Bài 14 DÕNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN
A. Mục tiêu
1. Về kiến thức
Trong khi học:
- Tham gia đề xuất phương án TN.
- Tham gia xây dựng kiến thức mới. Quan sát TN và rút ra kết luận.
Sau khi học:
- Phát biểu được thế nào là hiện tượng điện phân, chất điện phân.
- Hiểu được bản chất của dòng điện trong chất điện phân, trình bày được thuyết điện li.
- Phát biểu được định luật Faraday về điện phân. - Vận dụng được định luật vào giải các bài tập sgk.
2. Về kĩ năng.
- HS có được các kĩ năng quan sát TN hiện tượng điện phân.
- Rèn luyện kĩ năng lập luận, tính toán và vận dựng kiến thức về điện phân vào giải thích một số hiên tượng trong cuộc sống.
3. Về thái độ tình cảm.
- Trung thực khách quan, hợp tác, biết lắng nghe ý kiến của người khác. - Có lòng tin vào khoa học, yêu thích môn học, từ đó tích cực, chủ động học tập.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 79
B. Chuẩn bị
1. Xác định mục tiêu nghiên cứu
Trên cơ sở kết quả điều tra quan niệm, hiểu biết của HS, chúng tôi nghiên cứu tổ chức DH một số nội dung kiến thức của bài theo hướng: Thay đổi những quan niệm sai hay chưa đầy đủ về dòng điện trong chất điện phân ở HS “Chƣa phân biệt được các hạt tải điện (dẫn điện) trong dd điện phân là iôn+ và iôn- mà không phải là elẻctron, chƣa phân biệt được điện phân với dương cực tan và điện cực trơ”. Từ đó giúp HS hiểu rõ các hạt tải điện trong chất điện phân là ion-, ion dương; Hiện tượng dương cực tan; quá trình dẫn điện trong chất điện phân.
2. Dự kiến xây dựng phƣơng án dạy học
Về nội dung:
Kiến thức sẽ được tổ chức cho HS xây dựng dựa trên cơ sở phối hợp các PP và PTDH để làm nổi bật trọng tâm của bài.
Về Phương pháp:
- Quá trình DH được tiến hành thông qua 7 hoạt động của GV, HS. - Tổ chức HS thảo luận nhóm, đánh giá các ý kiến.
3. Chuẩn bị thiết bị dạy học
* Đối với giáo viên
- Chuẩn bị TN: Nguồn điện, mA, 2 điện cực bằng đồng, dây nối, nước cất, muối ăn, muối CuSO4, bình điện phân. Vẽ các hình 14.1,14.2, 14.3,14.4 trên giấy A0. Máy tính, máy chiếu.
- Giáo án điện tử, phiếu kiểm tra kết quả học tập, - Phiếu học tập.
* Học sinh.
- Ôn lại các kiến thức về dòng điện trong kim loại.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 80
- Chuẩn bị bảng hệ thống tuần hoàn.
C. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức bài “Dòng đin trong chất điện
phân”
1. Thuyết điện li. Bản chất của dòng điện trong chất điện phân.
K mA A TN1: Với dd nước cất Không dẫn điện TN2: Với dd NaCl Dẫn điện. TN3: Với dd CuSO4 Dẫn điện. Thuyết điện li
Bản chất của dòng điện trong chất điện phân.
PP và PTDH - Quan sát TN, - Mô hình TN hiện tượng điện phân Thảo luận nhóm Tại sao nước cất không dẫn điện? mà chất
điện phân dẫn điện?
Nêu vấn đề
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 81
2. Các hiện tƣợng diễn ra ở điện cực. Hiện tƣợng dƣơng cực tan. Định luật Faraday.
TN4: DD CuSO4 Có hiện tượng dương cực tan.
TN5: Với DD H2SO4 và đổi hai điện cực bằng inốc
Không có hiện tượng dương cực PP và PTDH - Quan sát TN - Nêu vấn đề
Các định luật Faraday Máy thu điện
Ứng dụng: + Luyện nhôm. + Mạ điện. + Đúc điện. Ứng dụng: Ắc quy. Thảo luận nhóm Mô hình mạ, đúc điện Từ TN với dd CuSO4: mA + - K A
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 82
D. Tiến trình dạy học cụ thể
1. Ổn định tổ chức:
2. Kiểm tra bài cũ.
GV: Điều kiện để có dòng điện trong 1 môi trường là gì? Bản chất của dòng điện trong kim loại là gì?
