 |
Лекция 48. Электрический ток в электролитах
|
|
|
|
Цель занятия: ознакомить студентов с природой электрического тока в жидкостях.
Тип занятия: занятие изучения нового материала.
ПЛАН ЗАНЯТИЯ
| Контроль знаний | 1. Электрический ток в металлах. 2. Сила тока и скорость дрейфа электронов. 3. Зависимость сопротивления проводника от температуры |
| Демонстрации | 1. Электролиз раствора медного купороса. 2. Фрагменты видеофильма «Электролиз и его применение». |
| Закрепление изученного материала | 1. Качественные вопросы. 2. Учимся решать задачи. |
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
1. Электролитическая диссоциация
Как известно, проводниками электрического тока могут быть не только твердые тела, но и жидкости. Опыты показывают, что электролиты (растворы солей, кислот и щелочей в воде) являются хорошими проводниками электрического тока.
Ø Электролитами называют вещества, растворы которых проводят электрический ток.
Молекулы растворимых веществ состоят из взаимосвязанных ионов противоположного знака (например Na+Cl-, H+Cl-, K+Cl-, Cu++SO4--). Силы притяжения между этими ионами обеспечивают целостность таких молекул. Взаимодействие этих молекул с полярными молекулами растворителя, например воды, приводит к ослаблению взаимного притяжения противоположно заряженных ионов.
Ø Распад молекул на ионы под действием растворителя называют электролитической диссоциацией.
В растворе может происходить также и процесс, что называется рекомбинацией.
Ø Рекомбинация - процесс воссоединения ионов в нейтральные молекулы.
Между процессами электролитической диссоциации и рекомбинации ионов при неизменных условиях устанавливается динамическое равновесие, при котором число молекул, распадающихся на ионы в единицу времени, равно числу пар ионов, которые за это время соединяются в нейтральные молекулы.
|
|
|
2. Электролиз
Ионы в электролитах движутся хаотически до тех пор, пока в жидкость не опускаются электроды. Тогда на хаотическое движение ионов накладывается их упорядоченное движение к соответствующим электродам и в жидкости возникает электрический ток.
При ионной проводимости прохождение тока связано с переносом вещества. На электродах происходит выделение веществ, входящих в состав электролитов.
Ø Процесс выделения вещества на электродах при прохождении электрического тока через электролит называют электролизом.
На аноде отрицательно заряженные ионы отдают свои лишние электроны (в химии этот процесс называется окислительной реакцией), а на катоде положительные ионы получают недостающие электроны (восстановительная реакция).
Точно измеряя массу вещества, выделяющегося на электродах при прохождении электрического тока через раствор электролита, английский физик Майкл Фарадей сформулировал законы, которые впоследствии стали называть законами электролиза (или законами Фарадея).
Первый закон Фарадея:
Ø масса m вещества, которая выделилась на электроде при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока I и времени t его прохождения через электролит.
m = kIt.
Коэффициент k называют электрохимическим эквивалентом вещества. Смысл этого коэффициента можно определить из выражения: k = m/q.
Электрохимический эквивалент численно равен массе вещества в кг, выделяющегося при прохождении 1 Кл электричества.
Единица электрохимического эквивалента в СИ: кг/Кл.
Электрохимические эквиваленты различных веществ существенно отличаются друг от друга. Ответ на вопрос “От чего зависит электрохимический эквивалент вещества?” дает второй закон Фарадея:
Ø электрохимический эквивалент k вещества прямо пропорционален его химическому эквиваленту M/n.
|
|
|
где F - постоянная Фарадея; n - валентность вещества; M - молярная масса вещества.
Постоянную Фарадея F определяют как произведение заряда электрона на постоянную Авогадро:
Таким образом, стала Фарадея равен модулю заряда одного моля электронов.
Подставляя последнее равенство в второй закон Фарадея, получаем:
Здесь 
Следовательно, электрохимический эквивалент данного вещества равна отношению массы иона этого вещества в модуль его заряда:
3. Применение электролиза
1). Электрометаллургия
Электролитические процессы классифицируются следующим образом:
• получение неорганических веществ (водород, кислород, хлор, щелочи и др.);
• получение металлов (литий, натрий, калий, бериллий, магний, цинк, алюминий, медь и др.);
• очистка металлов (медь, серебро, и др.);
• получение металлических сплавов;
• получение гальванических покрытий;
• получения органических веществ;
• нанесение пленок при помощи электрофореза.
Актуальность электролиза объясняется тем, что многие вещества получают именно этим способом. Например, такие металлы, как никель, натрий, чистый водород и другие, получают только с помощью этого метода.
В промышленности алюминий и медь в большинстве случаев получают именно электролизом. Преимущество этого способа в том, что он относительно дешевый и простой.
Электролиз используют также для очистки металлов от примесей и даже для получения металлов из руды.
2). Гальванотехника
Гальванотехника - область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей.
Гальванотехника делится на гальваностегию и гальванопластику.
Решение задач
1. По какой силы тока проводился электролиз водного раствора CuSO4, если за 25 мин. на катоде выделилось 2 г меди?
2. В процессе электролиза из водного раствора серебряной соли выделилось 500 мг серебра. Какой заряд прошел через электролитическую ванну?
3. Сила тока во время электролиза равна 5 А, и за 1 год получили 5,4 мг вещества. Чему равна электрохимический эквивалент данного вещества?
|
|
|
Контрольные вопросы:
1. Какие вещества являются электролитами? Приведите примеры.
2. Какова природа носителей заряда в электролитах?
3. Что представляет собой электрический ток в жидкостях?
4. Какое условие необходимо для возникновения направленного движения ионов в электролите?
5. Происходит диссоциация в растворе, в котором нет электрического тока?
6. Могут ли во время диссоциации образоваться ионы одного определенного знака? Почему?
7. Или любая жидкость, что проводит электрический ток, является раствором электролита? Подтвердите свой ответ примером.
8. Почему во время прохождения тока через раствор электролита происходит перенос вещества, а при прохождении через металлический проводник перенос вещества не происходит?
9. Зависит ли количество выделенного на электродах при электролизе вещества от концентрации раствора, если через раствор проходит одинаковый заряд?
10. В какой способ, опустив два провода от гальванического элемента в стакан с водопроводной водой, можно узнать, существует ли между ними постоянное напряжение?
Домашнее задание
1. Учебник-1: § 14; Учебник-2: конспект.
2. Упр-1: упр. 14 (№ 1, 2, 3, 4).
Список использованной литературы
1. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.
2. Марон А.Е., Марон Е.А. «Сборник задачорник качественных задач по физике 11 кл, М.: Просвещение,2006
3. Л.А. Кирик, Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Методические материалы для преподавателя 10 класс,М.:Илекса, 2005.-304с:, 2005
4. Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Физика 11 класс.-М.: Мнемозина,2010
|
|
|
