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

5277. Банковская система 141 KB
  Банковская система Понятие и структура кредитной системы Банковская система: понятие, виды, структура, уровни, элементы. Характеристика элементов банковской системы Вопрос 1. Понятие и структура кредитной системы Выделяют два основ...
5278. Лесопиление. Окорка, пилорама с брусовкой 241.29 KB
  Введение. По объему выпускаемой продукции лесопромышленный комплекс в структуре промышленного производства России занимает пятое, по объемам экспорта - четвертое место. В нашей стране сосредоточены крупнейшие в мире лесосырьевые ресурсы...
5279. Независимая журналистика в России: проблемы существования. 93.5 KB
  Независимая журналистика в России: проблемы существования. Средства массовой информации и коммуникации часто вызывают полемику в обществе. Вопросы массовых коммуникаций важны потому, что прямо или косвенно оказывают влияние на жизни людей. Вопросы с...
5280. Подготовка к сварочно-наплавочным работам 76.5 KB
  Подготовка к сварочно-наплавочным работам Присварочно-наплавочных работах, подготовительные операции заключаются в следующем: зачистке мест сварки или наплавки металлическими щетками удалении загрязнений, ржавчины, остатков масел. При наличии...
5281. Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводников 49.5 KB
  Изучить зависимость электропроводности полупроводникового образца от температуры. Определить ширину запрещенной зоны. Теоретическое введение Электропроводность материалов определяется выражением...
5282. Микропроцессоры и цифровая обработка сигналов 148 KB
  Задание 1. Разработать схему алгоритма и написать программу на языке программирования С. Вариант задания выбрать в соответствии с предпоследней цифрой шифра студента. Вариант 1. Сформировать массив из 10 чисел. Найти наибольший элемент массива и его...
5283. Вибір марок сталей і призначення технологічних параметрів термічної обробки деталей машин і інструментів 2.13 MB
  Розвиток технології машинобудування значною мірою залежить від технічного рівня інструментального виробництва. Термін служби інструменту, кількість проміжних перезаточок впливають на вартість готових виробів. Умовою виробництва високоякісного...
5284. Современные телекоммуникационные технологии 70 KB
  Современные телекоммуникационные технологии. Сформулируйте основные требования, предъявляемые к современным телекоммуникационным системам. Производительность – время реакции, пропускная способность и задержка передачи. Время реакции...
5285. Экологические законы Б. Коммонера. Международное сотрудничество в сфере экологической безопасности 48 KB
  Экологические Законы Б. Коммонера. Экологические законы сформулированы в начале 70-х годов XX в. американским ученым Б. Коммонером. Коммонер достаточно радикален в выборе решения многих проблем загрязнения окружающей среды. Он является решите...