Referat Curentul Electric In Electroliti

Mai jos puteti citi fragmente din Referat Curentul Electric In Electroliti si de asemenea puteti face Download Referat Curentul electric in electroliti

Citeste fragmente din Referat Curentul Electric In Electroliti

Preluare metodică la fizică Subiectul Curentul electric În electroliţi Planul: Proiectarea sarcinilor didactice Actualizarea cunoştinţelor de bază reprodicerea materialului trecut la orele de fizică şi chimie Lucrul cu fişele asupra materialului trecut Formarea noţiunilor de bază la tema dată demonstrarea experimentului (disociaţia electrolitică) electroliza şi legile ei determinarea sarcinii electrice elementare aplicaţii ale electrolizei Formarea noţiunilor practice lucrare de laborator rezolvare de probleme I.Proiectarea sarcinilor didactice şi metodelor de evaluare a lor. Obiectie majore: educarea elevilor cu o gîndire bazată principiile logice dialectice formarea concepţiei ştiinţifice despre natură/univers/ 2) Obiective de referinţă: să explice conducţia electrică în electroliţi să demostreze legile lui Faraday folosind noţiunea de structură a substanţei să determine experimental echivalentul electrochimic al cuprului să cunoască aplicaţiile electrolizei să aplice legile lui Faraday la rezolvare de probleme să dezvolte gîndirea logică, creativă la elevi 3) Legături interdisciplinare fizică şi chimie fizică şi matematică fizică şi biofizică Metode folosite: Verbale/prelegeri discuţii, dialoguri/ Demonstrative /demostrări experimentale/ De laborator/ lucrare de laborator/ Lucrul cu manualul şi alte referinţe auxiliare Rezolvare de probleme/cantitative cu niveluri de dificultate Instruirea problematică Timp de studiere a subiectului dat 2 perechi /4 ore/ II Actualizarea cunoştinţelor de bază pentru formarea noţiunilor noi. 1.Sarcini de reproducere şi ce necesită operaţii logice elementare /Elevii din timp au avut de repetat din chimia oraganică „Dislocaţia electronică” / întrebări de control: Ce se numeşte dislocaţie electronică? /Procesul de separare a substanţelor ionice în ioni pozitivi şi negativi/ De ce depinde gradul de disociere electronică? de temperatură- odată cu creşterea temperaturii creşte gradul de disociere. de concentraţia soluţiei (concentraţia ionolor încărcaţi pozitiv), care se măreşte odată cu creşterea temperaturii de permitivitatea ε a solventului Care sunt purtători de sarcină în soluţiile apoase sau în topituri de electroliţi? / Purtătorii de sarcină în în soluţiile apoase sunt ionii încărcaţi pozitiv şi negativ – astfel de conductibilitate se numeşte conductibilitatea ionică/ 2. Pe fişe sunt scrise cîteva soluţii apoase, ce se repartizază la trei echipe de elevi, cerîndule să completeze dislocaţia în ioni pozitivi şi negativi. I echipă KMn O4 (permanganatul de potrasiu)→ Zn SO4 (sulfat de zinc ) → KBZ (bromură de caliu)→ II echipă Cu SO4 (sulfat de cupru)→ Cu Cl (clorură de crupru)→ Ca Cl2 ( )→ III echipă NaCl (clorură de natriu/sare de bucătărie)→ Mg Cl2 (clorură de magneziu)→ Na OH ( )→ Răspunsurile , ce trebuie date pe fişe: KMnO4→K+MnO4־ ZnSO4→Zn²+SO4²־KB KB2→K+B2־ 4.CaCl2→Ca²+Cl2 5. CuSO4→Cu²+SO4²־ 6.CuCl→Cu+Cl־ 7.NaCl→Na+Cl־ 8.MgCl2→Mg2+Cl2־ 9.NaOH→Na+OH־ Astfel după actualizarea cunoştinţelor de bază din chimie şi fizică, elevii trebuie să le aplice la formarea noţiunilor de la bază la tema dată. III. Formarea noţiunilor de bază la elevi Obiective şi sarcini ce necesită operaţii legice elementare la elevi. Demonstrarea experimentului. Se demonstrează trecerea curentului prin electroliţi La început după chema, ce este desenată pe tabelă (sau la codoscop), cu ajutorul unui elev se conectează circuitul, întrerupătorul,fiind deschis. La început în vasul de sticlă se toarnă apă distilată. Înainte de a închide întrerupătorul se pun sarcinile în faţa elevilor: - Ce se va petrece în circuit, dacă vom închide întrerupătorul/va lumina becul sau nu?