HS: Điều kiện để có dòng điện trong 1một môi trường là phải có các hạt tải điện và có điện trường.
Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron(e) dưới tác dụng của điện trường.
GV: Đúng, vậy ngoài kim loại thì chất lỏng có dẫn điện không, bản chất của dòng điện đó như thế nào? Hạt tải điện là những hạt nào? Nếu chất lỏng dẫn được điện thì hiện tượng này được ứng dụng thế nào trong cuộc sống: Như ngày nay nhôm là kim loại được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, nhưng để sản xuất nhôm thì lại phải cần nguồn điện năng dồi dào. Vậy quy trình luyện nhôm dựa trên hiện tượng nào mà đòi hỏi nhiều điện năng như thế? Bài hôm nay ta sẽ nghiên cứu hiện tượng này.
§14 DÕNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN Hoạt động 1: Tìm hiểu thuyết điện li.
Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh
GV: Đưa ra một TN như sau: Cho hai điện cực bằng đồng nhúng vào bình đựng dd nước cất, nối với một mA và nối với dòng điện một chiều
(H14.1sgk) và tiến hành TN: HS: Quan sát, nêu kết quả TN:
GV: Nếu thay nước cất bằng dd NaCl thì sao?
GV: Bây giờ thay dd NaCl bằng dd CuSO4 thì kết quả thế nào?
GV: Nếu thay bằng các muối hay bazơ khác thì kết quả vẫn tương tự.
GV:Vì sao nƣớc cất không dẫn điện?
Còn dd NaCl, CuSO4 lại dẫn điện?
- Nước cất không dẫn điện.
- Dung dịch NaCl dẫn điện.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 83
GV: Hiện tượng các hợp chất hoá học tan vào trong nước được gọi là gì? Với câu hỏi này HS làm việc độc lập SGK để thu nhận thông tin.
Sau đó GV treo (H14.2) và cho HS phát biểu thuyết điện li.
GV: Sau đó GV nhấc cực catốt của TN với dd CuSO4 ra cho HS quan sát và đưa ra nhận xét?
GV: Đó chính là lớp Cu nguyên chất bám vào cực catốt K.
Sau đó GV cho HS thảo luận để trả lời câu hỏi: Hiện tƣợng vừa thu đƣợc ở TN này đƣợc gọi là gì?
HS: Thảo luận nhóm:
Vì nước cất không có các hạt tải điện; Còn dd NaCl, CuSO4 khi tan trong nước sẽ bị tách thành Na+
,Cl- và Cu2+, SO42- do đó làm xuất hiện số hạt tải điện.
GV: Hiện tượng cũng xảy ra tương tự đối với các muối hay bazơ khác. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng điện phân, còn các dd muối axit, bazơ gọi là các chất điện phân.
Kết luận: Khi cho dòng điện một chiều qua dd muối, axit, bazơ sau một thời gian điện phân có một lượng vật chất được giải phóng ra ở catốt. còn các muối, axit, bazơ gọi là các chất điện phân.
HS: Phát biểu thuyết điện li.
HS: Cực catốt có một lớp vật chất bám vào.
HS: Thảo luận nhóm:
Khi cho dòng điện qua dd CuSO4 sau một thời gian thì xuất hiện lượng đồng được giải phóng ra ở catốt.
HS: Cá nhân tiếp thu, nhắc lại hiện tượng điện phân.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 84
Hoạt động 2: Tìm hiểu bản chất của dòng điện trong chất điện phân.
Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh
GV: Đặt vấn đề: Khi cho dòng điện một chiều qua dd CuSO4 thì Cu được giải phóng ra ở K. Do vậy trong bình điện phân đã xảy ra các phản ứng hoá học. Phản ứng xảy ra như thế nào, hạt tải điện trong dd điện phân có phải là eletron không? Ta tiếp tục nghiên cứu.
