Интегрированный урок по физике и химии «Электрический ток в металлах и электролитах»

Начинает урок преподаватель физики:

1. Организационная часть:

Проверка посещаемости

Оформление журнала

Сообщение темы урока СЛАЙД № 1 и СЛАЙД № 2

2. Основная часть

Мы изучили тему «Законы постоянного тока» и теперь давайте вспомним основные определения и понятия

СЛАЙД № 3

Мы знаем, что самыми хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Давайте рассмотрим механизм проводимости тока в металлах.

СЛАЙД № 4

Все металлы – тела кристаллические, значит в узлах решетки находятся положительные ионы, а в промежутках между ними – свободные электроны. Ионы колеблются около положения равновесия, а электроны движутся беспорядочно. Внешние электроны, слабо связанные с ядром, легко отрываются и становятся свободными. Каждый атом теряет от 1 до 3 электронов, в зависимости от валентности, следовательно концентрация электронов При подаче напряжения все электроны придут в направленное движение, следовательно, возникнет электрический ток. СЛАЙД № 5

Доказательством того, что проводимость металлов обусловлена движением свободных электронов было дано в опытах Мандельштама и Папалекси в 1913 году и Стюартом и Толменом в 1916 году. Схема опыта такова:

СЛАЙД № 6

На катушку наматывают проволоку, концы которой припаивают к двум металлическим дискам, изолированным друг от друга. К концам дисков при помощи скользящих контактов присоединяют гальванометр – прибор для обнаружения тока.

     Катушку приводят в быстрое движение, а затем резко останавливают. После резкой остановки катушки свободные заряженные частицы некоторое время движутся по инерции, а значит, в катушке возникает ток. Ток существует незначительное время, так как частицы тормозятся из - за сопротивления.

     Направление тока говорит о том, что он создается движением отрицательных частиц, ЗНАЧИТ можно сформулировать определение электрического тока в металлах.

Электрический ток в металлах представляет собой направленное движение свободных электронов.

ВСПОМИНАЕМ ФОРМУЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ

Электронный поток, сталкиваясь с ионами решетки, испытывает сопротивление, которое зависит от длины проводника, площади сечения и материала из которого изготовлен проводник, а также от температуры. С увеличением температуры сопротивление увеличивается.

ВОПРОС: А где применяется проводимость металлов?

Самые хорошие проводники из металлов – это медь, алюминий, серебро и золото.

Большое значение в практике имеют сплавы – никелин, манганин, нихром. Из них изготавливают эталонные сопротивления.

 Также было замечено, что с уменьшением температуры сопротивление уменьшается и при очень низких температурах у некоторых металлов сопротивление практически падает до нуля. Это явление получило название – сверхпроводимость. Сверхпроводимость получила широкое распространение в электротехнике, радиотехнике и конструировании ЭВМ потому, что можно передавать энергию по проводам без потерь.

ПОМИМО МЕТАЛЛОВ, ЧТО ЯВЛЯЕТСЯ ХОРОШИМИ ПРОВОДНИКАМИ????

ПРАВИЛЬНО, водные растворы.

Преподаватель химии.

СЛАЙД № 7

Проводимость электрического тока металлами – обычное явление в повседневной жизни (лампочка, бытовые приборы, и т. д). В начале 19 века естествоиспытатели работали совместно, изучая явление проводимости. В частности, проводимость солей, оснований, кислот.

Майкл Фарадей – дал понятие ионы, Катин, анионы, электролит, электролиз и т. д

СЛАЙД № 8

Для объяснения проводимости электролитами электрического тока шведский физик - химик Сванте Август Аррениус создал теорию электролитической диссоциации. Согласно теории, при растворении, вещества в воде распадаются на ионы (диссоциация).

Представление о диссоциации нашли свое подтверждение в работах И. А. Каблукова и Д. И. Менделеева в теории растворов.

