Тема сегодняшнего урока – «Электролиз» (слайд № 1)

1
Конспект обучающего урока по теме
«Электролиз»
(с применением компьютерных технологий)
Цели:
1.Изучение
процесса
электролиза
и
его
применения
в
промышленности с целью углубления имеющихся у учащихся знаний
для более полного прохождения программы для абитуриентов.
2.Использование информационно–компьютерных технологий с
целью повышения эффективности усвоения учебного материала.
3.Применение дидактического материала, тестов, игр при
закреплении изученного материала.
4.Показать применение электролиза на примерах архитектурных
памятников России.
Оборудование:
1.Компьютер, проектор, экран.
2.Электролизер.
3.Таблицы.
4.Растворы солей.
Урок построен на объяснении учителя с показом слайдов на
экране. Графический диктант проводится на заранее подготовленных
карточках и проверяется учащимися на уроке.
Ход урока по теме «Электролиз».
Тема урока – «Электролиз» (слайд № 1).
Дается определение, объясняется значение слова «электролиз» (слайд №2).
2
Электролиз – это окислительно-восстановительные реакции, протекающие на
электродах при пропускании через раствор или расплав электролита
постоянного электрического тока.
«Электро - » означает электрический ток, а « - лиз» - разложение.
Значит, «электролиз» означает – разложение электрическим током
Затем рассматриваем, какие бывают электроды (слайд № 3).
Катод
–
это
отрицательнозаряженный
электрод,
анод
–
положительнозаряженный электрод. При электролизе электрическая энергия
переходит в химическую. На катоде протекает процесс восстановления, т.е.
процесс присоединения электронов. На аноде протекает процесс окисления,
т.е. процесс отдачи электронов. Так как катод заряжен отрицательно, к нему
стремятся положительнозаряженные ионы, называемые катионами. К
положительнозаряженному аноду стремятся отрицательнозаряженные ионы,
называемые анионами. Катод является восстановителем, т. е. он отдает
электроны катионам. Анод является окислителем, т.е он принимает
электроны от анионов. Т.е., достигнув электродов, ионы разряжаются,
превращаясь в атомы или группы атомов.
Электроды бывают двух видов (слайд №4): активные и инертные,
точнее, активным или растворимым может быть анод. Активным называется
анод, материал которого может окисляться в ходе электролиза, в результате
чего анод растворяется и в виде катионов переходит в раствор.
Инертным называется анод, материал которого не претерпевает
окисления в ходе электролиза. Инертные аноды делают из графита, угля,
платины.
Существует два вида электролиза: электролиз расплавов и электролиз
растворов (слайд № 5). Прежде чем рассмотреть примеры, вспомним, какой
процесс называется электролитической диссоциацией (слайд 5).
Электролитическая диссоциация – это процесс распада электролита на
ионы при растворении его в воде или расплавлении.
3
Для того чтобы произошла диссоциация, необходимо, чтобы вещество
было электролитом (должны быть заряженные частицы, т.к. электрический
ток – это направленное движение заряженных частиц). Электролит надо
расплавить
или
растворить,
чтобы
заряженные
частицы
свободно
передвигались.
А для того, чтобы прошел электролиз, необходим постоянный
электрический ток.
Рассмотрим электролиз расплава соли хлорида натрия NaCl (слайд
№6). Прежде всего, составляем уравнение электролитической диссоциации.
NaCl → Na1+ + Cl1На катоде разряжаются катионы натрия, на аноде – анионы хлора,
суммарное уравнение электролиза имеет вид:
2NaCl → 2Na0 + Cl20
Рассмотрим электролиз расплава гидроксида натрия NaOH. Уравнение
диссоциации:
NaOH → Na1+ + OH1Катионы натрия превращаются в атомы натрия, анионы гидроксила – в
молекулы воды и кислорода. Уравнение электролиза имеет вид:
4NaOH → 4Na + 2H2O + O2
Электролизом расплавов получают алюминий, магний, литий, натрий,
бериллий
и
кальций.