/? /Becul nu luminează/ - Care este cauza că becul nu luminează? /apa distilată este un dielectric şi nu conduce curentul electric/ Lăsînd întrerupătorul deschis în apa distilată se întorc cîteva cristale de pergamanat de potasiu KMnO4 . Privind vasul dintr-o parte se constată, că apa se colorează violent în toate direcţiile.Se pune sarcina în faţa elevilor: - În conformitate cu ce fenomen are loc colorarea apei distillate în toate direcţiile? /datorită difuziuinii moleculelor cristalelor de permaganat de caliu – moleculele se mişcă în toate direcţiile (haotic)/ Închizînd circuitul, adică aplicînd între catod şi anod/plăci/ un cîmp electric, punem sarcine în faţa eleilor: - Observaţi, ce se petrece în electrolit/ soluţia apoasă de KMnO4/ şi explicaţi cauza deplasării ordonate a colorantului/ Se observă că coloraţia violentă se deplasează spre placa metalică legată la borna pozitivă a sursei de curent /anod/ Sarcinile puse elevilor: Ce se va petrece,dacă vom schimba polaritatea între cele două plăci? /colorantul violent se va deplasa în direcţie opusă/ Cum se explică acest fenomen pe baza dislocaţiei electronice? / în soluţia apoasă de KMnO4 are loc separarea ionilor pozitii de K şi ionilor negativi de MnO4־. Deoarece ionul negativ este colorat mişcarea acestuia spre electrodul pozitiv se observă foarte uşor. KMnO4→K +MnO4־ 2.Electroliza şi legile ei Metode: - verbele cu elemente de conspectare, prolematice Sarcini – necesită operaţii logice complicate Conspectare : Procesul de dirijare a ionilor către electrolizi şi transformarea lor în atomi sau radicali prin neutralizare se numeşte electroliză sau : Totalitatea proceselor electrochimice care au loc la electrolizii întroduşi în electroliţi la trecerea curentului prin ei, poartă denumirea de electroliză. Se pune sarcina în faţa elevilor ca prin efectuarea experienţei săse determine de ce depinde masa substanţei depuse pe catod /sarcini deductive/ şi pentru lucrul sinestătător /sarcini de evaluare/ Se lămureşte în ce constă experimentul, asemănător cu cl precedent, deosebirea fiind în aceea că în serie cu vasul precedent se mai unseşte un vas /vezi schema unirii/ I CONDIŢIE: În vas se întroduce soluţie fel ca în vase să fie concentraţii diferite şi tempereaturi diferite. Cîntărim electrolizii (catozii) înainte de ai introduce în vase. Aceste operaţii le efectuiază elevii singuri. Apoi se închide circuitul pe un interval de timp t /aproximativ 5 min/. La expirarea timpului se scot electrolizii, se usucă la o plită electrică şi iarăşi se cîntăresc. Se pune sarcina în faţa elevilor: - Care este concluzia? /Se determină, că masa depusă pe ambii catozi este aceeaşi şi se face concluzia Masa substanţei depuse pe catod nu depinde de concentraţia soluţiei şi temperatura ei/ - Dar de ce depinde? Elevii să deducă teoretic că terbuie sa depindă de intensitatea curentului I şi de timpul, cît el circulă prin circuit. II condiţie: Se reprezintă experimentul pe un timp de 10 min la intensităţi diferite a curentului şi se fac concluziile necesare. Elevii singuri trebuie să deducă ca masa substanţei depuse pe catod este proporţională cu intensitatea curentului: m~I III condiţie: Menţinînd intensitatea curentului constantă se repetă experimentul pentru intervale de timp diferite (5min. şi 8 min.) Elevii iarăşi singuri formulează Concluzia: Masa substanţei depusă la catod este direct proporţională de intervalul de timp în circuitul dat: m ~ t Se cere de la elevi sa alcătuiască acestă dependenţă într-o singură formulă: m = k I· t (1), unde k – coeficient de proporţionalitate, care