GV: DD CuSO4 tan trong nước chúng phân li thành các ion trái dấu: CuSO4 = Cu2+ +SO4
2- .
- Tại sao khi ngắt khoá k (E=0) thì mA chỉ giá trị 0?
- Tại sao khi đóng mạch thì mA chỉ một giá trị dòng điện nhất định? (hy vọng HS trả lời đƣợc câu hỏi này)
GV: Đúng. Vậy bản chất dòng điện trong chất điện phân là gì? Các hạt
HS: Khi E=0 thì các ion CĐ nhiệt hỗn loạn Không có dòng điện chạy qua dd điện phân.
Khi E ≠0 thì các ion CĐ có hướng: các anion về cực anốt A, cation về cực catốt K Có dòng điện chạy qua dd điện phân.
HS: Bản chất của dòng điện trong lòng chất điện phân là dòng ion
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 85
tải điện ở đây có phải là eletrron?
GV: Trong kim loại và trong chất điện phân thì chất nào dẫn điện tốt hơn? Vì sao?(Phần này để HS Đọc sgk để thu thập thông tin)
GV: Để phân biệt môi trường dẫn điện có phải là chất điện phân hay không, ta có thể làm cách nào?
GV: Đúng, khi có hiện tượng điện phân thì dòng điện trong chất điện phân không những tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo tới các điện cực gây ra hiện tượng điện phân. tuỳ bản chất hoá học của chất làm điện cực mà quá trình trao đổi điện tích giữa ion và điện cực sẽ kèm theo những phản ứng hoá học khác, làm hiện tượng điện phân trở nên phức tạp. Các hiện tượng đó xảy ra như thế nào thì ta nghiên cứu sang phần sau
dương và ion âm CĐ có hướng theo hai chiều ngược nhau.
Các hạt tải điện trong dd điện phân không phải là eletron.
HS: Cá nhân làm việc với sgk để thu thập thêm thông tin.
HS: ta quan sát xem khi cho dòng điện chạy qua bình điện phân có hiện tượng điện phân hay không.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 86
Hoạt động 3: Các hiện tƣợng diễn ra ở điện cực. Hiện tƣợng dƣơng cực tan.
Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh
GV: Ta quay lại TN3: Cực catốt có đồng bám vào. Bây giờ ta muốn bỏ lớp đồng đó đi nhưng không trà sát hay cạo…thì ta làm bằng cách nào? Cho HS thảo luận nhóm, trả lời.
GV: Nhận xét, tiến hành TN: Đảo cực có đồng bám làm anốt và đóng khoá k (GV đã làm TN trước biết trong bao nhiêu phút thì lượng Cu tan hết). Sau vài phút ngắt mạch, nhấc cực anốt, catốt ra cho HS quan sát nhận xét?
GV: Em nào có thể giải thích đƣợc
hiện tƣợng này?
GV: Đúng, hiện tượng này gọi là hiện tượng dương cực tan (H 14.4). Trong trường hợp bình điện phân dương cực tan thì quá trình phân tích
HS: Thảo luận nhóm:
Ta chỉ cần đảo cực, lấy cực có đồng bám làm anốt và đóng mạch.
HS: Lượng đồng đã bị bào mòn hết, đồng thời lúc này cực catốt kia lại có lớp Cu bám vào.
HS: Khi có dòng điện chạy qua bình điện phân thì: Cu2+
+2e = Cu bám vào catốt. Còn SO4
2-
chuyển về anốt tác dụng với nguyên tử Cu tạo thành phân tử CuSO4 tan vào dd. Kết quả là Cu ở anốt bị bào mòn dần đi, cực âm có 1 lớp Cu bám vào.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 87
các chất có bị tiêu hao năng lượng không?Vì sao?
GV: Đúng vì bình điện phân dương cực tan không tiêu thụ năng lượng vào việc phân tích các chất mà chỉ bị tiêu hao vì toả nhiệt. Khi đó bình điện phân dương cực tan đóng vai trò là gì?
