12 электрический ток в жидкостях закон электролиза
Перейти к содержимому

12 электрический ток в жидкостях закон электролиза

  • автор:

Урок «Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза»

Царство науки не знает предела —
Всюду следы её вечных побед.
Разума слово и дело,
Сила и свет.

Цели урока:

  1. Сформировать понятие об электролизе, как о физико-химическом процессе; установить связь между элементами содержания ранее изученного материала на уроках химии.
  2. Показать возможности использования электролиза в промышленности.
  3. Развивать логическое и абстрактное мышление; формировать навыки анализа источников информации, развития устной речи.
  4. Развивать навыки работы на компьютере.

Подготовка к уроку

  1. Оборудование: источник тока ВС 4-12, лампочка на 4 в, угольные стержни, раствор медного купороса, ключ, провода.
  2. На партах конспект к уроку.

Электрический ток в жидкостях

Среда

Свободные носители электрических зарядов

Экспериментальное подтверждение

Закон

Пояснения

Электролиты

положительные и отрицательные ионы

Электролиза (закон Фарадея)

масса вещества выделившегося на электроде

k — электрохимический эквивалент

k — отношение массы иона к его заряду

Задачи

№1. При серебрении изделия пользовались током 5А в течение 15 мин. Какое количество серебра израсходовано за это время?

№2. При каком токе протекал электролиз в растворе медного купороса, если за 5 мин на катоде выделилось 6 г меди?

№3. Какой разряд должен пройти через раствор сернокислой меди, чтобы на катоде отложилось 6,58 г меди?

№4. За сколько времени полностью израсходуется медный анод, размеры которого 100*50*2 (мм 3 ), при условии. Что ток в ванне 3,0 А?

№5. При электрическом способе получения никеля расходуется 10кВт энергии на 1 кг. Электрохимический эквивалент никеля 3*10 -7 кг/Кл.

№6. Сколько алюминия выделятся при затрате 1 кВт/ч электрической энергии, если электролиз ведется при напряжении 5,0 В. КПД установки 80%?

Домашнее задание § 122-123, упр. 20 (4,5)

Ход урока

I. Организация урока

II. Повторение пройденной темы по вопросам

  1. Что является носителями свободных зарядов в металлах? В вакууме? Полупроводниках?
  2. Дайте определение силе тока.
  3. Как найти количества электричества
  4. Как определится энергия электрического поля?
  5. Чему равно произведение силы тока на время?
  6. Как определяется коэффициент полезного действия? )

III. Изложение новой темы

Учитель. Физика и химия естественные науки, объект их изучения природные явления, в частности электролиз. Мы должны рассмотреть этот процесс, его суть и применение в технике.

Демонстрация: Подсоединяем источник тока к угольным электродам. Погрузим электроды в раствор медного купороса. Замкнём ключ, увидим, что лампочка горит, и оставим на некоторое время.

Из курса химии вы знаете о процессе проводимости в жидкостях, что известно вам об этом?

Ученик. Проводимость в жидкостях обусловлена движением положительных и отрицательных ионов.

Учитель. Смотрим фрагменты урока «Электрический ток в жидкостях» компьютерного диска «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия» урок физики в 10 классе и их обсуждаем.

Фрагмент Природа проводимости в жидкостях.

Обратим внимание на конспект. Итак, свободные носители электрических зарядов в растворах электролитов положительные и отрицательные ионы.

Учитель. Вернёмся к нашей установке. Вынем электроды из раствора медного купороса. Каков результат опыта?

Ученик. На одном электроде выделилась чистая медь.

Учитель. Рассмотрим процесс электролиза. Смотрим фрагмент.

Фрагмент Процесс электролиза.

На одном из электродов выделяется чистая медь, этот электрод соединён с отрицательным полюсом (катодом).

На аноде протекает процесс окисления, на катоде — восстановления. Поэтому, электролиз определяют, как окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при прохождении электрического тока через раствор или расплав электролита.

Учитель. При электролизе на катоде происходит выделение вещества. От чего зависит масса вещества, выделяющегося на катоде за определённое время? Это установил английский учёный Майкл Фарадей.

Историческая справка о Фарадее.

