Лабораторная работа в 10 классе "Снятие вольт-амперных характеристик электролитов"

МБОУ «Лицей №3» г.Сарова Нижегородской области

Учитель физики высшей категории Маначинская Л.А.

Лабораторная работа в 10 классе

«Снятие вольт - амперных характеристик электролитов».

Тип урока: закрепление изученного материала на более глубоком уровне.

Форма урока: работа в парах.

Метод: частично-поисковый с элементами исследования.

Цели урока.

1. Обучающие.

а) Убедить учащихся в том , что при прохождении тока через электролиты проводимость электролита зависит от вида, концентрации растворенного вещества.

б) Сила тока почти линейно зависит от напряжения между электродами.

2. Развивающие.

Убедить учащихся в том, что ток в жидкостях сопровождается переносом вещества, что приводит к электролизу. При этом результат электролиза зависит от вида растворенного вещества и растворителя и от материала электродов.

3.Воспитывающие.

а) Создать на уроке атмосферу творчества, уважения к работе одноклассников.

б) Способствовать закреплению у учащихся навыков самостоятельной работы, умения анализировать и обобщать результаты работы.

Оборудование: 2 ванночки для электролиза, электроды, миллиамперметр, милливольтметр, вольтметр, дистиллированная вода, растворы солей и кислот (готовятся заранее), миллиметровая бумага.

Ход урока.

Работа ведется в группах по 2 человека.

Объем дистиллированной воды 300мл.

В каждой ванночке растворяется 0,01 моля кислоты или соли, чтобы число носителей заряда растворенного вещества было одинаковым .

1 группа – растворы кислот: HCl и H₂SO₄.

2 группа – растворы солей: NaCl и CuSO₄.

3 группа – растворы кислот: HCl и H₂SO₄ вдвое большей концентрации, чем в 1 группе (ν=0,02 моль).

4 группа - растворы солей: NaCl и CuSO₄ вдвое большей концентрации, чем во 2 группе.

5 группа – растворы HCl и NaCl.

6 группа – растворы CuSO₄ и H₂SO₄.

Растворы приготовлены заранее лаборантом.

Электроды во всех опытах угольные.

На столе учителя – 2 демонстрации, проведение которых требует времени:

1.- электролиз раствора CuSO₄ (электроды угольные)

2.- электролиз раствора CuSO₄ (электроды медные)

В каждую цепь включен демонстрационный гальванометр, и оба гальванометра в начале опыта показывают одно и то же значение силы тока.

Учитель предлагает заметить показания гальванометра и после этого начать выполнять лабораторную работу.

По окончании опытов вновь заметить показание гальванометра и обратить внимание на разную окраску растворов.

Задание 1. Снять вольт – амперные характеристики двух растворов и построить графики в одних осях. Сравнить результаты.

Ответить на вопросы:

1. Почему при малых напряжениях вольт – амперной характеристики имеют небольшой горизонтальных участок, соответствующий нулевому значению тока?

2. Подчиняются ли электролиты закону Ома?

3. Чем отличаются 2 вольт – амперные характеристики и почему?

4. Какие процессы происходят в растворе, вблизи катода и анода при прохождении через электролит тока? Написать реакции диссоциации и химические реакции.

Задание 2. Пронаблюдать процесс электролиза в течение 5 минут и ответить на вопрос:

От чего зависит результат электролиза?

На работу отводится 35 минут.

Далее – обсуждение результатов. Учащиеся вывешивают на доску вольт – амперные характеристики разных растворов, выполненные на листах миллиметровой бумаги, сравнивают их и объясняют.

Ожидаемые результаты.

1. Задание 1.

1 группа – растворы двух кислот:

HCl →H⁺ + Cl^- 1.

H₂SO₄ → 2H + SO₄^2- 2.

H₂O → H⁺ + OH^-

Сила тока зависит не только от концентрации растворенного вещества, но и от степени диссоциации. Обе кислоты представляют собой сильные электролиты, для которых степень диссоциации при малых концентрациях равна почти 100%.

При одинаковом количестве молекул растворенного вещества число носителей заряда при диссоциации H₂SO₄ ,будет больше, чем при диссоциации HCl. Кроме того, ион SO₄^2- несет двойной заряд. В переносе заряда участвуют также молекулы воды. Поэтому İ₂ İ₁ чуть меньше, чем в 2 раза.

2 группа – растворы двух солей: NaCl (1) и CuSO₄ (2).

Обе соли являются сильными электролитами со степенью диссоциации почти 100%. Аналогичные рассуждения приводят к выводу, что İ₂ İ₁ чуть меньше, чем в 2 раза.

3 и 4 группы - растворы тех же солей и кислот вдвое большей концентрации.

Увеличение концентрации в 2 раза не приводит к увеличению тока в 2 раза, т.к. при увеличении концентрации степень диссоциации уменьшается.

Поэтому сила тока при тех же значениях напряжения будет больше, но меньше чем в 2 раза по сравнению с группами 1 и2.

5 группа - растворы кислоты и соли. Ионы растворенных веществ одновалентны.

Оба вещества- сильные электролиты. İ₁ =İ₂.

6 группа – растворы соли и кислоты. Ионы растворенных веществ двухвалентны.

Растворенные вещества – сильные электролиты.

Аналогично İ₁ =İ₂.

1. группа – растворы кислот HCl и H₃PO₄.

1.HCl → H⁺ Cl^- одна молекула дает 2 носителя заряда.

2.H₃PO₄ → 3H⁺PO₄^3- одна молекула дает 4 носителя заряда, из них ион PO₄^3- несет тройной заряд.

Вопреки ожиданиям İ_{2 1}, т.к. степень диссоциации фосфорной кислоты H₃PO₄ невелика: примерно 30%.

Химические процессы, происходящие в растворах

1. CuSO₄→Cu²⁺ + SO₄^2-

H₂O → H⁺ + OH^- 2OH^- + SO₄^2- → O₂ + H₂SO₄

Катод: Cu

Анод: О₂.

В раствор поступает H₂SO₄, и поэтому раствор постепенно зеленеет.

2.HCl → H⁺ + Cl^-

H₂O → H⁺ + OH^-

Катод: H₂

Анод: Cl₂ и полностью растворяется в воде, поэтому опыт не опасен.

3.H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

H₂O → H⁺ + OH^-

Катод: H₂

Анод: 2OH^- + SO₄^2- → O₂ + H₂SO₄

4. NaCl → Na⁺ + Cl^-

H₂O → H⁺ + OH^-

Катод:H₂

Анод: Cl₂

Na⁺ + OH^- →NaOH – поступает в раствор.

Присутствие NaOH в растворе можно через некоторое время обнаружить с помощью фенолфталеина.

II. Демонстрационный опыт.

Учащиеся отмечают, что за время проведения опыта сила тока уменьшилась в той ванночке, в которой электроды угольные.

Оба раствора приобрели зеленоватый цвет, особенно в той ванночке, где электроды угольные.

Анализируя результаты эксперимента, учащиеся приходят к выводу, что результат электролиза зависит не только от вида раствора, но и от вещества электродов.

В растворе CuSO₄ с угольными электродами электроды не принимают участия в химических процессах, сопровождающих прохождение тока через электролит. Ионы Cu^2- уходят из раствора на катод, и ток уменьшается.

Если электроды медные, то анод постепенно растворяется в электролите, тем самым пополняя раствор молекулами CuSO₄, и поэтому в этой ванночке ток не уменьшается.

Cu²⁺ + SO₄^2- → CuSO₄

Д.з. Расчетные задачи на применение закона Фарадея.