интегрированный урок по теме "Электролиз"
план-конспект урока по физике (11 класс) по теме

Урок проведён в профильном 11 классе для учителей физики и химии на межрайонном семинаре учителей Вельского района и Верховажского района Вологодской области по теме «Системно-деятельностный  подход в условиях модернизации образования».

Учитель физики-Ершова Татьяна Вячеславовна (высшая кв.категория).

Учитель химии – Палкина Татьяна Николаевна ( высшая кв.категория).

Интегрированный урок по теме «ЭЛЕКТРОЛИЗ»

Химия и физика

Цели и задачи урока:

• обобщить и систематизировать материал по теме «Электролиз», формировать системность, гибкость межпредметных связей;
• развивать логическое мышление при решении экспериментальных и расчетных задач, самостоятельность, умение сравнивать, делать выводы, правильно и кратко излагать свои мысли;
• воспитывать точность и аккуратность при выполнении заданий, гордость за успешно выполненную работу, деловитость, приучение к правильному использованию рабочего времени, повышение политехнической направленности обучения.

Оборудование: мультимедийное оборудование; презентация, выполненная в программе Microsoft Office PowerPoint (см. приложение 6);  лабораторное оборудование для экспериментальных задач, карточки-задания, тесты, зачетные листы ( приложение 5), карточки с терминами и формулами.

Ход урока:

1. Организационный этап. (2-3 мин)

Учитель физики - Здравствуйте, ребята!

Учитель химии - Добрый день!

Слайд 1

Учитель физики   Наш урок мы хотим начать словами Бориса Пастернака, которые вы видите на экране. Пусть они будут нашим девизом сегодня.

«Во всем мне хочется дойти до самой сути…»

А можно ли добраться до самой сути, если в твоем багаже данные одной науки? На этот вопрос дает ответ поэтесса Маргариты Аллегер.

О, физика, наука из наук!
Все впереди так мало за плечами.
Пусть химия нам будет вместо рук,
Пусть математика очами станет.
Не разлучайте этих трёх сестёр
Познания в подлунном мире.
Тогда лишь будет ум и глаз остёр
И знанье человеческое шире.

Посмотрите на термины, прикрепленные на доске, и постарайтесь определить к какому процессу они относятся.

Учитель физики  Поэтому тема нашего урока….(ответ ученика).

Учитель химии Вам выданы зачетные листы, в которые вы вносите заработанные баллы в течение урока. А в конце урока мы подведем итоги.

2. Работа с терминами (8-9 мин)

Учитель физики   Сейчас мы работаем с терминами, которые записаны на доске. Ваша цель – распределить их на 3 группы: направо – изученные только на уроках химии, налево – только на уроках физики, а по центру общие для физики и химии.

Законы электролиза

Электрохимический эквивалент

Элементарный заряд

Проводимость

Электролиз

Катод

Анод

Катионы

Анионы

 Диссоциация

Электролит

Неэлектролит

Восстановление

Окисление

Катодные процессы

Анодные процессы

Учитель химии   Повторим эти определения. За правильный ответ вы получаете 1 балл, который выставляете в зачетном листе.  ( фронтальный опрос)

Учитель физики  Мы повторили основные определения и законы, к которым мы не раз будем сегодня возвращаться. (Формулы законов электролиза - на доску).  Какой  вывод напрашивается по данной теме?

(Ответ ученика - Электролиз – физико-химический процесс.)

3. Повторение материала ( 15 мин)

Учитель химии  Сейчас перейдем к  тем процессам, которые происходят при электролизе. Начнем с электролиза расплавов.

Вопрос классу. Рассмотрите электролиз расплава NaCl с инертными электродами.

Ответ ученика.  При расплавлении соединений с ионным видом связи (солей, щелочей) происходит их электролитическая диссоциация. В расплаве NaCl присутствуют катионы Na+ и хлорид анионы -.

NaCl = Na+ + Cl-

Если погрузить в расплав два инертных электрода и замкнуть электрическую цепь, то под действием электрического тока катионы Na+  устремятся к катоду, анионы Cl-  к аноду. При соприкосновении с катодом ионы Na+  принимают от него электроны и превращаются в атомы металла.