Современная наука позволяет вывести закон Фарадея теоретически. Но во времена Фарадея не существовало электронной теории и даже самого понятия об электроне. Более того, именно закон, полученный Фарадеем опытным путём, послужил толчком к выдвижению гипотезы о существовании в природе элементарной порции электричества.

Фрагмент Закон электролиза.

Учитель. Выведем закон Фарадея, опираясь на наши знания.

Масса выделившегося на катоде вещества равна:
m=moiNi, где mi – масса иона, а Ni число ионов, но moi=, М – молярная масса, NA – число Авогадро.

Ni= где заряд иона qoi= ne, n – валентность.

Электрохимический эквивалент равен отношению массы иона к его заряду. Посмотрим в конспект. У нас записан закон Фарадея и электрохимический эквивалент. Для каждого вещества электрохимический эквивалент разный.

Работа с таблицей в «Сборнике задач по физике» А. П. Рымкевича

Таблица № 10 стр. 165, найти электрохимический эквивалент меди, серебра, никеля.

В век наш стремительный
Знанья нужны.
К делу приложены знанья должны.
Вот электролиз мы учим опять
Где же мы сможем его применять?
Мир применения очень велик
Вечный гербарий, бижутерия – шик.
А кружева из металла – мечта!
В мире царим ведь всегда красота.
Ну а теперь по серьёзней дела,
Чистых металлов получена тьма,
Газ: кислород, водород, фтор и хлор,
И от коррозии крепкий запор.

Рассмотрим применение электролиза на практике. Электролиз получил широкое распространение.

Гальваностегия (от Гальвании и (стеге) – покрытие-) нанесение на поверхность изделия тонкого металлического покрытия из цинка, никеля, хрома, меди, свинца. Эти металлы защищают изделие от коррозии и механического износа, повышают их твёрдость. Наносят на покрытие, обладающее заранее заданными техническими характеристиками, скажем, определённой электропроводностью.

Методами гальванопластики (от Гальвани и (пластики) — лепка) на поверхности изделия осаждают толстый слой металла, который легко отделяется от формы и хорошо производит рельеф. Так делают детали из металлов с трудом поддающихся традиционной обработки. С помощью гальванопластики изготавливают печатное клише, валики для теснения кож. Гальванопластическим способом можно выполнять множество интересных работ, делать обычные кружева металлическими и ими украшать деревянные изделия, изготавливать филигранные, ажурные подстаканники, хлебницы, создавать ювелирные изделия.

Фрагмент Гальванопластика и гальваностегия.

На уроках химии знакомились с электрометаллургией, получением чистых металлов, рафинирование металлов. Все эти примеры относятся к катодным процессам.

Фрагмент Получение веществ.

Итак, подведём итог.

  1. Вследствие электролитической диссоциации в растворах электролитов появляются свободные носители зарядов – положительные и отрицательные ионы.
  2. Растворы и расплавы электролитов обладают ионной проводимостью. В некоторых жидких проводниках существует и электронная проводимость.
  3. Явление электролиза состоит в том, что при протекании тока через электролит на электродах выделяется вещество. Масса вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна прошедшему через электролит заряду.
  4. Электролиз получил широкое применение в технике. Его используют в гальваностегии и гальванопластике, в электрометаллургии.

Учитель. Мы сегодня расширили границы имеющихся у вас знаний по электролизу, познакомились с законом Фарадея, применением электролиза. Знать теорию мало, надо уметь применять её при решении задач.

IV. Проверка знаний учащихся

Электрический ток в жидкостях.

1. При повышении температуры удельное сопротивление раствора электролиза

Не изменяется
Увеличивается
Уменьшается
Может уменьшаться или увеличиваться

2. Процесс образования ионов при растворении веществ в жидкостях

Ионизацией
Электрической диссоциацией
Термоэлектронной эмиссией
Фотоэффектом

V. Решение задач из опорного конспекта

Задачи в конспекте расположены в порядке усложнения материала. При решении необходимо использовать все имеющиеся у вас знания. За консультацией при решении задач нужно обращаться к учителю. Для решения необходимо пользоваться таблицей электрохимических эквивалентов.

VI. Домашнее задание

Физика 10 класс Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н.Н. Сотский §119, 120. Упражнение20 (4, 5).