СЛАЙД № 9

Сущность теории электролитической диссоциации помогла раскрыть природу химических связей веществ. В природе существуют следующие типы кристаллических решеток (металлическая, ионная, атомная, молекулярная)

ДЕМОНСТРАЦИЯ ОПЫТА: прибор для распознавания проводимости растворов солей, оснований, кислот (объяснение принципа работы)

 ПОКАЗАНЫ:

1. дистиллированная вода
2. твердый хлорид натрия
3. раствор хлорида натрия в воде
4. раствор основания в воде
5. раствор кислоты в воде
6. диссоциация карбоновой уксусной кислоты

ВЫВОД по опытам: объяснение и запись химических реакций в тетрадях студентов и на доске; понятие степени диссоциации, сильные и слабые электролиты; работа с таблицей растворимости и с рядом напряжения металлов Н. Н. Бекетова

ЗАКРЕПЛЕНИЕ: видеоролик с ЦОР (движение ионов в растворах)

Майкл Фарадей дал понятие электролиза, который рассмотрим с физической точки зрения.

Преподаватель физики:

СЛАЙД № 10

Электролиз – выделение вещества на одном из электродов.

2 закона электролиза Фарадея СЛАЙД №11 и 12

ДЕМОНСТРАЦИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА с ХЛОРИДОМ МЕДИ (на демонстрационном столе)

НА ДОСКЕ И В ТЕТРАДЯХ: записываем законы и обозначение каждой буквы

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА:

 СЛАЙДЫ №13 – 17

Электрохимические процессы широко применяются в различных областях современной техники, в аналитической химии, биохимии и т. д. В химической промышленности электролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, химически чистые водород и кислород и т. д. При этом одни вещества получают путем восстановления на катоде (альдегиды, парааминофенол и др. ), другие электроокислением на аноде

(хлораты, перхлораты, перманганат калия и др. ).

Электролиз в гидрометаллургии является одной из стадий переработки металлсодержащего сырья, обеспечивающей получение товарных металлов.

Электролиз может осуществляться с растворимыми анодами - процесс электрорафинирования или с нерастворимыми - процесс электроэкстракции.

Главной задачей при электрорафинировании металлов является обеспечения необходимой чистоты катодного металла при приемлемых энергетических расходах.

В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов из руд и их очистки. Электролизом расплавленных сред получают алюминий, магний, титан, цирконий, уран, бериллий и др.

Для рафинирования (очистки) металла электролизом из него отливают пластины и помещают их в качестве анодов в электролизер. При пропускании тока металл, подлежащий очистке, подвергается анодному растворению, т. е. переходит в раствор.

очистка меди от примесей – рафинирование

получение алюминия из бокситов – НАЗ

покрытие одних металлов тонким слоем других – гальваностегия

снятие копий с рельефных поверхностей – гальванопластика

медицина – электрофорез

Более 100 лет прошло с тех пор, как русский ученый Борис Семенович Якоби открыл способ электролитического получения копий в металле. Новый способ назвали гальванопластикой, так как осаждаемая в процессе электролиза медь пластически точно воспроизводила изделие, отпечаток которого был в форме.

Гальванопластическим способом можно изготовить самую разнообразную скульптуру или металлические украшения.

Формы для отложения металла готовят из гипса, воска, парафина, пластических масс, пластилина, но особенно удобен для форм герметик «Виксинт», обладающий хорошей пластичностью.

Для придания электропроводности формам применяют графит или бронзовый порошок. Смонтировав гальванопластическую установку, каждый сумеет не только снимать копии с художественных металлических, гипсовых, пластмассовых и других изделий, но и, вылепив в пластилине или глине модель, сможет свою работу затем перевести в металл техникой гальванопластики.

Гальванопластическим способом выполняют множество работ, например, превращают обычные кружева в металлические и ими украшают рамы для картин или шкатулки, изготавливают филигранные ажурные изделия — броши, серьги, браслеты. Кроме этого, гальванопластикой получают в металле различные рельефы, снимают копии с памятных медалей и, наконец, создают круглую (объемную) скульптуру.

ЗАКРЕПЛЕНИЕ:

ответы на вопросы

решение расчетной задачи на закон электролиза (при этом вычисляем количество выделившейся меди в результате демонстрации преподавателя)

решение задачи на расчет алюминия в условиях работы Надвоицкого алюминиевого завода

Решение заданий тестового характера по химическим реакциям

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА:

домашнее задание – учить конспект

Оценивание работы студентов

Анкетирование по результатам урока.

