Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 117» Факультативное занятие по физике в 10 классе по теме «Электрический ток в жидкостях» Учитель: Дмитракова Лариса Николаевна 1 Тема урока: «Решение задач по электролизу» Цель урока: Осуществить взаимосвязь решения физических и химических задач качественного и количественного типа при прохождении электрического тока через электролиты с использованием законов электролиза. Каждому ученику на стол выдать таблицу электрохимических эквивалентов веществ . Домашнее задание: Приготовиться к выполнению лабораторной работы « Определение электрохимического эквивалента вещества», Урок начать с повторения законов Фарадея. Закон I: Масса вещества m, выделившегося на электроде за время t при прохождении электрического тока, пропорциональна времени t и силе тока J, т.е. m= k*J*t Закон II: Электрохимический эквивалент пропорционален химическому эквиваленту данного вещества. k= * M n m= * M *q n m= * M *J*t n Записать уравнение Менделеева – Клайперона. p*v = m *R*T M Дополнительные вопросы к учащимся после ответа на основной вопрос. 1. Две электролитические ванны с раствором медного купороса соединены последовательно. В первой ванне выделилось на катоде 2 г. меди. Сколько меди выделится на катоде второй ванны, если раствор в ней нагревается? 2. Каков смысл постоянной Фарадея? 3. Одинаковое ли количество хлора выделится при электролизе NaCl в двух ваннах, соединенных параллельно, если расстояние между электродами в первой ванне в 2 раза меньше, чем во второй. 2 Далее приступаем к решению задач. Задача №1 Аэростат объемом 250 м3 заполняют водородом при температуре 27oС и давлении 2 ат.. Какое количество электричества необходимо пропустить при электролизе через раствор поваренной соли, чтобы получить нужное количество водорода. Найти объем выделившегося хлора. V = 250 м3 t = 27oC Рассмотрим качественно процесс электролиза с точки зрения химии. Водный раствор поваренной соли содержит ионы Na+ и Cl- . Натрий хлор (NaCl) p = 2 ат. По теории электролитической диссоциации диссоциирует так: NaCl → Na+ + Cl- q-? Вода диссоциирует слабо: H20 ↔ H+ + OH- V1 - ? При пропускании тока к катоду перемещаются ионы водорода. Они присоединяют к себе электроны, образуя водород: H+ + e → H0, H0 +H0 → H2. К аноду перемещаются ионы хлора; они отдают избыточные электроны и превращаются в атомы хлора Cl- - e → Cl0, Cl0 + Cl0 →Cl2 В результате этих реакций происходит электролиз, в растворе увеличивается концентрация ионов Na+ OH- , они, соединяясь, образуют едкий натр NaOH Теперь используем знания по физике и найдем массу водорода на основании уравнения Менделеева – Клапейрона. p*v = m= m *R*T M p *V * M R *T Согласно второму закону Фарадея для электролиза m= * M *q n Приравняем выражения , получим: p *V * M M = * *q R *T n 3 Откуда: q= F * n * p *V * M R *T * M Так как валентности хлора и водорода равны, то по закону Авогадро « при одинаковых условиях выделяются одинаковые объемы этих элементов. Значит, объем хлора также равен V = 250 м3 Закон Авогадро гласит: В равных объемах газов при одинаковых температурах и давлениях содержится одинаковое число молекул. Справедливо и обратное утверждение: При одинаковых температурах одинаковое число молекул занимает одинаковые объемы. Задача № 2 В двух электролитических ваннах, соединенных последовательно, находится раствор медного купороса CuSO4 и раствор CuCl. Одинаковое ли количество меди выделится в обеих ваннах при прохождении через них тока, n1 = 2 – валентность меди в соединении CuS04 n2 = 1 – валентность меди в соединении CuCl m2 -? m1 Рассмотрим протекающие процессы с точки зрения химии. CuSO4 → Cu+ + SO4Cu++ +2 e → Cu0 CuCl →Cu+ + ClCu+ + e → Cu0 Пусть m1 – масса двухвалентной меди, m2 – масса одновалентной меди. По объединенному закону электролиза имеем: m1 = * M *q n1 (1) m2 = * M *q n2 (2) Разделим уравнение (1) на (2), получим 4 m1 n2 m2 n1 Из раствора хлорной меди выделится меди в 2 раза больше, хотя сила тока одинаковая. Задача №3. Две электролитические ванны с одинаковыми электродами, содержащие раствор CuSO4, включены в цепь параллельно. Глубина погружения электродов в ваннах одинаковая. Расстояние между электродами в первой ванне в 2 раза больше, чем во второй. В какой из ванн выделится больше меди и во сколько раз? I II Меди больше выделится во второй ванне, т.к. сопротивление второй ванны в 2 раза меньше, чем в первой, следовательно во второй ванне сила тока больше в 2 раза, чем в первой. При параллельном соединении , т.к. по условию l1 2l2 , значит , J 2 2J1 m1 k * J1 * t , m2 k * J 2 * t m2 2m1 Сернокислая медь диссоциирует на ионы меди и ионы S 0 4 Вещество одно и то же в обеих ваннах и валентность меди Cu в соединении CuSO4 равна двум, химические эквиваленты одинаковы, следовательно, можно пользоваться первым законом Фарадея, масса выделившейся меди будет зависеть только от силы тока при прочих равных условиях. За 7 – 9 минут до конца урока учащиеся приступают к выполнению самостоятельной работы. В–I При силе тока 5 а за 10 мин. в электролитической ванне выделилось 1,07 г. двухвалентного металла. Определить атомную массу металла. Какой это металл? В – II 5 При электролизе ZnSO4 совершается работа 12 квт *ч. Определить массу выделившегося напряжения цинка, если напряжение на клеммах ванны 4В. В – III В электролитических ваннах, которые соединены последовательно, подвергаются электролизу FeCl2 и FeCl3 . Одинаковое ли количество железа выделится в ваннах? Ответ мотивируйте. В – IV За какое время при электролизе серной кислоты выделится 2г. водорода , если сила тока равна 2А. В–V Амперметр включен в цепь электролитической ванны. Каковы показания амперметра, если на катоде ванны за 25 мин. выделилось 260 мг. серебра? В – VI Две ванны соединены параллельно. Расстояние между электродами в I ванне в 3 раза меньше, чем во второй. Одинаковое ли количество хлора выделится при электролизе NaCl? Подведение итогов урока, ответить на вопросы: что вам понравилось на уроке; что для вас показалось трудным? 6