Методическая разработка урока "Окислительно-восстановительные реакции. Электролиз."

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 22 города Чебоксары Чувашской Республики»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УРОКА

Тема: ЭЛЕКТРОЛИЗ

Учитель химии: Привалова Т.А.

Чебоксары. 2017

Тема урока. Электролиз.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: проблено-исследовательский

Цель: изучить процесс и сущность электролиза, виды электролиза и его применение.

Задачи урока:

образовательные – познакомить с процессом электролиза, его видами, выявить закономерности протекания электролиза; определить области его применения, научить составлять суммарные уравнения реакций электролиза;

развивающие – развивать логическое мышление, умения и навыки экспериментальной деятельности, работы с дополнительной литературой, научить определять и объяснять понятия, обобщать, развитие коммуникативных качеств;

воспитательные – формирование интереса к изучению химии, развитие дисциплинированности, ответственности, наблюдательности, внимания и аккуратности при работе с опасными веществами.

Методы обучения: репродуктивный, практический, частично-поисковый, контроль и взаимоконтроль.

Оборудование: проектор, компьютер, раздаточный материал (инструктивные карточки, проверочная работа), коллекция минералов и сплавов алюминия, электролизер – 2 шт.

Реактивы: вода, 10 %-ный раствор хлорида натрия NaCl, 3 %-ный раствор нитрата серебра AgNO₃, 10%-ный раствор сульфат меди CuSO₄∙5H₂O.

Технологическая карта урока

Компонент урока	Содержание урока	Деятельность учителя	Деятельность ученика	Реализация цели и задач
1. Организационный момент. 5 минут	Приветствие, вводное слово, сообщение темы урока, формулировка цели и задач, создание мотивации к восприятию новой темы	Проверка готовности учащихся к уроку. Объявление темы, целей урока.	Слушают, записывают тему урока в тетрадь.	Развитие внимания, дисциплинированности, создание мотивации к восприятию нового материала.
2. Изучение нового материала. 25 минут	1. Актуализация имеющихся знаний 2.Лекция-беседа с элементами проблемного обучения. 3. Сообщения учащихся	1. Фронтальная беседа 2.1. Объяснение нового материала. 2.2. Демонстрация опытов. 3.1. Представление выступающих учащихся. 3.2. Комментирование выступлений учащихся.	1. Отвечают на вопросы. 1. Записывают конспект урока, делают выводы. 2.2. Участвуют и наблюдают за выполнением опытов. 3.1.Ученики выступают с сообщениями о практическом применении электролиза. Остальные слушают и конспектируют содержание доклада.	Развитие познавательного интереса, логического мышления, умения анализировать, сравнивать, выделять существенное. Развитие внимания, коммуникабельности, наблюдательности, аккуратности при работе с опасными веществами.
3. Закрепление изученного материала. 11 минут	1. Фронтальная беседа. 2. Выполнение проверочных заданий. 3. Взаимоконтроль учащихся	1. Фронтальная беседа. 2. Наблюдение за выполнением упражнения. 3. Ознакомление с критериями выставления оценки. Анализ усвоения новой темы.	1.Отвечают на вопросы. 2.Выполняют задания 3. Проверяют работу одноклассника и выставляют оценку.	Применение полученных знаний для решения задач. Развитие коммуникабельности, внимания, ответственности.
5. Сообщение домашнего задания. 2 минуты	1. Запись домашнего задания.	1. Краткий инструктаж по выполнению домашней работы.	1. 1. Записывают домашнее задание. 1.2. Слушают инструктаж по выполнению домашнего задания	Развитие внимания, ответственности.
6. Рефлексия 2 минуты	1. Выводы по уроку. 2. Рефлексия.	1. Обобщение результатов урока и выставление оценок. 2. Проведение рефлексии.	Проводят оценку урока.	Развитие самооценки.

Ход урока

1. Организационный момент.

Вводное слово учителя: Нам с вами знакомы такие металлы как алюминий, железо, цинк, хром и другие. Они широко используются во многих отраслях промышленности. Например, алюминий применяется в самолето- и автомобилестроении, в электротехнике; железо – основа многих металлических сплавов; расплав натрия и калия являются теплоносителями в ядерных реакторах. Важную роль в развитии промышленности играют неметаллы, такие как кислород (применяется в металлургии, при резке и сварке металлов, в жидком виде как компонент ракетного топлива), хлор (используется для получения дезинфицирующих и отбеливающих средств, соляной кислоты, многих пластмасс, растворителей и т.д.).