GV: Hiện tượng xảy ra như thế nào khi ta dùng 2 điện cực bằng graphit và dd điện phân là H2SO4? (H 14.5).
gợi ý: H2SO4 bị phân li thế nào? Mô tả sự CĐ của các iôn trong dd điện phân khi có điện trường trong bình điện phân? Có hiện tượng dương cực tan xảy ra không?)
GV: Trong trường hợp này không có hiện tượng dương cực tan xảy ra, chỉ có nước bị phân tích thành H2 bay ra ở catốt còn O2 bay ra ở anốt. Trường hợp này gọi là điện phân dd với điện cực trơ. Lúc đó có tiêu hao năng lượng vào việc phân tích các chất nên
HS: Làm việc với sgk, trả lời:
Không bị tiêu hao năng lượng vào việc phân tích các chất. Vì phản ứng xảy ra ở các điện cực là phản ứng cân bằng: Cu2++ 2e Cu.
HS: Nó đóng vai trò như một điện trở trong của mạch.
HS: Thảo luận chung toàn lớp.
Phân tử H2SO4H++ SO42-, khi có điện trường thì ion H+
bị đẩy về catốt, SO4
2-
bị đẩy về anốt. Vì graphít dẫn điện nhưng không tạo thành ion nên không có hiện tượng dương cực tan xảy ra.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 88
nó tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình dd điện phân, do đó có suất phản điện : = pq = pIt. Lúc đó bình điện phân điện cực trơ trở thành gì? Còn bình điện phân có dương cực tan có suất phản điện không?
GV: Từ các TN trên thì điều kiện
để có hiện tƣợng dƣơng cực tan là gì?
GV: Đúng, khi có dương cực tan thì dòng điện trong chất điện phân tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa 2 điện cực của bình điện phân, khi đó dòng điện trong chất điện phân tuân theo định luật ôm.
Vậy khi điện phân dung dịch với điện cực không tan thì nồng độ các iôn trong dd thay đổi nhƣ thế nào?
GV: Để xem khối lượng chất giải phóng ra ở điện cực phụ thuộc vào những yếu tố nào ta nghiên cứu sang phần IV.
HS: Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ:
Bình điện phân với điện cực trơ lúc này trở thành 1 máy thu điện.
Bình điện phân với dương cực tan thì suất phản điện bằng không.
HS: Để có hiện tượng dương cực tan thì chất điện phân là dd muối của kim loại dùng làm anốt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 89
Hoạt động 4: Nghiên cứu các định luật Faraday.
Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh
GV: Khối lượng của chất được giải phóng ra ở điện cực có mỗi liên hệ định lượng như thế nào với điện lượng chuyển qua bình điện phân?
Gợi ý: Khối lượng giải phóng ra ở điện cực tỉ lệ với số ion chuyển về điện cực không? Điện lượng chuyển qua bình điện phân quan hệ như thế nào với số ion?
GV: Năm Faraday đã làm TN và cũng có nhận xét như vậy. Từ nhận xét tương tự như trên năm 1936, Faraday đã phát biểu thành định luật: Định luật Faraday I: Khối lượng chất được giải phóng ra ở điện cực tỉ lệ với điện lượng chạy qua bình đó. m = kq, với k là đương lượng điện hoá của chất giải phóng ra ở điện cực.
HS: Thảo luận theo nhóm.
- Khối lượng chất giải phóng ra ở điện cực tỉ lệ với số iôn về điện cực.
- Điện lượng chuyển qua bình điện phân tỉ lệ với số ion đi về điện cực. Vậy m~q=It.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 90
GV: Đương lượng điện hoá của một nguyên tố có mối liên hệ định lượng thế nào với bản chất hoá học (nguyên tử lượng, hoá trị) của nguyên tố đó? Cho HS thảo luận chung toàn lớp.
Gợi ý: m của chất thoát ra ở điện cực có mối liên hệ thế nào với nguyên tử lượng của nguyên tố?
Điện lượng chuyển qua bình điện phân có mối liên hệ thế nào với hoá trị của nguyên tố?
GV: Vậy đương lượng điện hoá k tỉ lệ thuận với nguyên tử lượng A và tỉ lệ nghịch với hoá trị n của nguyên tố.