depinde de natura substanţei Profesorul le aduce la cunnoştinţă elevilor despre acest ceoficient şi le spune că se numeşte echivalent electrochimic al substanţei Se spune elevilor să formuleze definiţia acestei expresii. Masa de substanţă depusă la electrod/ catod/ este direct proporţională cu sarcina electrică transportată prin electrolit (prima lege a lui Faraday pentru electroliză) Din formula (1) rezultă că echivalentul electrochimic este numeric egal cu masa substanţei depusă la electrod în timpul cînd prin electrolit este transportată o sarcină electrică de 1C. Formula (1) exprimă prima lege a electrolizei stabilită expirimental de Faraday Sarcina pusă: - Ce reprezintă produsul I· t? Elevii îşi amintesc, că acest produs este sarcina electrică transportată q. Reeise că expresia (1) poate fi scrisă şi formulată: m = k· q (2) Masa de substanţă m separată dintr-un electrolit este proporţională cu sarcina electrică q transportată. În timpul cît se petrece experimenţele elevii alcătuiesc tabelul şi înscriu datele căpătate la prima condiţie a experimentului Nr. de masă Intensitatea curentului Timpul Masa cuprului depus Sarcina electronului Eroarea absolută Eroarea relativă Rezultat final I (A) t (s) M kg q = e (c) Δe Δe ﻉ= ― ·100% e e=e±Δe Unde m = m2 - m, m2- masa catodului după experienţă m1- masa catodului pînă la experimenţă Se arată că echivalentul electrochimic K depinde direct proporţional de masa molară M şi invers proporţională de valenţa substanţei n. Factorul de proporţionalitate se notează prin F şi se numeşte constantă sau numărul lui Faraday. Valoarea ei: F=96500 c/ mol Se generalizază de către elevi aceste dependenţe a lui K: 1 M K= ― · ― F n Unde raportul M/n numit echivalent chimic Deci: Echivalentul electrochimic al unei substanţe este direct proporţional cu echivalentul chimic al ei/ legea a doua a lui Faraday pentru electroliză/ Lucrul cu manualul: elevii studiază din manual tabelul echivalenţelor electrochimici a substanţelor 3. Determinarea sarcinii electrice elementare Despre cercetările în domeniul electrolizei, ce au adus la ipoteza, că în natură exista o sarcină electrică elementară- descursul profesorului Metoda: expunere verbală orală - f l ¼ ¾ - Œ ¾ f 䩡`䡭Љ䡳Љᔀf ˆ ਀&䘋 _H _H _H _H _H _H _H _H _H _H _H ਀&䘋 _H _H _H _H _H _H _H _H _H _H _H _H _H _H _H _H _H ␃愁Ĥ摧烢Ÿఀrtanţa legilor lui Faraday a arătat, că ceam mai bună explicaţie a legilor electrolizei se poate da dacă se admite existenţa unei sarcini elementare, pe care o poartă ionul monovalent. Se consideră că în electroliza unei substanţe cationul are masa atomică M şi valenţa n ce poartă o sarcină q. Într-un echivalent gram de substanţă sunt atomi, deci sarcina electrică transportată va fi: Q= =96500C deci q=96500 C Deoarece n este numărul întreg, cea mai mică sarcină electrică este ,care în anul 1981 a fost numită electron. F q = e = ―― NA (4) Elevii efectuiază operaţii matematice şi determină valoarea sarcinii elementare ―19 e=1.6· 10 C Se pune sarcina principal[ ]n fa’a elevilor: -Folosi’I formulele (1), (3) şi (4) şi scrieţi furmula generală a electrolizei. Elevii trebuie să ajungă la formula: 1 M M= ― ― I t F n (5) 4.Aplicaţii ale electrolizei (sinestătător) IV. Formarea noţiunilor practice Căpătînd această formulă şi avind datele înscrise în table în urma xperimentului elevilor li se pune sarcina de a calcula după aceste date sarcina electronului şi a o compara cu valoarea tabelară: ―19 e=1.6· 10 C Metoda: instruirea practică în echipe (15 min) Sacnice ce necesită operaţii logice complicate Elevii completează singuri tabell şi determină sacina elecronului e din formula (5), unde n=2 – valenţa cuprului; NA – numărul lui Avogadro – 23 ―1 ―3 kg NA=6,02·10 mol ; M –masa atomică