КОНСПЕКТ ИНТЕГРИРОВАННОГО УРОКА ПО ТЕМЕ:

«Электрический ток в металлах и электролитах»

Преподаватели:

Н.Н.Вахрамеева – преподаватель физики

В.М.Рудометкина – преподаватель химии

Начинает урок преподаватель физики:

1. Организационная часть:

• Проверка посещаемости

• Оформление журнала

• Сообщение темы урока СЛАЙД № 1 и СЛАЙД № 2

1. Основная часть

Мы изучили тему «Законы постоянного тока» и теперь давайте вспомним основные определения и понятия

СЛАЙД № 3

Мы знаем, что самыми хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Давайте рассмотрим механизм проводимости тока в металлах.

СЛАЙД № 4

Все металлы – тела кристаллические, значит в узлах решетки находятся положительные ионы, а в промежутках между ними – свободные электроны. Ионы колеблются около положения равновесия, а электроны движутся беспорядочно. Внешние электроны, слабо связанные с ядром, легко отрываются и становятся свободными. Каждый атом теряет от 1 до 3 электронов, в зависимости от валентности, следовательно концентрация электронов При подаче напряжения все электроны придут в направленное движение, следовательно, возникнет электрический ток. СЛАЙД № 5

Доказательством того, что проводимость металлов обусловлена движением свободных электронов было дано в опытах Мандельштама и Папалекси в 1913 году и Стюартом и Толменом в 1916 году. Схема опыта такова:

СЛАЙД № 6

На катушку наматывают проволоку, концы которой припаивают к двум металлическим дискам, изолированным друг от друга. К концам дисков при помощи скользящих контактов присоединяют гальванометр – прибор для обнаружения тока.

Катушку приводят в быстрое движение, а затем резко останавливают. После резкой остановки катушки свободные заряженные частицы некоторое время движутся по инерции, а значит, в катушке возникает ток. Ток существует незначительное время, так как частицы тормозятся из-за сопротивления.

Направление тока говорит о том, что он создается движением отрицательных частиц, ЗНАЧИТ можно сформулировать определение электрического тока в металлах.

Электрический ток в металлах представляет собой направленное движение свободных электронов.

ВСПОМИНАЕМ ФОРМУЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ

Электронный поток, сталкиваясь с ионами решетки, испытывает сопротивление, которое зависит от длины проводника, площади сечения и материала из которого изготовлен проводник, а также от температуры. С увеличением температуры сопротивление увеличивается.

ВОПРОС: А где применяется проводимость металлов?

Самые хорошие проводники из металлов – это медь, алюминий, серебро и золото.

Большое значение в практике имеют сплавы – никелин, манганин, нихром. Из них изготавливают эталонные сопротивления.

Также было замечено, что с уменьшением температуры сопротивление уменьшается и при очень низких температурах у некоторых металлов сопротивление практически падает до нуля. Это явление получило название – сверхпроводимость. Сверхпроводимость получила широкое распространение в электротехнике, радиотехнике и конструировании ЭВМ потому, что можно передавать энергию по проводам без потерь.

ПОМИМО МЕТАЛЛОВ, ЧТО ЯВЛЯЕТСЯ ХОРОШИМИ ПРОВОДНИКАМИ????

ПРАВИЛЬНО, водные растворы.

Преподаватель химии.

СЛАЙД № 7

Проводимость электрического тока металлами – обычное явление в повседневной жизни (лампочка, бытовые приборы, и т. д). В начале 19 века естествоиспытатели работали совместно, изучая явление проводимости. В частности, проводимость солей, оснований, кислот.

Майкл Фарадей – дал понятие ионы, Катин, анионы, электролит, электролиз и т.д

СЛАЙД № 8

Для объяснения проводимости электролитами электрического тока шведский физик-химик Сванте Август Аррениус создал теорию электролитической диссоциации. Согласно теории, при растворении, вещества в воде распадаются на ионы (диссоциация).

Представление о диссоциации нашли свое подтверждение в работах И.А.Каблукова и Д.И.Менделеева в теории растворов.

