Факультатив по теме Электрический ток в жидкостях

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