К(-)                   Na+ + e- → Na                   (восстановление)

На аноде происходит окисление ионов Cl-.

A(+)                    2Cl- + 2e- → Cl2                (окисление)

Суммарное уравнение электролиза

                              Электр.ток

2NaCl  →     2Na + Cl2↑

                     (К)       (А)

В результате такого процесса получают 70% Mg, большое количество K, Li, Ca, Ba, Sr, Be, Mn, а также тугоплавкие металлы: титан, W, Mo, V, ниобий. Эти металлы широко используются в авиации, космонавтике, атомной промышленности, электротехнике, медицине. Из расплавов  получают лантаноиды и актиноиды. Практически весь алюминий в настоящее время получают электролизом оксида алюминия, содержащегося в глиноземе и бокситах. В нашей области крупное месторождение бокситов Северо-Онежское (Иксинское) месторождение. Из расплавов получают также галогены – хлор, фтор.

Учитель химии А теперь проверим знания, записывая схемы электролиза растворов с инертными электролитами.

 Работают 2 ученика на закрытых досках, остальные по вариантам на местах.  ( индивидуальная работа)

1 вариант

Р-р  AgNO3

AgNO3 = Ag+ + NO3-

K(-) Ag+ , H2O

 A(+)  NO3-, H2O                                      

Аg++1e-→  Ag        2H2O- 4e- →4H++O2

4AgNO3 + 2H2O →4 Ag + O2 + 4 HNO3

2  вариант

Р-р  KCl

KCl = K+ +Cl-

K(-)K+  , H2O      

          A(+) Cl- , H2O

22H2O+2e-→  H2 + 2OH -       2Cl- 2e-  →Cl2

2 2KCl + 2 H2O →H2 + Cl2 + 2KOH

Проверка записанных схем (работа в парах). Запись заработанных баллов в зачетный лист.

Учитель химии Рассмотрим электролиз раствора электролита с активным анодом. Предположим, что мы проводим электролиз раствора бромида никеля, используя в качестве электродов медные пластинки. Материал катода никак не повлияет на восстановление никеля, ведь металлическая медь – это восстановленная форма металла и принимать электроны не может:

Катод (-): Ni 2+ +2e-  →Ni (восстановление)

Атомы меди, из которой сделан анод будут отдавать электроны во внешнюю цепь и переходить в раствор в виде ионов.

Анод (+): Cu 0 – 2e-  → Cu2+

Суммарное уравнение электролиза:

Cu +NiBr2 = Cu Br2 +Ni

Обратите внимание, какие чудеса творит электрический ток в процессах электролиза: менее активный металл (медь) вытесняет более активный (никель) из раствора соли.

Далее рассмотрим электролиз раствора  сульфата меди (2) также с медными электродами.

Суммарное уравнение будет таким:

Катод(-): Cu2+ +2 –е  →   Cu     (восстановление)

Анод(+): Cu - 2 –е  →     Cu2+    (окисление)

Cu (анод)  →  Cu      (катод)

Растворяя медный анод, мы осаждаем медь на катоде .Так очищают металлы от примесей(рафинируют) .    

4. Исследовательский этап (15 мин) Слайд 2. ( работа в группах)

Учитель физики Следующая часть урока экспериментальная. Вы должны проделать экспериментальные задачи и выяснить от чего зависит процесс электролиза. Работаем в группах по 3-4 человека. Пройдите на свои рабочие места.

У вас на столе карточка-задание ( приложение 1) и состав вашей группы. Перед экспериментом я предупреждаю вас об охране труда:  будьте аккуратны с растворами, не оборачивайтесь, чтобы не разлить; при работе с электроприборами собирайте цепь только при разомкнутом ключе, подключайте амперметр и вольтметр правильно, соблюдая полярность источника; после выполнения работы приведите в порядок свое рабочее место. Если у вас останется время – потратьте его на дополнительное задание. Приступаем к выполнению эксперимента.

5. Подведение итогов. Защита экспериментальных задач (2-3 мин).

Учитель физики  Мы с вами с помощью эксперимента выяснили, что процесс электролиза зависит от многих факторов: температуры, площади поверхности электродов, расстояния между электродами, концентрации растворов, а так же от материала электродов.