a cuprului- M=63,57·10 mol . Apoi calculează erorile absolute şi relative şi scriu rezultatul final sub forma: e=e±Δe Rezolvare de probleme (15-20 min) Metode: Lucrul sinestătător şi diferenţiat Grupa se împarte în 6 echipe, cărora li se propun 6 probleme la tema dată cu dificultăţi diferite / după nivelul de dezvoltare/ /Probleme sunt scrise pe tablă sau pe pelicula cadoscopului şi proiectate pe ecran/ Sarcinile puse în faţa elevilor – sarcini de evaluare curenţă. Echipa1. (nota medie de instruire - 5) Problemă: Ce curent trebie să treacă prin soluţia apoasă de ZNSO4 în timp de 5 ore, ca la catod să se prepare 30,6g Zn Se dă: Rezolvare: t=5h=18000s ―3 m=k It m=30.6g=·10kg 30,6·10³kg = 5A I - ? ―8 kg/c I=34·10 ·10³s K=34·10 m I= kt Echipa 2 ( nota medie - 6) Problemă: Prin soluţia de acid sulfuric trece de 1A timp de 10 ore. Să se determine masa şi volumul normal al hidrogenului. Se dă: Rezolvare: I=1A m=k I- t ―2 kg t=10h=36·10³s m=10,36·10 C ·1A·36·10³s= ―2 kg -6 ρ۪=9·10 m³ =373·10 kg = 373mg ―9 kg m m k=10,36·10 C ρ۪= V۪ de unde V۪ = ρ۪ m-? V۪-? ―6 ―4 V= 373·10 kg =41,5·10 m³= 4,15dm³ kg 9·10־² m³ Echipa 3 (nota medie de instruire 6-7) Problemă: Aurirea obiectelor metalice cu suprafaţa totală 340cm² a durat 5 ore 22min la un curent de 1A Să se determine grosimea aurului depus Se dă: Rezolvare: -8 kg m m = k I t (1) K=68·10 c ρ= V de unde m=ρ·V sau m=ρ·s·h (2) S=34·10־³m² t= 19320s I=1A Kg t=19300 m³ egaling (1) şi (2) avem: k I t =ρ ·S·h de unde h - ? -8 kg K=68·10 c ·1A·19320S -5 -6 h=――――――――― = 2·10m = 20·10m =20μm kg 34·10־³m²· t=19300 m³ k It h=――― Echipa 4: (nota medie7-8) -6 kg Problemă: Cunoscînd echivalentul electronichimic al natriului K1=0,238·10 c Să se calculeze echivalentul electrochimic al plumbului bivalent. Masa atomică kg kg a Na: M1=22,99־³ mol masa atomică a plumbului M2=207.21·10־³ mol Se dă: Rezolvare: -6 kg K1=0,238·10 mol Scriem legea II a lui Faraday pentru ambele substanţe: n1=1 M1 M2 n2=2 kg K1=en1NA şi K2=en2NA M1=22,99־³ mol kg M2=207.21·10־³ mol M1 K2=? K1 = en1NA şi K1 = M1n2 K2 M2 K2 M2n1 K2=en2NA K1n1M2 K2= ――― M1n2 De unde : -6 kg kg 0,238·10 mol ·1·207.21·10־³ mol kg K2= ――――――――――――― = 1.074 mol kg 207.21·10־³ mol Echipa 5 : (nota medie 7-8) Problemă: La electroliza soluţiei apoase de ZnSO4 s-au depus 61,2 g de zing.Să se determine energia consumată, dacă tensiunea la bornele băii este 10 V. Răspunsul să fie exprimat în KW·h Se dă: Rezolvare: M1=61,2·־³kg n=2 Energia consumată la electroliză U=10V kg w= I ·U·t (1) M=65,37·10־³ mol Din legea II a lui Faraday: M W- ? m=e·n·NA · It avem: e·n·m· NA·M I·t=――――― (2) introducem (2) şi (3) M e·n·NA·u w= ――――― M avem: (3) 1.6·10 C·2·61.2·10־³kg·6 ·10²³1/mol ·10 5 5 w=―――――――――――――――― =18· 10 j = 18·10 w·s kg 65.37· 10־³ mol 5 18· 10 w · s · 1kw · h W= ――――――――――― =0.5 kw · h 5 36 · 10 w · s Echipa 6 : (nota medie 8-9) Problemă: La electroliza ZNSO4 la baia, rezistenţa ncăreia e 4Ω se aplică o tensiune de 4 V. Să se determine timpul în care la catod s-a depus 1,222g de Zn, dacă T.E.M. de polarizare a electronului este 0,6V, masa atomică a Zn- M=65,38· 10־³kg/mol, valenţa- 2 Se dă: Rezolvare: R=4Ω U=4Ω Din legea generală a lui Faraday M=1.122·10־³kg M ﻉpol=0.6V m=――――― · It determinăm N=2 e·n·NA M=65.38·10־³ kg/mol m e n NA t-? t= ――――― (1) M · I U- ﻉpol Dar intensitatea curentului : I=――――― şi R m e n NA·R t= ―――――――――― M(U- ﻉpol) atunci 1.122·10־³kg · 1.6 · 10 C · 2 · 6 · 10²³1/mol · t=――――――――――――――――――――3900S = 1h5min 65.38 · 10־³kg/mol ·3.4V Controlul efectuării lucrului sine stătător şi totalizarea orelor- 5 min Lucrul pe acasă - 2min Se propune la trei elevi să pregătească referate pe temele: Electrometalurgia Galvanotehnica Obţinerea de diverse substanţe pe cale electrică 쥁@