щелочноземельных
Для
металлов
получения
электролиз
остальных
расплавов
щелочных
и
практически
не
применяется из-за высокой химической активности этих металлов и большой
их растворимости в расплавленных солях. В последнее время электролизом
расплавов получают такие тугоплавкие металлы, как титан, цирконий, хром и
др. Электролизом расплавов соответствующих солей получают такой
активный галоген, как фтор (слайд № 7).
Рассмотрим, как протекает электролиз растворов. Вспомним, какие
электроды вы знаете (слайд №8). Какой процесс протекает на аноде? Перед
вами (слайд №8) бескислородные кислотные остатки приведены в порядке
4
убывания их способности окисляться. Т.е. легче других окисляется сульфидион, затем – иодид-ион и т.д. Запомните: на аноде никогда не окисляется
фторид-ион из-за своей активности. Значит, фтор можно получить только
электролизом расплавов солей, например, фторида кальция.
Вспомним электрохимический ряд напряжений металлов (слайд №9).
Слева
направо
способность
принимать
электроны
увеличивается,
а
способность отдавать электроны уменьшается. Поэтому на катоде всегда
восстанавливаются малоактивные металлы, т.е. металлы, стоящие в ряду
активности металлов за водородом. Самые активные металлы (щелочные,
щелочноземельные, магний, алюминий) на катоде при электролизе растворов
не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды, при
этом выделяется водород. Металлы средней активности (от цинка до
водорода)
на катоде восстанавливаются, но
одновременно
с ними
восстанавливаются и молекулы воды.
Рассмотрим, как проходит электролиз раствора хлорида натрия (слайд
№10). Вспомним, какие вещества образовались при электролизе расплава
хлорида натрия (гиперссылка на слайд № 6). В растворе, кроме хлорида
натрия, содержатся также молекулы воды. Уравнение диссоциации:
NaCl → Na1+ + Cl1Вода – слабый электролит, на ионы практически не раскладывается.
Натрий – щелочной металл, поэтому на катоде не восстанавливается, а
восстанавливаются молекулы воды (слайд № 10). На аноде окисляются
хлорид - ионы, т.к. их способность окисляться выше, чем у молекул воды.
Уравнение электролиза показывает, что на катоде выделяется водород, на
аноде – хлор, а в катодном пространстве образуется щелочь гидроксид
натрия.
Рассмотрим, как протекает электролиз соли малоактивного металла,
например, хлорида меди (2) (слайд № 11). Записываем уравнение
электролитической диссоциации. Катионы меди, как малоактивного металла,
5
идут к катоду, восстанавливаются до свободной меди. На аноде окисляются
хлорид - ионы, т.к. не содержат кислорода, образуя газ хлор.
Следующий пример – электролиз раствора соли малоактивного металла
с кислородсодержащим кислотным остатком, например, сульфата меди (2)
(слайд № 12). Рассмотрим устройство простейшего электролизера, т.е.
прибора для электролиза. Он состоит из U-образной трубки, в каждое колено
которой погружается графитовый электрод. В U-образную трубку наливаем
раствор сульфата меди (2). Затем оба электрода подсоединим к источнику
постоянного электрического тока. Электрод, служивший катодом, будет
покрываться слоем красной металлической меди, а на аноде будут
выделяться пузырьки кислорода. В анодном пространстве образуется серная
кислота, что можно проверить с помощью универсальной индикаторной
бумаги. А теперь оформление.
Записываем уравнение диссоциации. На катоде восстанавливается
медь, как малоактивный металл, а на аноде окисляются молекулы воды, т.к.
их способность окисляться выше, чем у ионов кислородсодержащих
кислотных остатков. При окислении молекул воды выделяется кислород. В
анодном пространстве образуется серная кислота:
2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + O2 + 2H2SO4
Рассмотрим пример электролиза соли металла средней активности,
например, нитрата железа (2) (слайд № 13). Начинаем с уравнения
диссоциации. У катода накапливаются ионы железа (2) и молекулы воды. Т.к.