2 урок

6. Решение задач (20-25 мин)  

Учитель химии На доске записана задача. Рассчитайте массу меди, полученной при электролизе водного раствора Cu (NO3)2 c графитовыми электродами, если на аноде выделяется 6 г кислорода.

Как будем решать эту задачу?

(ответ ученика    - По химическому уравнению.  

                               – По закону электролиза.)

Учитель физики  Приглашаются два человека для решения задачи у доски. Остальные работают в тетрадях.

Химически

2 Cu (NO3)2  + 2H2O→2Cu + O2 + 4HNO3

n(O2) = 6/32 = 0,1875 моль

n(Cu) = 2n(O2) = 2×0,1875 = 0,375моль

m(Cu) = 0,375×64 г/моль = 24 г

Физически

m(O2) = k(O2) It

m(Cu) = k(Cu) It

k = M/(nF)

Разделив одно уравнение на другое, получим пропорцию

m(O2)               М(О2) n(Cu)

-------------   =   -------------------

m(Cu)               М(Cu) n(O2)

6 г                         32 г/моль×1

-------------   =   -------------------

m(Cu)               64 г/моль×2

m(Cu) = 24 г

Учитель химии Ребята, вы убедились, что задачи по электролизу можно решать 2 способами. Поэтому мы вам предлагаем потренироваться в решении задач, работая парами. Вам предложены карточки, где 3 типа заданий(1-химическим способом, 2- физическим способом, а 3 усложненные и по физике, и по химии) (приложение 2).  Выбираем задачи на «4» или «5», решаем, поднимаем руку и сверяемся с ответом. Заносим оценки в зачетный лист.

7. Применение электролиза.( 5 мин)

Учитель физики  Электролиз находит широкое применение не только в промышленности, но и в искусстве. Давайте познакомимся с его применением по сообщению Шучева Андрея. Презентация с пояснениями учащегося.

8. Тест (8 мин)

Учитель химии  А теперь вам предлагается выполнить небольшой тест ( приложение 3), состоящий из 8 вопросов, за каждый правильный ответ вы получаете по 1 баллу. (ответы в презентации) слайд 26

9. Подведение итогов урока( 7 мин)

Слайд 27

Учитель физики Сегодня на уроке мы многому научились. Постараемся подвести итог с помощью кластера. Беседа с учащимися. ( нажатием мышки высвечиваются вопросы, а затем ответы) На экране всё, что мы изучали на уроке.

Учитель химии  Подходит к концу наш физико- химический урок. Подсчитайте общее количество баллов и в соответствии со шкалой поставьте себе оценку.

Слайд 28 .

Учитель химии Поднимите руку, кто поработал на «5», кто –на «4», кто - на «3».

Учитель физики  Хочется закончить урок словами нашего земляка М.В.Ломоносова, вклад которого в развитие науки трудно оценить. Перед вами листы с высказываниями М.В.Ломоносова. Выберите то, что ближе всего подходит к нашему уроку.(приложение 4)

(Учащимися были предложены следующие высказывания:

Химик без знания физики подобен человеку, который всего должен искать ощупом. И сии две науки так соединены между собой, что одна без другой в совершенстве быть не могут.

Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением.

Ничто не происходит без достаточного основания.

Учитель химии Спасибо всем за урок!

Учитель физики В вашем кабинете вас ждет сюрприз.

 Экспериментальная задача № 1.

1. Электролитическую ванну, наполненную  раствором медного купороса,  включили последовательно с  амперметром. Как изменится масса выделившейся меди в процессе электролиза, если раствор подогреть?  
2.  Как зависит сопротивление электролита от температуры? Сравните с металлами.                                            (Оборудование: источник тока, раствор медного купороса, амперметр, электроды, проводники, ключ, сосуд с горячей водой.)
3.                          План работы:

• Изобразите схему электрической цепи.
• Соберите цепь по схеме и проделайте эксперимент .
• Запишите показания силы тока в начале эксперимента и в конце при завершении теплообмена.
•  Сделайте вывод о сопротивлении электролита и массе выделившейся меди по показаниям силы тока.

Дополнительное задание.

Используя измеренную силу тока, вычислите затраты на производство 1г меди на нашей установке при тарифе 3,26 руб за кВт * ч, если напряжение на источнике тока 4 В.      

