МОУ СОШ №15

Урок по теме:

«Электролиз водных растворов солей»

11 класс


подготовила: Е. В. Тягливый


2007-2008 уч. год


Цель:

Закрепить теоретические знания процесса электролиза расплавов и основных принципов его протекания. Расширить знания электролиза на случай растворов и усвоение особенностей данного процесса.

Задачи:

1. 
   Изучить электролиз растворов солей.
   
2. 
   Развивать логическое и образное мышления учащихся при написании уравнений электролиза растворов солей.
   
3. 
   Воспитывать самостоятельность, используя информационно-коммуникативные технологии.
   

План урока:

1. 
   Организационный момент (2 мин).
   
2. 
   Проверка д/з (10 мин).
   
3. 
   Целеполагание (3 мин).
   
4. 
   Усвоение новых знаний (15 мин).
   
5. 
   Закрепление знание (10 мин).
   
6. 
   Инструктаж о д/з (3 мин).
   
7. 
   Подведение итогов (2 мин).
   

Введение: Сегодня на предстоит изучить одну из сложнейших тем школьной химии – электролиз протекающий в растворах. В первую очередь нам необходимо повторить материал темы «Электролиз расплавов». Основные понятия которые вы усвоили на прошлом уроке:

• 
  Электрод – реальный физический объект, сделанный в большинстве случаев из химически малоактивных или инертным материалов (графит, медь, платина и т.д.), на поверхности которого протекает определенный электрохимические процессы.
  
• 
  Электролиз – электрохимический окислительно – восстановительный процесс, протекающий под действием постоянного электрического тока. Процесс в ходе которого работа электрического тока преобразуется в химическую реакцию.
  
• 
  Анод – электрод на котором протекает процесс окисления. В реакции электролиза заряжен положительно.
  
• 
  Катод – электрод на котором протекает процесс восстановления. В реакции электролиза заряжен отрицательно.
  

Основная часть: Рассмотрим принципиальное отличие между электролизом протекающим в расплавах и растворах. Для этого нам потребуются два схематических рисунка:

Если протекает электролиз в расплаве, то мы можем выделить несколько стадий:

1. 
   Переход соли из твердого агрегатного состояния в жидкое и одновременная диссоциация соли на ионы.
   

NaClNa⁺ + Cl^-

2. 
   Ориентация катионов (положительно заряженных ионов) вокруг катода (отрицательно заряженного электрода). Аналогично ориентируются анионы.
   
3. 
   Переход электронов с поверхности катода (обладающего избытком электронов) к катионам. И наоборот – переход электронов от анионов к аноду (электроду с недостатком электронов). Т.е. происходит электрохимическая реакция.
   

Na⁺ + 1e = Na

2Cl^- - 2e = Cl₂

В случае электролиза в растворе:

1. 
   Диссоциация соли при растворении в воде.
   

NaClNa⁺ + Cl^-

2. 
   Ориентация катионов (положительно заряженных ионов) вокруг катода (отрицательно заряженного электрода). Аналогично ориентируются анионы. Но в данном случае мы имеем не только ионы, но и воду, которая также окружает оба электрода, поэтому идет конкуренция между ионами и молекулами воды за право забрать или отдать электрон.
   
3. 
   Переход электронов с поверхности катода (обладающего избытком электронов) к катионам или воде. И наоборот – переход электронов от анионов или воды к аноду (электроду с недостатком электронов). Т.е. происходит электрохимическая реакция.
   

Способность ионов и воды вступать в электрохимич + ескую реакцию определяется электрохимическим потенциалом, но для решения задач можно пользоваться простыми схемами.

С
начала научимся определять вид катодного процесса, для этого рассмотрим ряд активности металлов в виде оси.

Мы видим две точки – Mg и Cu, которые разбивают ряд активности металла на три отрезка:

1. 
   Все металлы до Mg (включительно). Катионы этих металлов уступают по своей электрохимической силе воде и поэтому в её присутствии не вступают в электрохимическую реакцию, т.е. если мы растворяем соль, щелочь содержащей катион металла из данного отрезка, то будет протекать электролиз воды:
   

2H₂O + 2e H₂ + 2OH^-

2. 
   Все металлы от Mg (не включительно) до Cu (не включительно). Катионы этих металлов примерно равны по своей электрохимической силе воде и поэтому если мы растворяем соль, щелочь содержащей катион металла из данного отрезка, то будет протекать как электролиз воды так и электролиз металла.
   
