Фарадей и его закон электролиза (учебное занятие)
план-конспект занятия по физике (11 класс)

Фарадей и его закон электролиза (учебное занятие)

Разделы: Физика, Химия

Цель занятия:

• на основе интеграции химических, физических знаний изучить электролиз; 
• установить связь науки с практикой.

Задачи:
Образовательные:

• раскрыть сущность явления электролиза через эксперимент и решение задач, сформировать умения определять процессы, происходящие на электрод.
• показать широкое прикладное значение электролиза.

Воспитательные: 

• продолжить развитие познавательного интереса к предметам физика и химия.

Развивающие:

• развивать мышление, умение использовать теоретические знания на практике при решении задач и выполнении экспериментальных заданий;
• развивать умения работать с дополнительной литературой, готовить презентацию учебного материала.

Инструментарий:

• компьютер, проектор, экран;
• презентация урока “Электролиз”;
• раздаточный материал:

1. оборудование для экспериментальной  работы по качественной проверке первого закона электролиза: источник электропитания, соединительные провода, стакан с раствором медного купороса, пары электродов, ключ.
2.  учащиеся разделены на группы (химиков и физиков)

Ход занятия:

1. Мотивационно - ориентировочный этап

Учитель :
Физика и химия относятся к естественным наукам, изучающим природу. Их законы универсальны. Они с успехом объясняют свойства кристаллов и живых клеток, помогают производить стыковку космических кораблей и выполнять сложнейшие операции.

Раздается задача. Раздается олимпиадная задача по химии (определение выделевщегося вещества и его масса на катоде в процессе электролиза) . Каждую группу просят предложить свое решение. (2 минуты)

Учитель

У кого какие предложения?

Химики. Первая часть задачи решается точно составление химической реакции.

Физики предлагают экспериментально решить вторую часть (взять раствор медного купороса, собрать цепь с двумя пластинами, опушенными в данный раствор и методом взвешивания посмотреть, сколько выделиться вещества).

Учитель. Какой процесс упоминается в задачи? (электролиз)

Сегодня мы рассмотрим связь между физикой и химией на примере одного процесса-электролиза. Под таким названием объединяются физико-химические процессы, происходящие на электродах, когда через растворы или расплавы электролитов проходит электрический ток.

А что это за процесс электролиз, все сейчас понимают, что мы будем делать и как соединить химиков и физиков. В нашей творческой мастерской мы будем щедро делиться друг с другом теми материалами, которые наработали по теме «Электролиз».

Физики Слайды № 2-7

В 1832 году Фарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит: m=kIt
, если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I. Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Получается, если мы будем знать какое вещество выделиться на электроде, мы можем подсчитать массу вещества. Электрохимическим эквивалентом вещества Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.

После этого слайда

Химики. А какие электроды нам брать

Физики. Любые

Химики. Нет (слайды №8,9,10) Второй закон электролиза Фарадея: для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента, осаждённого на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Эквивалентной массой вещества является его молярная масса, делённая на целое число, зависящее от химической реакции, в которой участвует вещество.

Рассказывают особенности химической части процесса электролиза.

ПРОЦЕССЫ, ИДУЩИЕ НА ЭЛЕКТРОДАХ

ПРОЦЕССЫ НА КАТОДЕ:

1) процессы в расплавах:

в расплавах катионы металлов превращаются в соответствующие атомы металлов

2) процессы в растворах:

а) если металл стоит в ряду металлов до алюминия включительно, то металл не восстанавливается, вместо него восстанавливается водород из воды

б) если металл стоит в ряду металлов между алюминием и водородом, то на катоде идут два параллельных процесса - восстановление водорода из воды и восстановление катиона металла

в) если металл стоит в ряду металлов после водорода, то только его катионы восстанавливаются в растворе на катоде

Слайд 11

на аноде – не будет ионов кроме меди.

II. Актуализация знаний учащихся

Учитель: «Электро» - электрический ток, «лизис» - разложение. Совокупность окислительно-восстановительных реакций, которые протекают на электродах при пропускании электрического тока через растворы или расплавы электролитов называют электролизом. Количественно процессы электролиза подчиняются законам, которые сформулировал М.Фарадей в 1834 году на основании многочисленных опытов.  Первый закон Фарадея имеет следующую формулировку: масса выделившегося на электроде вещества прямо пропорциональна величине заряда, протекшего через электролит.
m=k*q=k*I*t 
где   k – электрохимический эквивалент вещества, выделяющегося на катоде, Кл/кг
И сейчас мы проведём с вами физический эксперимент по качественной проверке первого закона Фарадея.

III. Операционно-исполнительский этап (слайд №12)

ТРЕБОВАНИЯ 
техники безопасности
Выполняя эксперимент, следует строго соблюдать правила работы с электрическими приборами, включать собранную цепь для электролиза только после проверки учителем, не допускать разбрызгивания электролита.

Ход работы:

1. Соберите экспериментальную установку согласно схеме на слайде. (1 группа установите силу тока 3 А, вторая 5 А)
2. Разведите раствор медного купороса в воде как  1 к 5.
3. Замкните ключ.
4. Через  5 минут посмотрите, сколько меди выделиться на электроде.
5. 5 сравните результаты.
6. Сделайте совместные выводы.(подтверждение закона)

IV.Оценочно-рефлексивный этап

Подведём итог занятия (рефлексия)

• Сегодня я узнал(а)…
•  Я удивился (удивилась)…
•  Я хотел(а) бы…

В качестве домашнего задания я предлагаю подборку разноуровневых  заданий по теме «Электролиз», решение которых поможет вам в подготовке к итоговой аттестации в форме ЕГЭ и решению олимпиадных задач по химии.

V. Итоги урока 

Учитель Сегодня на занятии мы использовали различные подходы к изучению процесса электролиза как с точки зрения химии, так и с точки зрения физики. И в результате   нашей творческой работы каждый из вас познал радость открытия, чувство взаимного обогащения друг друга.  А обмен информацией в ходе урока привёл к пониманию, озарению, познанию новых ощущений, прошедших через ум и переживания