СЛАЙД № 9

Сущность теории электролитической диссоциации помогла раскрыть природу химических связей веществ. В природе существуют следующие типы кристаллических решеток (металлическая, ионная, атомная, молекулярная)

ДЕМОНСТРАЦИЯ ОПЫТА: прибор для распознавания проводимости растворов солей, оснований, кислот (объяснение принципа работы)

ПОКАЗАНЫ:

1. дистиллированная вода

2. твердый хлорид натрия

3. раствор хлорида натрия в воде

4. раствор основания в воде

5. раствор кислоты в воде

6. диссоциация карбоновой уксусной кислоты

ВЫВОД по опытам: объяснение и запись химических реакций в тетрадях студентов и на доске; понятие степени диссоциации, сильные и слабые электролиты; работа с таблицей растворимости и с рядом напряжения металлов Н.Н.Бекетова

ЗАКРЕПЛЕНИЕ: видеоролик с ЦОР (движение ионов в растворах)

Майкл Фарадей дал понятие электролиза, который рассмотрим с физической точки зрения.

Преподаватель физики:

СЛАЙД № 10

Электролиз – выделение вещества на одном из электродов.

2 закона электролиза Фарадея СЛАЙД №11 и 12

ДЕМОНСТРАЦИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА с ХЛОРИДОМ МЕДИ (на демонстрационном столе)

НА ДОСКЕ И В ТЕТРАДЯХ: записываем законы и обозначение каждой буквы

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА:

СЛАЙДЫ №13 – 17

Электрохимические процессы широко применяются в различных областях современной техники, в аналитической химии, биохимии и т. д. В химической промышленности электролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, химически чистые водород и кислород и т. д. При этом одни вещества получают путем восстановления на катоде (альдегиды, парааминофенол и др.), другие электроокислением на аноде

(хлораты, перхлораты, перманганат калия и др.).

Электролиз в гидрометаллургии является одной из стадий переработки металлсодержащего сырья, обеспечивающей получение товарных металлов.

Электролиз может осуществляться с растворимыми анодами - процесс электрорафинирования или с нерастворимыми - процесс электроэкстракции.

Главной задачей при электрорафинировании металлов является обеспечения необходимой чистоты катодного металла при приемлемых энергетических расходах.

В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов из руд и их очистки. Электролизом расплавленных сред получают алюминий, магний, титан, цирконий, уран, бериллий и др.

Для рафинирования (очистки) металла электролизом из него отливают пластины и помещают их в качестве анодов в электролизер. При пропускании тока металл, подлежащий очистке, подвергается анодному растворению, т. е. переходит в раствор.

1. очистка меди от примесей – рафинирование

2. получение алюминия из бокситов – НАЗ

3. покрытие одних металлов тонким слоем других – гальваностегия

4. снятие копий с рельефных поверхностей – гальванопластика

5. медицина – электрофорез

Более 100 лет прошло с тех пор, как русский ученый Борис Семенович Якоби открыл способ электролитического получения копий в металле. Новый способ назвали гальванопластикой, так как осаждаемая в процессе электролиза медь пластически точно воспроизводила изделие, отпечаток которого был в форме.

Гальванопластическим способом можно изготовить самую разнообразную скульптуру или металлические украшения.

Формы для отложения металла готовят из гипса, воска, парафина, пластических масс, пластилина, но особенно удобен для форм герметик «Виксинт», обладающий хорошей пластичностью.

Для придания электропроводности формам применяют графит или бронзовый порошок. Смонтировав гальванопластическую установку, каждый сумеет не только снимать копии с художественных металлических, гипсовых, пластмассовых и других изделий, но и, вылепив в пластилине или глине модель, сможет свою работу затем перевести в металл техникой гальванопластики.

Гальванопластическим способом выполняют множество работ, например, превращают обычные кружева в металлические и ими украшают рамы для картин или шкатулки, изготавливают филигранные ажурные изделия — броши, серьги, браслеты. Кроме этого, гальванопластикой получают в металле различные рельефы, снимают копии с памятных медалей и, наконец, создают круглую (объемную) скульптуру.

ЗАКРЕПЛЕНИЕ:

1. ответы на вопросы

2. решение расчетной задачи на закон электролиза (при этом вычисляем количество выделившейся меди в результате демонстрации преподавателя)

3. решение задачи на расчет алюминия в условиях работы Надвоицкого алюминиевого завода

4. Решение заданий тестового характера по химическим реакциям

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА:

1. домашнее задание – учить конспект

2. Оценивание работы студентов

3. Анкетирование по результатам урока