Экспериментальная задача № 2.

1. Электролитическую ванну, наполненную раствором медного купороса,  включили последовательно с амперметром. Как изменится масса выделившейся меди в процессе электролиза, если глубину погружения электродов уменьшить наполовину?  
2.  Как зависит сопротивление электролита от площади поверхности электрода? Сравните с металлами.                                            (Оборудование: источник тока, раствор медного купороса, амперметр, электроды, проводники, ключ.)
3.                          План работы:

• Изобразите схему электрической цепи.
• Соберите цепь по схеме и проделайте эксперимент .
• Запишите показания силы тока в начале эксперимента и в конце эксперимента.
•  Сделайте вывод о массе выделившейся меди по показаниям силы тока.
• Сделайте вывод о сопротивлении электролита.

Дополнительное задание.

Используя измеренную силу тока, вычислите затраты на производство 1г меди на нашей установке при тарифе 3,26 руб за кВт * ч, если напряжение на источнике тока 4 В.      

Экспериментальная задача № 3.

1. Электролитическую ванну, наполненную  раствором медного купороса,  включили последовательно с амперметром. Как изменится масса выделившейся меди в процессе электролиза, если увеличить расстояние между электродами?  
2.  Как зависит сопротивление электролита от расстояния между электрода? Сравните с металлами.                                            (Оборудование: источник тока, раствор медного купороса, амперметр, электроды, проводники, ключ.)
3.                          План работы:

• Изобразите схему электрической цепи.
• Соберите цепь по схеме и проделайте эксперимент .
• Запишите показания силы тока в начале эксперимента и в конце эксперимента.
•  Сделайте вывод о массе выделившейся меди по показаниям силы тока.
• Сделайте вывод о сопротивлении электролита.

Дополнительное задание.

Используя измеренную силу тока, вычислите затраты на производство 1г меди на нашей установке при тарифе 3,26 руб за кВт * ч, если напряжение на источнике тока 4 В.      

Экспериментальная задача № 4.

1. Электролитическую ванну, наполненную слабым раствором медного купороса,  включили параллельно с электролитической ванной с концентрированным раствором, причем амперметры измеряют силу тока на каждой ванне отдельно. По показаниям силы тока сделайте вывод о массе выделившейся меди в каждой ванне?  

 (Оборудование: источник тока, слабый и концентрированный растворы медного купороса, 2 амперметра, электроды, проводники, ключ.)

2.                          План работы:

• Изобразите схему электрической цепи.
• Соберите цепь по схеме и проделайте эксперимент .
• Запишите показания силы тока в каждой ванне.
•  Сделайте вывод о массе выделившейся меди по показаниям силы тока.
• Как зависит масса выделившейся меди от концентрации раствора?

Дополнительное задание.

Используя измеренную силу тока, вычислите затраты на производство 1г меди на нашей установке при тарифе 3,26 руб за кВт * ч, если напряжение на источнике тока 4 В.      

1 уровень

Задачи химические.

на «4»

Вычислите массу вещества, выделившегося при электролизе раствора Na2SO4 на катоде, если на аноде выделилось 1,12 л газа при нормальных условиях.

 На «5»

При электролизе раствора хлорида двухвалентного металла выделился газ на аноде объемом 560 мл (н.у.), а на катоде металл массой 1,6 г. Определите какой это металл.

2 уровень

Задачи физические.

 на «4»

Амперметр, включенный в цепь с электролитической ванной, показал 0,2 А. Правильно ли показание амперметра, если на катоде за 25 мин выделилось 0,25 г серебра? (электрохимический эквивалент серебра равен 1,118 мг/Кл)

На «5»

При электролизе раствора серной кислоты за 2,5 ч выделилось 0,45 г водорода. Определите сопротивление раствора, если мощность тока 32,5 Вт. (электрохимический эквивалент водорода равен 0,01 мг/Кл)

3 уровень

на «4»

1. Для серебрения ложек через раствор серебра в течение 5 ч пропускали ток 1,8 А. Катодом служат 12 ложек, каждая из которых имеет площадь поверхности 50 см2. Какой толщины слой серебра отложится на ложках? Плотность серебра 10,5 г/см3. Электрохимический эквивалент серебра равен 1,118 мг/Кл.
2. При электролизе раствора MnSO4 на аноде выделяется О2 объемом 16,8 л при нормальных условиях. Определите массу Mn, которая выделится на катоде, если выход металла составляет 84 %.