Но большинство химических элементов на нашей планете находятся в виде соединений.

Проблема: Как получить элементы в свободном виде из их соединений?.

Сегодня на уроке мы ответим на этот вопрос и познакомимся с одним из способов разделения (выделения) веществ – электролизом.

Итак, тема урока – Электролиз (запись темы урока в рабочей тетради). Задачи сегодняшнего урока: 1) познакомиться с понятием электролиза, раскрыть его сущность.

2) изучить виды электролиза – электролиз расплавов и электролиз растворов, рассмотреть особенности каждого из них.

3) познакомиться с областями практического применения электролиза.

План урока:

1. Понятие электролиза.

2. Электролиз растворов.

3. Электролиз расплавов.

4. Практическое применение электролиза.

2. Изучение нового материала.

1. Актуализация имеющихся знаний.

Фронтальная беседа:

1.Какой процесс называется электролитической диссоциацией?

2.Какие вещества называются электролитами?

3.Какие вещества называются не электролитами?

4.Как в растворах диссоциируют кислоты, основания, соли?

Например: КCl → К⁺ + Cl^–

5.Какие бывают ионы?

6. Какой элемент в хлориде калия будет катионом, а какой анионом?

7. Какие процессы называются окислительно-восстановительными?

2. Изучение нового материала.

1.Определение процесса электролиза.

Рассмотрим пример электролитической диссоциации хлорида калия.

Вспомните, как движутся катионы и как движутся анионы под действием электрического тока?

При пропускании постоянного электрического тока катионы (К⁺) движутся к катоду, а анионы (Cl^–) к аноду.

Итак, на катоде происходит восстановление катиона, а на аноде – окисление аниона.

Определите, к какому типу реакций можно отнести электролиз растворов?

Рассмотрим устройство прибора для электролиза (демонстрируется слайд), где в раствор электролита опускаются электроды, соединенные с источником постоянного тока. Отрицательно заряженный электрод называется катод и условно обозначается К(-) (имеет на поверхности избыток электронов). Положительно заряженный электрод называется анод и обозначается А(+) (имеет на поверхности недостаток электронов).. В межэлектродном пространстве находится диссоциирующий на ионы электролит. Катионы, заряженные положительно, перемещаются в сторону катода, а анионы заряженные отрицательно в сторону анода. На катоде будем происходить электрохимическое восстановление катионов или молекул воды, а на аноде электрохимическое окисление анионов или молекул воды.

Следовательно, электролиз – окислительно-восстановительный процесс.

Запишем определение электролиза в рабочую тетрадь:

Электролиз – совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих в растворах или расплавах электролитов при пропускании через них постоянного электрического тока.

“Электро” – электрический ток;

“Лизис” – разложение.

В процессе электролиза происходит разложение вещества под действием электрического тока.

Различают 2 вида электролиза: электролиз растворов и электролиз расплавов.

2.Электролиз расплавов

При плавлении, так же как и при растворении, электролиты диссоциируют, то есть распадаются на ионы.

а) Рассмотрим случай электролиза расплава NaCl.

В расплаве NaCl диссоциирует на ионы:

NaCl → Na⁺ + Сl¯

Катодный процесс:        Na⁺ + 1ё → Na°        2

Анодный процесс:        2Сl¯ – 2ё →  С1₂        1

Суммарное ионное уравнение:

2Na⁺ + 2С1¯ → 2Na° + С1₂°

Суммарное уравнение:

2NaCl → 2Na° + Сl₂º

б) Рассмотрим случай электролиза расплава NaOH.

В расплаве NaOH диссоциирует на ионы:

NaOH → Na⁺ + ОН¯

Катодный процесс:        Na⁺ + 1ё → Na°        4

Анодный процесс:         4ОН¯ – 4ё → O₂º + 2Н₂O        1

Суммарное ионное уравнение:

4Na⁺ + 40Н¯ →  4Na° + O₂º + 2Н₂O

Суммарное уравнение:

4NaOH →  4Na° + O₂º + 2Н₂O

Важно!: в процессе электролиза за счет электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая самопроизвольно идти не может.

Вывод: при электролизе расплава с инертным анодом на катоде всегда восстанавливаются катионы металла, а на инертном аноде окисляются анионы кислотного остатка.

3.Электролиз растворов

При электролизе водных растворов электролитов необходимо учитывать не только ионы, на которые диссоциирует электролит, но и ионы, образующиеся при диссоциации молекул воды: Н₂О  Н⁺ + ОН^–.

Чтобы иметь представление об электролизе растворов, рассмотрим электролиз раствора того же хлорида натрия NaCl. В этом случае на электроды отправятся по два иона: на катод – Na⁺ и Н⁺, а на анод – Cl^– и ОН^–. Но восстановиться на каждом электроде может только по одному элементу.

Для того, чтобы выяснить какие ионы будут восстанавливаться и что произойдет с остальными ионами, необходимо знать несколько правил (Приложение 1).

1. Электролиз растворов солей металлов, стоящих в ряду напряжений до Al включительно, приводит к восстановлению на катоде Н₂↑;

2. При электролизе растворов солей металлов, стоящих в ряду напряжений от Al до Н₂, продукт восстановления зависит от кислотности среды (в кислой среде восстанавливаются Н₂, а в нейтральной – металл);

3. Электролиз растворов солей металлов, стоящих в ряду напряжений после Н2, приводит к восстановлению на катоде металла;

4. Электролиз растворов солей кислородсодержащих кислот или самих кислот, приводит к выделению на аноде О₂↑ в результате окисления воды;

5. Электролиз растворов солей бескислородных кислот или самих кислот, приводит к выделению на аноде простых веществ-неметаллов

Запишем уравнение реакции электролиза водного раствора NaCl.

Катод: Н₂⁺О^-2 + 2ē = О^-2+Н₂⁰↑ 1

2

Анод: 2Cl^– – 2ē = Cl₂⁰↑ 1

________________________________

_{электролиз}

2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂

Итак, мы выяснили, какие процессы протекают при электролизе растворов на катоде и аноде. А теперь рассмотрим другой пример в ходе демонстрационного опыта.

Демонстрационный опыт.

Возьмём раствор сульфата меди (II)

Катионы меди (II) будут перемещаться в сторону катода. Но поскольку в катодном пространстве будут находиться также молекулы воды, то мы запишем следующим образом:

Пользуясь опорным конспектом, выясним, катион или молекулы будут восстанавливаться на поверхности катода?

(ответ: Катионы )

Определим теперь процессы происходящие на аноде:

Сульфат – анион будет перемещаться в сторону анода, в околоанодном пространстве будут так же, находятся молекулы воды.

Какой процесс будет протекать на аноде?

На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, т.к., является анионом кислотного остатка и окислению не подвергается.

Составим электронное уравнение, с учётом коэффициентов;

Теперь запишем суммарное уравнение электролиза;

Получился ли в растворе реакция осадок? Определите с помощью таблицы растворимости (Ответ: в результате реакции осадок не образуется)

Может быть выделился газ? (В околоанодном пространстве происходит выделение кислорода)

Проверим это опытным путём – проведём электролиз водного раствора сульфата меди (II)

Что вы наблюдаете: (Поверхность одного из электродов покрывается пузырьками газа).

Вывод: Опытным путём доказали, что на катоде выделяется медь на аноде

4. Области применения электролиза

Рассказ учителя: Электролиз нашел свое применение в различных областях промышленности. Значительная часть электроэнергии, вырабатываемой электростанциями, потребляется химической промышленностью.

1. Электрометаллургия – выделение металлов из минералов.

2. Выделение активных неметаллов (галогенов) из минералов.

3. Рафинирование – разделение и очистка металлов от примесей (рафинирование Ag₂S).

4. Гальваностегия – покрытие поверхностей металлами (никелирование, хромирование, серебрение и т.д.).

5. Гальванопластика – изготовление металлических копий (например, с медалей, монет).

Учитель: Предлагаю разделиться на 3 группы и выступить ребятам из каждой группы в роли специалистов разных отраслей производства, где применяется электролиз.

Работа в группах с инструктивными карточками, выбор докладчиков от группы, выступление с докладами.

Докладчик 1 - технолог химической чистки:

В процессе химической чистки любого вида тканей важная роль принадлежит способности чистящих средств к отбеливанию. Для этого в процессе химической чистки используются такие вещества, как хлорамины. Хлорамины – это ароматические вещества, в составе которых присутствуют хлориды. Для производства хлоридов необходим чистый хлор. Для этого его надо выделить из минерала галита.

В нашей стране добыча галита (поваренной соли) ведется в Предуралье, на Прикаспийской низменности, в Сибири. Наиболее крупные залежи в районе озера Баскунчак в Астраханской области.

В промышленности электролиз галита или поваренной соли проводят в специальном аппарате – электролизере. Используется расплав хлорида натрия. На катоде будет происходить процесс восстановления положительно заряженных ионов натрия:

Катод (восстановление): Na⁺ + 1ē = Na⁰

Так как плотность металлического натрия меньше, чем хлорида натрия, он всплывает в катодном пространстве и наполняет приемник жидким натрием.

На аноде происходит процесс окисления отрицательно заряженных ионов – анионов хлора:

Анод (окисление): 2Cl^– – 2ē = Cl₂⁰

Газообразный хлор так же собирается в приемник хлора.

Суммарно процесс может быть записан в виде уравнения электролиза:

2NaCl → 2Na + Cl₂↑

Из хлора производят хлорамин, который поставляют к нам на предприятие. Благодаря отбеливающим свойствам хлорамина мы быстро и качественно очищаем загрязнения. Жители города широко пользуются услугами нашей химчистки.

Докладчик 2 - технолог литейного цеха авиационного предприятия:

Основные области применения алюминия связаны с легкостью, прочностью и устойчивостью его сплавов по отношению к воздуху и воде. В таком сочетании полезных свойств нуждается в первую очередь транспорт. Главные потребители алюминиевых сплавов – самолетостроение и автомобилестроение. Самолетостроение использует алюминий в виде сплава называемого дюралюминий. Он представляет собой сплав алюминия с медью, магнием и марганцем.

Самым распространенным видом сырья для производства алюминия являются бокситы (оксид алюминия) Al₂O₃. В России добычу бокситов ведут на Урале, в Архангельской и Ленинградской областях, в районе Курской магнитной аномалии, в Восточной Сибири.

Бокситы в свою очередь, под действием электрического тока можно разложить и выделить чистый алюминий. Для этого необходимо провести электролиз оксида алюминия.

Расплавленный оксид алюминия погружают в электролизную ванну. Корпус ванны представляет собой катод. Сверху расположен графитовый анод, который погружается в расплав электролита Al₂O₃. В процессе электролиза кислород, восстанавливающийся на аноде, поднимается вверх и принимается в приемник кислорода. А алюминий, будучи более тяжелым по сравнению с оксидом алюминия, опускается на дно электролизной ванны и через специальное отверстие сливается в приемник расплавленного алюминия.

Итак, на катоде происходит восстановление алюминия, а на аноде - окисление кислорода.

Далее к расплавленному алюминию добавляют расплавы других металлов и получают необходимый сплав. Демонстрация коллекции сплавов алюминия.

Докладчик 3 - технолог ювелирного покрытия:

Технологии золочения уже много столетий являются практичным и бюджетным вариантом придания изделиям уникальных свойств и вида золотых вещей.

Позолота — это процесс покрытия изделия тонким слоем золота, толщиной от 2-3 мкм и до 20–25 мкм. Золотое покрытие обладает большой химической стойкостью, не шелушится, не трескается, легко переносит разницу температур, не поддается коррозии и не тускнеет. Благодаря современным технологиям, золотое покрытие можно нанести на детали автомобиля, предметы домашнего интерьера, ювелирные украшения, на любую другую токопроводящую поверхность.

Наиболее распространенное направление золочения — гальваническое. Изделие (металлическое или токопроводящее) помещают в электролит. В качестве электролита используется раствор солей золота (или другого наносимого металла). При прохождении тока через раствор, соли металла расщепляются и положительно заряженные ионы металла оседают на изделии. Технологически процесс гальванического золочения довольно прост, к тому же получается очень прочный слой наносимого металла, обладающий отличной химической стойкостью и высокой токопроводностью.

