата меди CuSO₄ в растворе.

2. а) Напишите, на какие частицы распадутся вещества H₂SO₄, Al(NO₃)₃, Na₂CO₃, KCl при растворении в воде, запишите их в два столбца: катионы и анионы.

б) Какие окрашенные частицы при электролизе сместятся к катоду и какие – к аноду?

Укажите стрелками.

3. Из 200 молекул в растворе распалось на ионы 160. Определите степень диссоциации. Какой это электролит – сильный или слабый?

4. а) Составьте из набора веществ гальванический элемент (подчеркните используемые вещества): углерод; металлы – Cu, Zn, Mg; растворы солей – NaCl, AgNO₃.

б) Как изобразить на схемах электрических цепей гальванический элемент и батарею гальванических элементов?

5. Напишите схему и уравнения реакций электролиза расплавов веществ: KI, Al₂O₃.

6. Напишите схему и уравнения электролиза раствора вещества Hg(NO₃)₂.

7. Рассчитайте массу сульфата меди CuSO₄, вступившего в реакцию электролиза, если масса выделившейся меди – 1 г, а массовая доля выхода = 18%.

Решение

Найдем массу меди m(Сu)_теор, которая могла бы выделиться при 100%-м выходе:

m(Сu)_{теор = 1/0,18 = 5,56 г.}

Согласно схеме процесса

из 160 г CuSO₄ получается 64 г Cu,

из x г CuSO₄ – 5,56 г Cu.

Отсюда х = 160•5,56/64 = 14,25 г.

Ответ. 14,25 г.

ХОД УРОКА

Учащимся выдают опросные листы с заданиями. Учитель физики объявляет тему урока, цель, порядок проведения урока, основные требования. Затем учитель совместно с учениками начинает длительный опыт электролиза раствора сульфата меди(II): взвешивается электрод (катод), замечается время, определяется сила тока. Ученики, используя знания по электролизу растворов солей, записывают суммарное уравнение реакции электролиза раствора сульфата меди (учебник Л.С. Гузея, Р.П. Суровцевой «Химия-10», с. 109–110).

Учитель химии (рассматривает вопрос об электролитической диссоциации и задает вопросы). Объясните термин «электролитическая диссоциация». По таблице «Диссоциация веществ» расскажите о процессе диссоциации. Как называют положительные и отрицательные ионы? Как записать уравнение диссоциации веществ?

Учитель химии проделывает опыт по электропроводности с растворами поваренной соли и сахара, опуская электроды в растворы. Учащиеся наблюдают, что лампочка горит в растворе соли и не горит в растворе сахара.

Учитель химии. Итак, электролиты – это вещества…

Учащиеся (продолжают предложение). …растворы и расплавы которых проводят электрический ток.

Учитель химии. При растворении в воде или расплавлении электролиты распадаются на заряженные частицы – ионы.

Запишите распад на ионы веществ из задания 2а (см. опросный лист с заданиями).

Даны уравнения диссоциации двух кислых солей:

NaHCO₃ Na⁺ + HCO₃^–,

NaHSO₄ Na⁺ + H⁺ + SO₄^2–.

Выполните задание 3. Как увеличить степень диссоциации слабого электролита?

Учитель физики (спрашивает учащихся). Что такое электрический ток? Какие частицы переносят заряд? Как они обозначаются и каков их знак (плюс или минус)?

Какие частицы проводят электрический ток в растворах? Каково направление их перемещения? Что является движущей силой направленного движения ионов к электродам?

Учитель химии (проводит с учащимися опыты). Опустите железную кнопку в раствор сульфата меди(II) и медную проволоку в раствор соли железа(III). В какой пробирке происходит реакция? Объясните явление с помощью электрохимического ряда напряжений металлов. Где расположены активные металлы в таблице Д.И.Менделеева? Перечислите основные компоненты гальванических элементов.

Выполните задание 4а. Нарисуйте схему гальванического элемента и укажите перемещение электронов.

Учитель физики спрашивает учащихся о применении гальванических элементов и батарей гальванических элементов. Учащиеся выполняют задание 4б.

Учитель химии (рассматривает вопрос об электролизе). Что такое электролиз? Расскажите об электролизе расплава хлорида натрия. Что предшествует электролизу?

Какие особенности электролиза растворов? По таблице «Электролиз в расплавах и растворах» обсудите особенности: а) восстановления металлов из растворов; б) окисления анионов;
в) суммарного уравнения.

Выполните задание 6.

Учитель физики. Вернемся к опыту, заложенному в начале урока.

Ученик отмечает время проведения опыта, взвешивает электрод, на котором выделилась медь. Данные записывает на доске. Ученики совместно с учителем физики решают задачу на закон Фарадея.

Учитель химии выполняет с учащимися задание 7.

Учитель физики рассказывает о применении электролиза и демонстрирует кинофильм «Применение электролиза».

Учитель физики. Следующий урок – экскурсия на завод «Метапласт» в цех столовых приборов. Там мы на практике познакомимся с применением электролиза, в отчете по экскурсии составим схемы электролитического полирования и вакуумного напыления нитрида титана.

Учителя физики и химии оценивают опросные листы учащихся, учитывая работу учеников на уроке.

ЛИТЕРАТУРА

Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1988; Гузей Л.С., Суровцева Р.П. Химия-10. М.: Дрофа, 2002; Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика-10. М.: Просвещение, 2002; Подобаев Н.И. Окислительно-восстановительные реакции и гальванические элементы. М.: Просвещение, 1966; Николаев А.Л. Первые в рядах элементов. М.: Просвещение, 1983; Пурмаль А.П., Цирельников В.И. Рожденные электричеством. М.: Просвещение, 1983; Шалинец А.Б. Провозвестники атомного века. М.: Просвещение, 1975; Гузей Л.С., Сорокин В.В. Окислительно-восстановительные реакции. М.: изд-во МГУ, 1992.

В.А.ЛУНЬКИНА,
учитель химии,
А.В.ТЕРЕХИН,
учитель физики
средней школы № 1
(пос. Колышлей, Пензенская обл.)