На «5»

1. В электролитической ванне с раствором сульфата цинка (ZnSO4) сила тока изменяется по линейному закону  I = 2 + 0,02t. Сколько цинка выделится на катоде за 5 мин после начала изменения силы тока? Электрохимический эквивалент цинка равен 0,34  мг/Кл.
2. При электролизе раствора CuSO4 в растворе около анода образовалась кислота, на нейтрализацию которой затрачен раствор объемом 16 мл с массовой долей КОН 6% (плотность раствора = 1,05 г/мл). Определите массу меди, которая выделится на катоде.

Тест по теме «Электролиз»

Вариант 1.

1.  К электролитам не относятся

1. Концентрированные кислоты
2. Растворы солей
3. Растворы щелочей
4. Растворы кислот

2. При электролизе водного раствора иодида калия не образуется

1. Калий
2. Гидроксид калия
3. Водород
4. Иод

3. Атом, захвативший электрон называется

1. Протон
2. Нейтрон
3. Ион +
4. Ион -

4.  Газообразные вещества будут выделяться при электролизе раствора на катоде и на аноде

1. Нитрата серебра
2. Нитрата калия
3. Хлорида меди (2)
4. Хлорида ртути (2)

5. Физический смысл электрохимического эквивалента k.

1. Показывает отношение массы иона к его заряду
2. Показывает массу выделившегося вещества на единице площади
3. Показывает отношение заряда, прошедшего через электрод, к массе выделившегося вещества
4. Показывает отношение массы выделившегося вещества к силе тока в цепи

6. При электролизе раствора сульфата хрома (3) на катоде выделяется

1. Кислород
2. Водород и хром
3. Хром
4. Кислород и хром

7. Отрицательный электрод называется

1. Анод
2. Катод
3. Анион
4. Катион

8. Вещество, из которого образуются одинаковые продукты при электролизе водного раствора и расплава, имеет формулу

1. Хлорид меди (2)
2. Бромид калия
3. Гидроксид натрия
4. Хлорид натрия

Тест по теме «Электролиз»

Вариант 2.

1. Атом, потерявший электрон называется

1. Протон
2. нейтрон
3. Ион +
4. Ион -

2. При электролизе разбавленного водного раствора нитрата никеля (2) на катоде выделяется

1. Никель
2. Кислород
3. Никель и водород
4. Водород и кислород

3. Закон Фарадея.

1. I = q/t
2. I = U/R
3. m = k I t
4. A = I U t

4. Азотная кислота накапливается в электролизёре при пропускании электрического тока через водный раствор

1. Нитрата кальция
2. Нитрата серебра
3. Нитрата алюминия
4. Нитрата цезия

5. Проводимость электролитов.

1. Электронная
2. Дырочная
3. Протонная
4. Ионная

6. Азотная кислота накапливается при электролизе раствора

1. Нитрата калия
2. Нитрата алюминия
3. Нитрата магния
4. Нитрата меди (2)

7. Гальванопластика – это

1. Изготовление копий с помощью электролиза
2. Покрытие материалов тонким слоем металла с помощью электролиза
3. Очищение металлов от примесей
4. Получение газов с помощью электролиза

8. Выделение кислорода происходит при электролизе водного раствора соли

1. Хлорида магния
2. Сульфата меди (2)
3. Бромида калия
4. Бромида железа (2)

Высказывания М. В. Ломоносова о науке и языке:

  Не для того мы живем на свете, чтобы насыщаться, но для того насыщаемся, чтобы жить.

  Наука есть вождь к познанию правды, просвещение разума, успокоение народов.

  Легко быть философом, выучась произносить три слова: «Бог так сотворил», и сие дав в ответ вместо всех причин.

  Ни единому человеку не запрещено в университетах учиться, кто бы он ни был, и в университете студент тот почтеннее, кто больше научился, а чей он сын в том нет нужды.

  Природа крепко держится своих законов и всюду одинакова.

  Химик без знания физики подобен человеку, который всего должен искать ощупом. И сии две науки так соединены между собой, что одна без другой в совершенстве быть не могут.

