58842

Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів. Закони електролізу. Застосування електролізу

Конспект урока

Педагогика и дидактика

Закони електролізу. Застосування електролізу Мета: розяснити учням фізичну природу електропровідності рідких провідників навчити учнів застосовувати закони електролізу Фарадея під час розвязання задач. Ознайомити з технічним застосуванням електролізу. Тип уроку: виклад нового матеріалу Демонстрації: явище електролізу; фрагмент відеофільму âЕлектроліз та його промислове застосуванняâ.

Украинкский

2014-06-05

79 KB

3 чел.

Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів. Закони електролізу. Застосування електролізу

Мета: роз’яснити учням фізичну природу електропровідності рідких провідників, навчити учнів застосовувати закони електролізу Фарадея під час розв’язання задач. Ознайомити з технічним застосуванням електролізу. Розвивати уміння застосовувати вивчений матеріал при розв’язанні задач та у повсякденному житті. Виховати старанність, самостійність та відповідальність при виконанні завдань, поставлених вчителем.

Тип уроку: виклад нового матеріалу

Демонстрації:

  1.  явище електролізу;
  2.  фрагмент відеофільму Електроліз та його промислове застосування.

Обладнання: склянка з водним розчином сульфату міді (CuSO4); склянка з дистильованою водою, кухонна сіль, мідні електроди; джерело постійного струму; секундомір або годинник з секундною стрілкою; ключ; з'єднувальні провідники; лампа.

Хід уроку

  1.  Перевірка домашнього завдання.
  2.  Виклад нового матеріалу

Рідини, як і тверді тіла, можуть бути діелектриками, провідниками і напівпровідниками. Діелектриком є також дистильована вода.

2.1   Фронтальний експеримент

Складемо коло за схемою (рис.1.)

Рис.1.

Розглянемо три випадки:

  1.  В склянку наллємо дистильовану воду і опустимо два електроди – струму в колі немає (лампа не світиться). Дистильована вода – діелектрик.
  2.  В склянці насиплемо кухонну сіль (NaCl) – струму в колі немає (лампа не світиться). Кухонна сіль – діелектрик.
  3.  В склянку наллємо дистильовану воду і розчинемо в ній кухонну сіл (розчин солі) – замкнувши ключем коло, лампа починає світитись.

Питання: Чому сіль і дистильована вода окремо не проводить струм а якщо їх змішати струм в колі є?

Пояснення досліду.

До провідників належать розплави і розчини електролітів: кислот, лугів і солей. Рідкими напівпровідниками є розплавлений селен, розплави сульфідів та ін.

Під час розчинення електролітів під впливом електричного поля полярних молекул води відбувається розпад молекул електролітів на іони. Цей процес називають електролітичною дисоціацією, в результаті якої нейтральні молекули розпадаються на позитивні та негативні іони. В електроліті з'являються вільні носії зарядів і він починає проводити струм. Оскільки заряд у водних розчинах чи розплавах електролітів переноситься іонами, то таку провідність називають іонною. За іонної провідності проходження струму пов'язано із перенесенням речовини. На електродах відбувається виділення речовин, які входять до складу електроліту. На аноді негативно заряджені частинки віддають свої зайві електрони (окиснювальна реакція), а на катоді позитивні іони отримують електрони (реакція відновлення). Процес виділення на електроді речовини, пов'язаний із окиснювально-відновлювальними реакціями, називають електролізом. У розчині може відбуватися процес об’єднання іонів у нейтральні молекули, такий процес називається рекомбінацією.

  1.   Розглянемо явище електролізу на прикладі мідного купоросу (складемо коло за схемою рис.1). В результаті електролітичної дисоціації CuSO4 = Cu2+ + SO42-. Позитивно заряджені іони міді під дією електричного струму будуть переміщуватися до катода, де отримають електрони і виділяться на ньому у вигляді нейтральних атомів міді (рис. 2.). Негативно заряджені іони під дією електричного поля перемістяться до анода, де віддадуть вільні електрони і також виділяться на ньому.

Рис.2.

Нехай за час t через електроліт буде перенесено заряд. Кількість іонів, які досягли електрода, дорівнюватиме:

, (1)

де q0 = Ze - заряд іона; Z - валентність іона; e - елементарний заряд.

Кількість іонів N дорівнює кількості атомів речовини, що виділиться на електроді, а маса виділеної речовини

, (2)

де m0 - маса одного атома,  μ - молярна маса речовини.

Для кожного хімічного елемента можна у виразі (2) виділити сталу величину k, яку називають електрохімічним еквівалентом речовини:

, (3)                                            

У СІ електрохімічний еквівалент вимірюють у кілограмах на кулон: [k] = кг/Кл.

Виходячи з цього можна записати, що m = kq = kIΔt (4)

Маса речовини, яка виділяється на катоді за час Δt, пропорційна силі струму і часу. Це твердження, встановлене експериментально Фарадеєм (1831 р.), має назву першого закону Фарадея для електролізу.

Електрохімічний еквівалент речовини визначено для всіх хімічних елементів. Він є табличною величиною, але його не важко розрахувати:, де  хімічний еквівалент речовини.  Добуток числа Авогадро на заряд електрона називають сталою Фарадея:

F = NAe = 6,02·1023 1/моль ×1,6·10-19 Кл = 96500 Кл/моль.

Стала Фарадея дорівнює заряду, під час перенесення якого одновалентними іонами через розчин або розплав електроліту виділяється 1 моль речовини.