VII. Итоги урока

Что понравилось на уроке? Что было неудачным по вашему мнению? О чём хотелось бы узнать больше?

Литература

  1. Компьютерный диск «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия» Уроки физики в 10 классе.
  2. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский Физика 10 класс. Учебник для образовательных учреждений М.: Просвещение 2006 г.
  3. Энциклопедия для детей физика – М.: Аванта, 1998 г.
  4. Хрестоматия по физике – под ред. Б. П. Спасского – М.: Просвещение, 1982 г.
  5. Газета « Физика» Издательский дом «Первое сентября» № 10 2006 г., № 5 2004 г.

Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза

Среди законов постоянного тока важное место занимает закон электролиза. На нём основаны такие процессы, как рафинирование, хромирование, никелирование и т.д. На этом уроке мы порешаем задачи на закон электролиза.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.

Получите невероятные возможности

1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.

2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.

3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ

Конспект урока «Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза»

«Один опыт я ставлю выше,

чем тысячу мнений,

рождённых только воображением»

Михаил Ломоносов

Задача 1. Найдите энергию, затрачиваемую на рафинирование 2 т меди, если по техническим нормам напряжение на электролитической ванне должно составлять 0,4 В.

Работа электрического тока равна

Применим закон электролиза, согласно которому масса выделившегося на катоде вещества пропорциональна силе тока и времени протекания тока

Из этой формулы можно выразить произведение силы тока и времени

Ответ: 2,4 ГДж.

Задача 2. С помощью электролиза получили 3 кг меди. Сколько серебра можно получить, если пропустить то же количество электричества через соответствующий электролит?

Запишем закон электролиза, на основании которого можно рассчитать массу выделившегося вещества

Сила тока определяет скорость прохождения электрического заряда

В соответствии с этой формулой, запишем выражения для массы меди и массы серебра

Найдём соотношение масс

Тогда масса серебра

Ответ: 10 кг.

Задача 3. При силе тока 10 А, никелирование детали занимает 3 часа. Известно, что деталь покрывают слоем толщиной 0,02 мм. Найдите площадь поверхности данной детали.

Запишем закон электролиза

Масса можно определить по формуле

Тогда искомая площадь поверхности детали равна

Ответ: 0,18 м 2 .

Задача 4. Последовательно с электролитической ванной в цепь включен резистор с сопротивление 2 Ом, а к резистору подключен вольтметр, который показывает 17 В. Известно, что за полтора часа на катоде выделилось 50 г серебра. Оцените погрешность вольтметра.

Запишем закон электролиза, из которого выразим силу тока

При последовательном соединении

Запишем закон Ома для участка цепи

Приравняем выражения для определения силы тока

Тогда напряжение на резисторе

Вспомним теперь, как записывается любая величина с погрешностью

Погрешность равна абсолютному значению разности между показаниями измерительного прибора и реального значения величины

Тогда погрешность вольтметра

Ответ: погрешность вольтметра составляет около 1%.

Задача 5. Через электролитическую ванну проходит ток 0,2 кА. Найдите количество серебра, которое выделится на катоде по прошествии часа.

Запишем закон электролиза

Электрохимический эквивалент определяется по формуле

где M —молярная масса, n — валентность.

Перепишем закон электролиза с учётом электрохимического эквивалента

Тогда количество серебра

Ответ: 7,46 моль.

Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза

Жидкости, как и твердые тела, могут быть проводниками, полупроводниками и диэлектриками. Жидкими полупроводниками являются расплавленный селен, расплавы сульфидов. К числу диэлектриков относится дистиллированная вода, к проводникам – растворы и расплавы электролитов: кислот, солей, щелочей.

Электролиты – это водные растворы солей, кислот, щелочей, обладающие ионной проводимостью. Носителями свободных зарядов в них являются положительно и отрицательно заряженные ионы. Электролитами также называют и проводящие среды, в которых протекание электрического тока происходит в результате переноса вещества. Особенность электролитов состоит в том, что при их растворении происходит распад молекул на ионы под влиянием электрического поля полярных молекул воды. Этот процесс называют электролитической диссоциацией. Характеристикой электролитической диссоциации является степень диссоциации, то есть количество молекул, распавшихся на ионы. Степень диссоциации зависит от температуры, концентрации раствора и электрических свойств вещества. Рассмотрим это на примере хлорида меди (соль), попавшем в воду.