  Я бы охотно молчал и жил в покое, да боюсь наказания от правосудия и всемогущего промысла, который не лишил меня дарования и прилежания в учении и ныне дозволил случай, дал терпение и благородную упрямку и смелость к преодолению всех препятствий к распространению наук в отечестве, что всего в жизни моей дороже.

  Честь российского народа требует, чтоб показать способность и остроту его в науках.

  Выспрашивать у осторожной и догадливой геометрии, советоваться с точною и замысловатою механикою, выведывать через проницательную оптику.

  Велико есть дело, смертными и преходящими трудами дать бессмертие множеству народа, соблюсти похвальных дел добрую славу и, перенося минувшие деяния в потомство и в глубокую вечность, соединить тех, которых натура долготою времени разделила. Мрамор и металл, коими вид и дела великих людей, изображенные всенародно возвышаются, стоят на одном месте неподвижно и ветхостью разрушаются. История, повсюду распростираясь и обращаясь в руках человеческого рода, стихии строгость и грызение древности презирает.

  Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением.

  Науки сами все дела человеческие приводят наверх совершенства, что их благороднее, что полезнее, что увеселительнее и что бесспорнее в делах человеческих быть может.

  Все, что находится в природе, математически точно и определенно; и если иногда мы сомневаемся в этой точности, то наше невежество ничего не отнимает от этой достоверности; если бы весь мир сомневался в том, что дважды два – четыре, то все-таки у всех сомневающихся дважды два дадут четыре.

  Так химия сильнейшим оружием умалила человеческую пагубу и грозою смерти многих от смерти избавила! Веселитесь, места ненаселенные, красуйтесь, пустыни непроходимые: приближается благополучие ваше. Умножаются, очевидно, племена и народы и поспешнее прежнего распространяются; скоро украсят вас великие города и обильные села; вместо вояния зверей диких наполнится пространство ваше глазом веселящегося человека и вместо терния пшеницею покроется. Но тогда великой участнице в населении вашем, химии, возблагодарить не забудьте, которая ничего иного от вас не пожелает, как прилежного в ней упражнения, к вящему самих вас украшению и обогащению.

  Велико есть дело достигнуть во глубину земную разумом, куда руками и оку досягнуть возбраняет натура; странствовать размышлением в преисподней, проникнуть рассуждением сквозь тесные расселины и вечной ночью, помраченные вещи и деяния выводить на солнечную ясность.

  Украшение есть изобретенных идей пристойными и избранными речениями изображение. Состоит в чистоте штиля, в течение слова, в великолепии и силе оного.

  Дерзайте отчизну мужеством прославить!

Кто достигнет старости, тот почувствует болезни от роскошей, бывших в юности, следовательно, в молодых летах должно от роскошей удаляться.

  За общую пользу, а особливо за утверждение наук в отечестве, и против отца своего родного восстать за грех не ставлю... Я к сему себя посвятил, чтобы до гроба моего с неприятелями наук российских бороться, как уже борюсь двадцать лет, стоял за них смолоду, на старости не покину.

  Везде исследуйте всечасно, Что есть велико и прекрасно.

  Кто малого не может, тому и большее невозможно.

  Ничто не происходит без достаточного основания.

  Ошибки замечать не много стоит: дать нечто лучшее — вот что приличествует достойному человеку.

  Повелитель многих языков, язык российский не только обширностью мест, где он господствует, но купно собственным своим пространством и довольствием велик перед всеми в Европе.

  Нет такого невежды, который не мог бы задать больше вопросов, чем может их разрешить самый знающий человек.

  Не токмо у стола знатных господ или у каких земных владетелей дураком быть не хочу, ниже у самого Господа Бога, который дал мне смысл, пока разве отнимет.

  Неусыпный труд все препятствия преодолевает.

  Разум с помощью науки проникает в тайны вещества, указывает, где истина. Наука и опыт — только средства, только способы собирания материалов для разума.

  Те, кто пишут темно, либо невольно выдают свое невежество, либо намеренно скрывают его. Смутно пишут о том, что смутно себе представляют.

Зачетный лист _________________________________________

Зачетный лист _________________________________________

Зачетный лист _________________________________________