3. 
   Все металлы от Cu (включительно) и до конца. Катионы этих металлов превосходят по своей электрохимической силе воду и поэтому если мы растворяем соль, щелочь содержащей катион металла из данного отрезка, то будет протекать электролиз металла:
   

Mⁿ⁺ + ne M

Теперь попробуем решить проблему анодного процесса электролиза. В данном случае так же имеется ряд правил позволяющих определить вид процесса.

Если соль или кислота, растворенная в воде, имеет анион бескилородсодержащей кислоты (к примеру Cl^-, Br^-, S^2- и т.д.), то такой анион будет вступать во взаимодействие с анодом (т.е. обладает большим электрохимическим потенциалом, чем вода). Если анион кислородсодержаще кислоты (к примеру SO₄^2-, NO₃^-), то во взаимодействие с анодом будет вступать вода, запишем анодный процесс для воды:

2H₂O – 4e O₂ + 4H⁺

Исключением является OH^-, который так же имеет преимущество перед водой в анодном процессе электролиза:

2OH^- – 4e O₂ + 2H⁺

Теперь когда мы знаем все правила, давайте потренируемся в правильном написании процесса электролиза.

• 
  В первую очередь мы записываем уравнение диссоциации соли и над стрелкой указываем причину диссоциации (высокая температура или вода).
  

Cu(NO₃)₂Cu²⁺ + 2NO₃^-

• 
  Распределяем ионы по соответствующим электродам, вокруг которых они ориентированы, не забывая указать что каждый электрод окружен и водой:
  

А(+): NO₃^- + e

H₂O + e

К(-): Cu²⁺ - e

H₂O - e

• 
  Определяем какие молекулы (ионы) будут реагировать на каждом из электродов. Так мы видим, что в нашем случае на катоде будет реагировать ион меди (т.к. медь принадлежит 3 отрезку оси), а на аноде будет реагировать вода (т.к. нитрат ион относится к аниону кислородсодержащей кислоты). Поэтому перечеркиваем стрелки не идущих процессов:
  

А(+): NO₃^- - e

H₂O - e

К(-): Cu²⁺ + e

H₂O + e

• 
  Далее дописываем уравнения анодного и катодного процессов:
  

А(+): NO₃^- - e

H₂O – e O₂ + H⁺

К(-): Cu²⁺ + e Сu

H₂O + e

• 
  Уравниваем полуреакции:
  

А(+): NO₃^- - e

2H₂O – 4e O₂ + 4H⁺ 1

К(-): Cu²⁺ + 2e Сu 2

H₂O + e

• 
  Записываем полное ионное уравнение реакции электролиза:
  

2Cu²⁺ + 2H₂O 2Сu + O₂ + 4H⁺

• 
  Записываем полное молекулярное уравнение электролиза не забывая, что ионы и молекулы в левой части уравнения относятся к исходным реагентам (т.е. соль и вода), а в продуктах присутствуют молекулы и ионы продуктов прошедших процессов (кислород, медь и катион водорода, а также ионы которые не вступали в процессы - NO₃^-)
  

2Cu(NO₃)₂ + 2H₂O 2Cu + O₂ + 4HNO₃

Теперь давайте вместе разберем с вами электролиз хлорида меди, сульфата натрия и нитрата серебра. К доске вызываются учащиеся.

Учащимся предлагается приготовить доклады по темам:

• 
  Роль электролиза расплавов солей в промышленности
  
• 
  Роль электролиза растворов солей в промышленности
  
• 
  Историческая справка «Электролиз. Открытие и этапы развития».
  

Для выполнения данных работ учащимся предлагается помимо материалов библиотеки воспользоваться ресурсами интернет:

• 
  www.chemport.ru
  
• 
  www.chemnet.ru
  
• 
  www.xumuk.ru
  
• 
  www.google.com
  
• 
  www.ihtik.ru
  
• 
  www.alchimik.ru