Как известно, химически чистая (дистиллированная) вода является диэлектриком. Однако, если растворить в воде различные вещества — кислоты, щелочи, соли и др., раствор из-за распада молекул вещества на ионы становится проводником — электролитом, способным проводить ток. В отличие от металлов и газов прохождение тока через электролит сопровождается химическими реакциями на электродах, что приводит к выделению на них химических элементов, входящих в состав электролита.
Растворим кристаллы хлорида меда в воде. Попав в воду, соль под действием полярных молекул воды купрум хлор два распадается на ионы – хлора и меди.
Расщепление молекул электролита на положительные и отрицательные ионы под действием растворителя называется электролитической диссоциацией.
Если в раствор хлорида меди опустить два заряженных проводника – анод и катод, т.е. создать электрическое поле, то ионы придут в упорядоченное движение: положительные ионы меди будут двигаться к катоду, а отрицательно заряженные ионы хлора – к аноду. Таким образом, можно сказать, что электрический ток в электролитах представляет собой упорядоченное движение положительных и отрицательных ионов.

Однако, разноименные ионы, встречаясь в результате теплового хаотичного движения, могут соединяться в нейтральную молекулу — рекомбинировать.
Каждый ион хлора, достигнув анода, отдает ему один электрон и превращается в нейтральный атом хлора.
Затем нейтральные атомы хлора соединяются попарно и образуют молекулы газа хлора, который в виде пузырьков выделяется на аноде. Ионы меди, достигнув катода, нейтрализуются с помощью избыточных электронов катода и превращаются в нейтральные атомы, оседающие на катоде.
Делаем вывод: прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением на электродах веществ, входящих в состав электролита, при протекании через него электрического тока. Этот процесс называется электролизом.
Явление электролиза было открыто в 1800 году английскими учеными У. Никольсоном и А. Карлейном, наблюдавшими выделение пузырьков кислорода на аноде и водорода на катоде при погружении в воду электродов.
Фарадей в 1833 году открыл закон для электролиза. Суть, которого заключается в следующем: Масса m ЭМ вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду q (кю), прошедшему через электролит.
Величину k (ка) называют электрохимическим эквивалентом, измеряют в килограммах на кулон.
Электрохимический эквивалент k равен отношению массы m0 иона данного вещества к его заряду q0. Так как заряд иона равен произведению валентности вещества n на элементарный заряд e, то выражение для электрохимического эквивалента k можно записать в следующем виде.
Электрохимический эквивалент зависит от рода вещества: молярной массы и валентности. Эта величина постоянна для каждого определенного вещества, поэтому её значение находим в таблице.
Здесь NA – постоянная Авогадро, M– молярная масса вещества, F – постоянная Фарадея.
Постоянная Фарадея численно равна заряду, который необходимо пропустить через электролит для выделения на электроде одного моля одновалентного вещества, т.е. Закон Фарадея для электролиза можно записать в виде:
Масса вещества, выделившегося на электроде, равна массе всех ионов, пришедших к электроду.
Электролиз широко применяется в технике для различных целей. Электролитическим путем покрывают поверхность одного металла тонким слоем другого – хромирование, никелирование, омеднение. Такие покрытия защищают поверхность от коррозии.
Процесс декоративного или антикоррозийного покрытия металлических изделий тонким слоем другого металла (никелирование, хромирование, омеднение, золочение, серебрение) называется гальваностегия.

Если электролитическое покрытие будет хорошо отслаиваться от поверхности, на которую осаждается металл, то можем получить копию с рельефной поверхности. В полиграфической промышленности такие копии получают с матриц, на поверхности которых осажден толстый слой железа или другого вещества. Это позволяет получить большое количество копий печатной продукции.
Гальванопластика – это электролитическое изготовление металлических копий, рельефных предметов. Другими словами, гальванопластика — процесс получения отслаиваемых покрытий, который был разработан ученым Борисом Семёновичем Якоби в 1836 году.
Электрометаллургия – это получение чистых металлов (Al, Na, Mg, Be) при электролизе расплавленных руд.
Рафинирование металлов – это очистка металлов от примесей с помощью электролиза, когда неочищенный металл является анодом, а на катоде оседает очищенный.

Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!

  • Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
  • Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
  • Повысим успеваемость по школьным предметам
  • Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ

Электрический ток в жидкостях. Законы электролиза. Применение электролиза.

Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц в электрическом поле .

Как известно, химически чистая (дистиллированная) вода является плохим проводником, т. е. практически не проводит электрический ток. Это связано с тем, что концентрация носите­лей свободных зарядов в ней при обычных условиях мала. Однако при растворении в воде различных веществ (кислот, щелочей, солей и т. д.) раствор приобретает хорошую электро­проводность, т. е. становится проводником.

Энергия теплового движения частиц может оказаться достаточной для того, чтобы произошла диссо­циация, т. е. распад молекулы на ионы, имеющие способность к свободному перемещению в растворе.

Распад молекул веще­ства на ионы при растворении его в жидкости называется электролитической диссоциацией, а сам раствор при этом становится электролитом, способным проводить электрический ток.

Молекулы различных веществ диссоциируют по-разному и могут распадать­ся на два или больше ионов. В химии для характеристики свойств раствора вводится специальная величина — так называемый рН-фактор. В случае ней­трального раствора рН = 5,5.

Электролитами являются не только растворы, но и расплавы веществ (например, солей — NaCl, KC1, AgBr, NaN03), кри­сталлы которых построены из ионов.

Благодаря высокой концентрации относительно свободных заряженных частиц электролиты способны проводить электри­ческий ток. Носителями тока в них являются ионы, поэтому проводимость электролитов называют ионной.

Под действием сил элект­рического поля заряженные частицы начинают движение в электролите: при этом поло­жительные ионы (катионы) движутся к катоду, а отрица­тельные (анионы) — к аноду. На электродах ионы получают недостающий заряд и становятся нейтральными атомами, т. е. катионы получают электроны с катода (восстанавливаются), а анионы отдают избыток электронов аноду (окисляются). Таким образом, элект­рический ток в жидкости представляет собой направленное движение ионов под действием приложенного между электрода­ми электрического поля.

В отличие от металлов и газов прохождение тока через электролит сопровождается химическими реакциями на электро­дах, что приводит к выделению на них химических элементов, входящих в состав электролита. Это явление получило назва­ние электролиза (от греческого лио — «разлагаю»).

При электролизе на катоде выделяются металлы или водо­род, а на аноде — остаток химического соединения вещества электролита.

В 1833—1834 гг. Фарадей экспериментально установил два закона электролиза.

Первый закон Фарадея:

масса вещества ш, выделяющегося на каком-либо из элект­родов, прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит: m = Kq = KIΔt.

Здесь I — сила тока, a Δt — время протекания тока через рас­твор, Kэлектрохимический эквивалент вещества.

Он численно равен массе вещества, выделившегося на электроде при прохождении заряда в 1 Кл.

Второй закон Фарадея:

электрохимический эквивалент пропорционален химическо­му эквиваленту данного вещества:

K = СМ/Z.

Здесь М — молярная масса вещества, Z — валентность, С — коэффициент пропорциональности, который имеет одно и то же значение для всех веществ. Отношение М/Z называется химическим эквивалентом.

Как следует из законов Фарадея, m = Mq/ZF, где Fпостоянная Фарадея, численно равная заряду, кото­рый должен пройти через электролит, чтобы на электроде выде­лился 1 моль одновалентного вещества. Эта постоянная одина­кова для всех веществ и равна произведению заряда электрона на число Авогадро: F = eNA = 96,5 • 10 3 Кл/моль.

К числу наиболее важных технических применений элек­тролиза относится, например, получение чистых металлов (в особенности меди) путем электролиза их расплавлен­ных солей, нанесение металлических покрытий (гальвано­стегия), изготовление копий с матриц (гальванопластика) и т. п. Устройство химических источников тока (гальваниче­ских элементов и аккумуляторов) также основано на процес­сах взаимодействия металлов с электролитами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *