Конспект урока на тему: "Электролиз"

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ  "ПЕРВОМАЙСКАЯ КАДЕТСКАЯ ШКОЛА" Электролиз. Урок по подготовке к ЕГЭ. (химия) 11 класс Учитель: Родионова Анастасия Сергеевна Цель урока.  1.Образовательная. знакомство с окислительно­восстановительными реакциями электролитов под действием электрического   тока,   с   процессами,   протекающими   на   аноде   и   катоде,   выяснение зависимости продуктов электролиза от состава электролитов. 2. Развивающая. развивать у учащихся познавательный интерес к электрохимическим процессам, умение составлять   уравнения   реакций,   протекающих   на   электродах,   способность   давать теоретическое   обоснование   наблюдаемым   процессам,   умение   ставить   задачу   и   делать выводы. 3. Воспитательная. воспитать необходимость в познании науки химии в целом и отведение ей одного из первых мест в практической, технологической и бытовой деятельности.                   Задачи: познакомить учащихся с понятиями электролиз, катод, анод, электролизер. Использование полученных на уроке знаний при подготовке к ЕГЭ.                   Тип урока: комбинированный. Форма урока: лекционно­практическое занятие. Подготовка к ЕГЭ. Структура урока 1. Организационный этап, проверка домашнего задания (его задача ­  подготовить  учащихся к работе на уроке. Педагог и ученики приветствуют друг друга, в журнале  отмечаются отсутствующие, затем учитель проверяет, готовы ли ребята к занятию). 2. Актуализация знаний (фронтальный опрос).  Что называют электрическим током? ( Направленное движение заряженных частиц)  Какие вы знаете проводники электрического тока? (Металлы)  Что является носителями  электрического заряда в металлах? (Электроны)  Почему кристаллический  хлорид  натрия, состоящий из ионов, не проводит электрический ток?   Как вы объясните проводимость электрического тока водным раствором хлорида натрия?   Что называют электролитами? (Электролиты ­   вещества, водные растворы или расплавы которых проводят электрический ток)  Сформулируйте   определение   электролитической   диссоциации?   (Электролитическая диссоциация   –   процесс   распада   электролита   на   ионы   при   растворении   их   в   воде   или расплавах)   Напишите уравнение диссоциации следующих веществ    H2 S O4  , ¿ NO Ba(¿¿3)2  , NaOH, проанализируйте их.  3. Этап усвоения новых знаний. Давайте познакомимся с понятиями:      Анод — электрод, на котором протекает окисление.      Катод — электрод, на котором протекает восстановление. В ходе электролиза анод заряжен положительно, катод — отрицательно.      Электролизер — прибор, в котором осуществляется электролиз. Ионы   находящиеся   в   растворе,   в   который   опущены   электроды   приобретают ),  а направленное движение; положительно заряженные  ионы перемещаются к катоду  ( отрицательно заряженные ионы к аноду(+))          С помощью мультимедийной установки   рассмотрим опыт   опыт №1:   в раствор сульфата меди (II) на   угольных электродах, на аноде пробирка. Через раствор проходит постоянный электрический ток.  Что   наблюдаете?   (На   отрицательно   заряженном   электроде   образуется красный налет меди,  а в анодном пространстве видим пузырьки бесцветного газа) Наблюдаем     установление   газа   на     аноде   (в   неё   вносят   тлеющую   лучину,   она   ярко вспыхивает. )  О   чем   свидетельствует   возгорание   тлеющей   лучины?   (В   пробирке образовался кислород поддерживающий горение).  Теперь наблюдаем изменение цвета  синей лакмусовой бумажки, в  анодном пространстве.  Что означает покраснение лакмусовой бумажки? ( Покраснение лакмусовой    бумажки доказывает образование кислоты в анодном пространстве) Вывод из опыта:   при пропускании через раствор электролита постоянного электрического тока   на      электродах образуются новые вещества, в результате  химической    реакции. Таким образом, процесс в результате которого, на электродах выделяются новые вещества, входящие   в   состав   электролита   при   протекании   через   его   раствор   постоянного электрического тока называется электролизом  (Электролиз  –  выделение   вещества    на электродах    при    окислительно­восстановительных  реакциях).  Составим уравнение  реакции:    CuS O4→ Cu¿ H2 O 2+¿+SO4 ¿ 2−¿ Анод(+) Катод( ) 2+¿ Cu¿ +2 е→ Cu0 H2 O восстановление 2−¿ SO4 ¿ 2 H2O 4 е→ O2+¿ 4 +¿ H¿ окисление 2С u+2 +2 H2 O → 2 Cu0 + O2 + 4 +¿ H¿ 2CuS O4 + 2 H2 O → 2 Cu + O2 + 2 H2SO4 Сделаем вывод: сущность электролиза состоит в том, что за счёт электрической энергии  осуществляется химическая реакция, которая не может протекать самопроизвольно. С помощью компьютера  рассмотрим опыт  опыт №2; в сосуд для электролиза помещают раствор   иодида   калия.   На   электроды   надевают   две   пробирки   с   тем   же   раствором.   В пробирку, надетую на анод,  добавляют   немного крахмального клейстера, а в пробирку, надетую на катод,  несколько капель фенолфталеина.  Что   наблюдаете?     (В   одной   пробирке   фенолфталеин     окрашивается   в малиновый цвет, а в другой под   действием   свободного   йода   крахмал окрашивается в синий цвет) О чем  свидетельствуют эти  признаки реакции? ( На аноде образуется йод, в   +¿ →K¿ + катодном пространстве щёлочь)  KI H2 O −¿ I¿ Катод(-) +¿ K¿ 2 H2 O +2 е→ H2 +2O −¿ H¿ 2 H2 O + 2 Анод(+) 2 е→I2 2 −¿−¿ I¿ H2 O →H2 +2O −¿ H¿ + I2 −¿ I¿ 2 H2 O + 2 KI →H2 +2KOH + I2         Для   определения   результатов   электролиза   водных   растворов   существуют Вывод   из   опыта:  при     электролизе     растворов   различных   веществ   образуются   разные вещества  (продукты).     следующие правила: (работа с инструкцией приложение1)      Процесс на катоде не зависит от материала катода, а зависит от положения металла в  электрохимическом ряду напряжений. Li,     K,    Ca,    Na,    Mg,    Al Mn,   Zn,   Fe,   Ni,   Sn,   Pb H2 Cu,  Hg,   Ag,  Pt,  Au Электрохимический ряд напряжений металлов  ­ не восстанавливается nMe 2Н2О  +  2ē =  Н2  +  2ОН ↑ ‾  +nē =  0Me nMe 2Н2О  +  2ē =  Н2   +  ↑ 2ОН‾ + nē  =  0Me nMe      Процесс на аноде  зависит от материала анода и от природы аниона. Различают электролиз с инертным и с активным анодом.                                        Инертный анод ­ анод, материал которого не окисляется в ходе электролиза (например, электрод из платины). Активный анод — анод, материал которого может окисляться в ходе электролиза. Анод Кислотный остаток  mAc Растворимый бескислородный кислородсодержащий Окисление металла анода ­ nē =   0Me nMe                                     анод            раствор Нерастворимый Окисление аниона (кроме фторидов)  ­ mē =  0Ac mAc ‾ В щелочной среде: ↑ 4ОН  –  4ē  =  О2  +  2Н2О  В кислой, нейтральной средах: 2Н2О –  4ē  =  О2  +  4Н ↑ + 1. Если анод растворимый (железо, медь, цинк, серебро и все металлы, которые окисляются в процессе электролиза), то независимо от природы аниона всегда идёт окисление металла  анода. 2. Если анод нерастворимый,  т.е. инертный (уголь, графит, платина, золото), то результаты зависят от анионов кислотных остатков. Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке: ,  , I Br 2S , , Cl OH , SO ,   2 4  3NO ,   . F Восстановительная активность уменьшается 4. Первичное закрепления полученных знаний. Групповая работа учащихся с карточками. Карточка задание  с решением №1       Запишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение  электролиза водного раствора фторида калия на инертных электродах. В данном задании (электролиз раствора фторида калия): K(­)   (K+) – ион калия не восстанавливается, щелочной металл          2H2O + 2ē = H2+ 2OH– |2 А(+)  2H2O – 4ē = O2+ 4H+    | 1          (F–) – не окисляется, в ряду способности к окислению расположен после молекул  воды. Для получения общего уравнения суммируем уравнения катодного и анодного процессов с  учетом коэффициентов электронного баланса:          6H2O = 2H2+ 4OH –+ O2+ 4H+ Катионы водорода и гидроксид­анионы в одном растворе в значительных количествах  сосуществовать не могут: они рекомбинируют, образуя воду. После сокращения получаем  окончательное уравнение:       2H2O = 2H2 + O2     Задача для самостоятельного решения Запишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение  электролиза водного раствора нитрата  кальция на инертных электродах. Карточка задание  с решением №2      В качестве второго примера рассмотрим электролиз раствора ацетата: K(­)   (K+) – не восстанавливается, щелочной металл          2H2O + 2ē = H2+ 2OH–                         | 2 | 2 А(+) 2CH3COO––2ē = CH3­CH3 + 2CO2 Суммарное уравнение:          2CH3COO– + 2H2O = H2+ 2OH– + CH3­CH3 + 2CO2 Или   2CH3COOK + 2H2O = H2+ 2KOH + CH3­CH3 + 2CO2         Запишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение  электролиза раствора формиата  калия.   Задача для самостоятельного решения 2–; 2– – не окисляются )  Карточка задание  с решением №3 В том случае, когда металл расположен в средней части ряда напряжения (от цинка до  водорода) на катоде одновременно протекают два процесса: восстановление катиона  металла и восстановление молекул воды. Рассмотрим электролиз водного раствора  сульфата никеля с инертными электродами. В растворе: NiSO4 = Ni2+ + SO4 На катоде: K(­)   Ni2+ + 2ē  = Ni          2H2O + 2ē = H2 + 2OH– Эти реакции никак не связаны между собой и суммировать их нельзя! Никакого простого  соотношения между количеством никеля и водорода нет, оно зависит от концентрации,  температуры, материала катода и прочих факторов. На аноде: А(+) (SO4       2H2O – 4ē = O2 + 4H+ Общих уравнений (катод + анод) в этом случае тоже будет два. Чтобы получить общее  уравнение основной реакции, мы должны сложить уравнение основного процесса на катоде  и уравнение анодного процесса, с учетом коэффициентов электронного баланса: K(­)   Ni2+ + 2ē = Ni           |2 А(+)  2H2O – 4ē = O2 + 4H+|1 2Ni2+ + 2H2O = 2Ni + O2 + 4H+ – ионное,  2NiSO4 + 2H2O = 2Ni + O2 + 2H2SO4 – молекулярное уравнение основной реакции. Аналогично получаем общее уравнение побочной реакции: K(­)   2H2O + 2ē = H2 + 2OH–|2 А(+)  2H2O – 4ē = O2 + 4H+|1 6H2O = 2H2 + 4OH– + O2 + 4H+ 2H2O = 2H2 + O2         Запишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде, и общее уравнение  электролиза водного раствора нитрата  цинка на инертных электродах.  Задача для самостоятельного решения 5. Контрольное закрепления полученных знаний. Ребята, вам предлагается в течение 5 минут выполнить задание теста по теме  "Электролиз". 1. В3 Установите соответствие между формулой соли и продуктом,             образующимся на инертном аноде при электролизе её водного              раствора.               ФОРМУЛА СОЛИ                           ПРОДУКТ НА АНОДЕ              А) NiSO4                                                1) S              Б) NaClO4                                              2) SO2 В) LiCl                                                  3) Cl2              Г) RbBr                                                 4) O2                                                                             5) H2                                                                             6) Br2 2.   В3 Установите соответствие между формулой соли и продуктом(­ами),            образующимся на катоде при электролизе её водного раствора.            ФОРМУЛА СОЛИ                                         ПРОДУКТ НА КАТОДЕ            А) Fe2(SO4)3                                                    1) H2            Б) CuSO4                                                         2) Fe; H2            В) KI                                                                3) CuO            Г) Ca(NO3)2                                                     4) Cu                                                                                     5) Ca                                                                                     6) K; Н2 3.   