железо – металл средней активности, то на катоде одновременно
восстанавливается и металл, и молекулы воды, значит, на катоде образуется и
чистый металл, и газ водород. Т.к. анион содержит кислород, на аноде
окисляться будет не он, а молекулы воды. В результате окисления образуется
кислород. В анодном пространстве получается азотная кислота.
Таким
образом,
мы
сегодня
рассмотрели
различные
примеры
электролиза. Где же электролиз находит применение? Какие вещества можно
получить при помощи электролиза? (слайд № 14).
6
Можно получить водород (гиперссылка на слайд 10), металлы
(гиперссылка на слайд 12), галогены (гиперссылка на слайд 10), кислород
(гиперссылка на слайд 12), фтор (гиперссылка на слайд 7), кислот
(гиперссылка на слайд 12), щелочей (гиперссылка на слайд 10). Электролиз
также применяют при рафинировании металлов, электроэкстракции, в
гальванопластике, в гальваностегии.
Рафинированию металлы подвергаются для удаления из них примесей
или для извлечения ценных компонентов. Из металла, подлежащего очистке,
отливают анод. При электролизе анод растворяется, переходит в раствор в
виде катионов. Затем катионы металла разряжаются на катоде, образуя
чистый металл. Например: медь, никель, свинец, олово, серебро, золото.
Электролитическое
выделение
металла
из
раствора
называется
электроэкстракцией. Руда подвергается обработке, в результате чего металл
переходит в раствор. После очистки от примесей раствор подвергается
электролизу. В большинстве случаев полученный металл характеризуется
высокой чистотой. Так получают цинк, кадмий, кобальт.
Гальваностегия – процесс нанесения на поверхность металлических
изделий другого металла путем электролиза для предохранения этих изделий
от коррозии, для придания их поверхности твердости, а также для
декоративных целей. Чаще всего наносят такие металлы, как хром, никель,
цинк, серебро. Вспомним соответствующие предметы.
Гальванопластика – процесс получения точных металлических копий с
рельефных предметов электроосаждением металлов. Этот способ открыл
русский академик Б.С.Якоби в 30-е годы 19 века. При помощи
гальванопластики созданы
украшения,
барельефы,
статуи
Эрмитажа,
Большого театра (слайд 15), Исаакиевского собора (слайд 16). Эмблема
наших Кавказских Минеральных Вод – орел, терзающий змею (слайд 17),
также
сделан
применяют
и
инструментов.
с
для
применением
гальванопластики.
электрохимического
способа
Гальванопластику
заточки
различных
7
Вы сегодня ознакомились с процессом электролиза. Для закрепления
полученных вами знаний проведем графический диктант. Вам выданы
разграфленные листочки, на которых вы дадите ответы на 12 вопросов.
Ответы только «да» или «нет». Если ответ «да», вы рисуете прочерк, а если
ответ «нет», вы рисуете галочку (слайд 18).
Вопросы (слайд 19):
1.
Отрицательнозаряженный электрод – это а) катод, б) анод?
2.
Положительнозаряженный электрод – это а) катод, б) анод?
3.
Окисление протекает на: а) катоде, б) аноде?
4.
Восстановление протекает на: а) катоде, б) аноде?
5.
Фтор получают электролизом а) раствора, б) расплава?
6.
Щелочные металлы получают электролизом а) растворов,
б) расплавов?
7.
Водород выделяется на: а) катоде, б) аноде?
8.
Кислород выделяется на а) катоде, б) аноде?
9.
Металлы образуются на: а) катоде, б) аноде?
10.
Галогены образуются на а) катоде, б) аноде?
11.
Щелочи образуются: а) в катодном пространстве, б) в
анодном пространстве?
12.
Кислоты образуются в: а) катодном пространстве, б)
анодном пространстве?
А теперь смотрим правильные ответы (слайд 20).
Игра в «крестики-нолики». На экране вам будут показаны карточки с
девятью формулами различных солей. К каждой карточке задается
определенный вопрос. Вы должны найти правильный путь по вертикали,
горизонтали или диагонали, как в игре «крестики-нолики» (слайды 21, 22, 23,
24, 25, 26).
Подводится итог урока, дается задание на дом.