З цих міркувань вираз (4) набуде вигляду:  (5)

Формула (5) виражає другий закон Фарадея для електролізу: електрохімічні еквіваленти різних речовин прямо пропорційні їх хімічним еквівалентам. Якщо у вираз (4) підставити співвідношення (3), то отримаємо об'єднаний закон Фарадея для електролізу:

  1.   Явище електролізу має широке застосування в електрометалургії (добування чистих металів); у гальваностегії (нанесення металевих покриттів для запобігання корозії металів); у гальванопластиці (виготовлення копій з матриць) тощо. Будову хімічних джерел струму (гальванічних елементів та акумуляторів) також засновано на процесах взаємодії металів з електролітами.

Фрагмент відеофільму Електроліз та його промислове застосування.

3. Питання для закріплення матеріалу

1. Які речовини належать до електролітів?

2. Що таке електролітична дисоціація?

3. Що називають електричним струмом у рідинах?

4. Чим зумовлено електропровідність електролітів?

5. Чому під час проходження струму через розчин електроліту відбувається перенесення речовини, а під час проходження по металевому провіднику не відбувається?

6. Що називають електролізом?

7. Що називають електрохімічним еквівалентом речовини? Який його фізичний зміст?

8. Наведіть приклади застосування електролізу.

4.  Завдання додому

§116, 117, 118, розв’язати впр. 30 (1,2,3) (Гончаренко С.У. Фізика 10 клас. – К.: Освіта, 1995)

Опорні записи до конспекту учня

Електроліт — це розчин або розплав, що проводить електричний струм.

УВАГА! Причиною дисоціації є не електричне поле, а дія розчинника або нагрівника.

Електроліз — це процес виділення на електродах речовин    внаслідок   відновлювально-окислювальних реакцій, що відбуваються на електродах.

Рекомбінація – процес об’єднання іонів у нейтральні молекули.

m — маса речовими.

μ — молярна маса

NA — стала Авогадро,

N  — кількість іонів,

Z — валентність

e — заряд електрона,

I—сила струму,

F — стала Фарадея.

Закон електролізу

 

m = k·I·t

F = NAe

Застосування електролізу:

добування алюмінію з розплаву бокситів, цинку і нікелю з розчинів:

очищення (рафінування) металів від домішок:

гальваностегія (нікелювання, хромування і т. д.);

гальванопластика (одержання металевих рельєфних копій):

електролітичне полірування поверхні.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39223. Социальный конфликт: причины, структура и функции. Управление конфликтом 17.4 KB
  Социальный конфликт — это социальное явление, содержанием которого является процесс развития и разрешения противоречивости отношений и действий людей, детерминируемый прежде всего объективными закономерностями развития общества.
39224. Изучение явления термоэдс 163 KB
  Зеебек обнаружил что замкнутой цепи состоящей из двух разнородных проводников возникает электродвижущая сила термоэдс если контакты находятся при различных температурах рис. Явление возникновения термоэдс наблюдается и в одном проводнике если его концы находятся при разных температурах рис. Величина термоэдс прямо пропорциональна разности температур.
39225. Изучение эффекта Пельтье 259 KB
  При прохождении тока в цепи состоящей из различных проводников в местах контакта в дополнение к теплоте ДжоуляЛенца выделяется или поглощается в зависимости от направления тока некоторое количество тепла теплота Пельтье пропорциональное прошедшему через контакт электрическому заряду. В переносе тока будут участвовать электроны в узкой полосе размытия 2kT вблизи уровня Ферми. При противоположном направлении тока электроны переходя в полупроводник поглощают энергию охлаждая контакт. При пропускании тока в прямом направлении от p...
39226. Измерение коэффициента теплопроводности сыпучего материала 114 KB
  Ознакомление с методикой измерения коэффициента теплопроводности сыпучих материалов измерение коэффициента теплопроводности песка. Коэффициент теплопроводности В феноменологической теории теплопроводности перенос тепловой энергии рассматривается подобно течению жидкости. Согласно закону Фурье 1 где  коэффициент теплопроводности.
39227. Изучение сегнетоэлектриков 202 KB
  Основная кривая поляризации сегнетоэлектрика представлена на рис. Диэлектрическая проницаемость зависит от напряженности внешнего поля рис. На рис. Механизм спонтанной поляризации сегнетоэлектриков По типу химической связи и физическим свойствам сегнетоэлектрики принято подразделять на две группы: 1 ионные кристаллы; 2 дипольные кристаллы.
39228. Определение концентрации и подвижности электронов в металле методом измерения эффекта Холла и удельной электрической проводимости 187.5 KB
  Эффект Холла Сущность эффекта Холла заключается в возникновении в проводниках разности потенциалов напряженности электрического поля в направлении перпендикулярном направлениям тока и магнитного поля. Причина эффекта состоит в искривлении траекторий движения носителей тока электронов дырок вследствие действия магнитной составляющей силы Лоренца что изображено на рис. На практике плотность тока определяется измерением силы тока а напряженность холловского поля через разность потенциалов между гранями 1 и 2 : тогда 4. Измерив...
39229. Определение коэффициента теплопроводности металла 99.5 KB
  Распределение температуры вдоль металлического стержня Рассмотрим распределение температуры вдоль металлического стержня нагреваемого с одного конца. Количество тепла отдаваемое отрезком стержня в окружающую среду 2 где P периметр сечения образца. Если температура стержня в точке x=0 равна T1 то T1 T0= B. С другой стороны при x  0 температура стержня T  T0 и поэтому =0.
39230. Измерение магнитной восприимчивости слабомагнитных веществ 155 KB
  Измерение магнитной восприимчивости слабомагнитных магнетиков Наиболее распространен способ измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных образцов на основании измерения механической силы действующей на образец в неоднородном магнитном поле. Энергия системы образец стержень с сечением S и воздушный столб в начальном состоянии: Здесь lОБ длина части стержня находящейся в магнитном поле индукцией В а lВЗ длина воздушного столба в области магнитного поля. Если при измерениях образец находится в вакууме то парамагнетик  0...