В3 Установите соответствие между формулой соли и продуктом,             образующимся на инертном аноде при электролизе её водного               раствора.            ФОРМУЛА СОЛИ                           ПРОДУКТ НА АНОДЕ            А) Mg(NO3)2                                      1) O2            Б) Ba(ClO3)2                                       2) N2            В) NaCl                                              3) Cl2            Г) MnSO4                                           4) NO2                                                                        5) S                                                                        6) H2 Ответы: (1 ­ 4436;  2 ­ 2411;  3 ­ 1131) Критерии:  за правильный ответ – 1  балл.        10 баллов – «5»;  8 балла­«4»;  6 балла ­«3». На   экране   появляются     правильные   ответы,     и   учащиеся   сравнивают   свои   ответы   с ответами,   приведёнными   на   экране;   задают   вопросы   учителю   и   одноклассникам   по заданиям теста, которые вызвали затруднения.  6.  Домашнее задание: § 16 (химия); 1) Составить схемы электролиза раствора   AqNO3 ; 2)  При  электролизе раствора хлорида меди  на аноде выделился газ объемом 224л.      Определите   массу хлорида подвергшемуся электролизу. 7. Рефлексия. Подведение итогов урока.  Прошу Вас заполнить анкету Инструкция Приложение 1. Для определения результатов электролизаводных растворов существуют следующие  правила: Процесс на катоде не зависит от материала катода, а зависит от положения  металла в электрохимическом ряду напряжений. 1. Если катион электролита находится в начале ряда напряжений (по Alвключительно), то  на катоде идёт процесс восстановления воды (выделяется Н2). Катионы металла не  восстанавливаются, остаются в растворе. 2. Если катион электролита находится в ряду напряжений между алюминием и водородом,  то на катоде восстанавливаются одновременно и ионы металла, и молекулы воды. 3. Если катион электролита находится в ряду напряжений после водорода, то на катоде  идёт только процесс восстановления ионов металла. 4. Если в растворе находится смесь катионов разных металлов, то первым  восстанавливается катион того металла, который имеет наибольшее алгебраическое  значение электродного потенциала. Катодные процессы в водных растворах солей. Li,     K,    Ca,    Na,    Mg,    Al Mn,   Zn,   Fe,   Ni,   Sn,   Pb H2 Cu,  Hg,   Ag,  Pt,  Au Электрохимический ряд напряжений металлов  ­ не восстанавливается nMe 2Н2О  +  2ē =  Н2  +  2ОН ↑ ‾  +nē =  0Me nMe 2Н2О  +  2ē =  Н2   +  ↑ 2ОН‾ + nē  =  0Me nMe Процесс на аноде зависит от материала анода и от природы аниона. 1. Если анод растворимый (железо, медь, цинк, серебро и все металлы, которые окисляются в процессе электролиза), то независимо от природы аниона всегда идёт окисление металла  анода. 2. Если анод нерастворимый, т.е. инертный (уголь, графит, платина, золото), то: А) при электролизе растворов солей бескислородных кислот (кроме фторидов) на аноде  идёт процесс окисления аниона; Б) при электролизе растворов солей оксокислот и фторидов на аноде идёт процесс  окисления воды (выделяется кислород); анион не окисляется, остаётся в растворе. При  электролизе растворов щелочей идёт окисление гидроксид­ионов Анодные процессы в водных растворах. Анод Растворимый Нерастворимый Кислотный остаток  mAc бескислородный кислородсодержащий Окисление металла анода ­ nē =   0Me nMe                                     анод            раствор Окисление аниона (кроме фторидов)  ­ mē =  0Ac mAc ‾ В щелочной среде: ↑ 4ОН  –  4ē  =  О2  +  2Н2О  В кислой, нейтральной средах: 2Н2О –  4ē  =  О2  +  4Н ↑ + Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке: ,  , I Br 2S , , Cl OH , SO ,   2 4  3NO ,   . F Восстановительная активность уменьшается