Области применения электромеханической металлизации самые разнообразные: от сувенирной продукции до использования в медицине (зубопротезирование). Благодаря позолоте повышаются не только антикоррозийные свойства изделий, их твёрдость и износостойкость, но и сами изделия получают блеск и роскошную красоту.

3. Закрепление изученного материала.

1. Фронтальная беседа.

Итак, мы познакомились еще с явлением электролиза

1. Какой процесс называют электролизом?

2. Какие типы электролиза применяют в промышленности? В чем различие между ними?

3. Какие особенности у электролиза растворов?

2. Выполнение проверочного задания - графический диктант (Приложение 2).

Продолжительность выполнения - 5 минут.

3. Взаимоконтроль учащихся.

Учащиеся обмениваются заполненными бланками, выставляют друг другу оценки по оценочной шкале: 5-6 правильных ответов – оценка «3», 7-8 правильных ответов – оценка «4», 9-10 правильных ответов – оценка «5». На доске открывается шаблон с правильными ответами.

Учитель: Теперь, пожалуйста, поднимите руки те, кто поставил отметку отлично – «5». Теперь те, кто оценил работу на хорошо – «4». И поднимите руки те, кто оценил работу на удовлетворительно – «3».

Так как тема новая, неудовлетворительные отметки выставляться в журнал не будут.

4. Сообщение домашнего задания.

1. Параграф 19 (учебник Габриелян О.С. Химия. Базовый уровень. 11 класс. – М.: Дрофа, 2014)

2. Напишите уравнения электрохимических процессов, протекающих при электролизе расплава и водного раствора: - хлорида меди(II), водных растворов: - сульфата цинка, серной кислоты.

5. Подведение итогов урока. Рефлексия.

Выводы:

-Электролиз – окислительно-восстановительный процесс.

-Протекает в растворах и расплавах электролитов.

-Под действием электрического тока.

-Продукты электролиза определяются характером металлов и кислотных остатков.

А теперь, пожалуйста, ответьте на вопрос по поводу проведения сегодняшнего урока. Ответ на вопрос надо будет дать с помощью смайликов, которые лежат у вас на партах.

Был ли урок интересным?

Улыбающийся смайлик – было интересно.

Равнодушный смайлик – мне все равно.

Грустный смайлик – урок не интересный.

Благодарю всех за работу. Урок окончен. До свидания.

Приложение 1.

Графический диктант (ДА-НЕТ)

1. Электролиз можно считать окислительно-восстановительной реакцией, происходящей под воздействием электрического тока.

2. Катод – отрицательно заряженный электрод.

3. На катоде происходит процесс электрохимического окисления.

4. Анион SO4 будет окисляться на аноде в водном растворе.

5. Анион CL будет окисляться на аноде в водном растворе.

6. Катион Na будет восстанавливаться на катоде в водном растворе.

7. Катион Cu будет восстанавливаться на катоде в водном растворе.

8. Алюминий получают электролизом расплава AL2O3 в криолите.

9. При электролизе раствора NaCl можно получить щелочь NaOH и газы H2 и Cl2.

10. При электролизе раствора KBr на катоде выделяется металл

Учащиеся обмениваются заполненными бланками, выставляют друг другу оценки по оценочной шкале: 5-6 правильных ответов – оценка «3», 7-8 правильных ответов – оценка «4», 9-10 правильных ответов – оценка «5». На доске открывается шаблон с правильными ответами.

Приложение 2

Правила составления уравнения электролиза

1. Электролиз растворов солей металлов, стоящих в ряду напряжений до Al включительно, приводит к восстановлению на катоде Н₂↑;

2. При электролизе растворов солей металлов, стоящих в ряду напряжений от Al до Н₂, продукт восстановления зависит от кислотности среды (в кислой среде восстанавливаются Н₂, а в нейтральной – металл);

3. Электролиз растворов солей металлов, стоящих в ряду напряжений после Н2, приводит к восстановлению на катоде металла;

4. Электролиз растворов солей кислородсодержащих кислот или самих кислот, приводит к выделению на аноде О₂↑ в результате окисления воды;

5. Электролиз растворов солей бескислородных кислот или самих кислот, приводит к выделению на аноде простых веществ-неметаллов

Алгоритм составления уравнения электролиза