GA Dòng điện trong chất điện phân NGA

Kiến thức - Nêu được các định nghĩa: chất điện phân, hiện tượng điện phân, phản ứng phụ trong hiện tượng điện phân, hiện tượng dương cực tan.. Giáo viên - Bộ dụng cụ thí nghiệm về dòng đ

Người soạn: Nguyễn Thị Hằng Nga

Ngày soạn:

Bài 14 Dòng Điện Trong Chất Điện Phân

I Mục tiêu

1 Kiến thức

- Nêu được các định nghĩa: chất điện phân, hiện tượng điện phân, phản ứng phụ trong hiện tượng điện phân, hiện tượng dương cực tan

- Phát biểu được bản chất của dòng điện trong chất điện phân

- Phát biểu được các định luật Faraday về hiện tượng điện phân và viết được các biểu thức tương ứng

- Nêu và giải thích được nguyên tắc luyện kim, mạ điện, tinh chế và điều chế kim loại

2 Kĩ năng

- Giải thích được bản chất dòng điện trong chất điện phân

- Vận dụng định luật Faraday để giải bài tập

- Thiết kế các phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, rút ra kết luận

3 Thái độ

- Hứng thú và tích cực quan sát , làm các thí nghiệm để tìm kiến thức

- Tự lực làm việc và trả lời các câu hỏi

- Tích cực sưu tầm và tìm hiểu thêm các ứng dụng của dòng điện trong chất điện phân

II Chuẩn bị

1 Giáo viên

- Bộ dụng cụ thí nghiệm về dòng điện trong chất điện phân, dương cực tan

- Giáo án

2 Học sinh

- Ôn lại tác dụng hoá học của dòng điện và sự điện li trong SGK Hoá học, điều kiện có dòng điện trong môi trường

- Đọc và tìm hiểu bài mới

III Tiến trình dạy học

1 Ổn định lớp, kiểm tra sĩ số

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 chuyển động có hướng 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

3 Bài mới

Đặt vấn đề: Những năm gần đây, nhôm càng được sử dụng rông rãi trong các nghành công nghiệp điện, điện tử, công nghiệp hàng không, công nghiệp chế tạo đồ gia dụng Hoặc những vật dụng hằng ngày như điện thoại, đồng

hồ, huy chương,… để tăng tính thẩm mỹ, độ bền người ta thường mạ một lớp vàng, bạc, niken Vậy phương thức luyện nhôm, mạ điện dựa vào hiện tượng nào ta tìm hiểu bài hôm nay “ Bài 14: Dòng điện trong chất điện

phân”

Hoạt động 1: Thuyết điện lí

Đặt vấn đề: chất điện phân là gì? Chất

điện có dẫn điện hay không?

Vấn đề 1: Nước cất có dẫn điện hay

không?

Em hãy thiết kế phương án thí nghiệm để

chứng tỏ được rằng nước cất không dẫn

điện?

Vấn đề 2: Làm thế nào để chứng tỏ được

rằng dung dịch nước muối dẫn điện?

Vấn đề 3: Nếu thay dung dịch muối ăn

bằng dung dịch axit, bazơ thì có hiện

tượng gì xảy ra?

GV yêu cầu HS tiến hành thí nghiệm quan

sát, và rút ra kết luận

Tiếp nhận vấn đề

HS thảo luận để trả lời vấn đề 1

HS thảo luận nhóm: có thể HS sẽ đưa ra phương án thí nghiệm như sau:

- Dùng một bình thuỷ tinh đựng nước cất với 2 điện cực bằng kim loại Nối 2 điện cực với bóng đèn ( miliampe kế), và nguồn điện tạo thành mạch kín Khi đó, quan sát đèn sáng ( hoặc số chỉ của kim miliampe kế) để rút ra kết luận

HS thảo luận nhóm để trả lời vấn đề 2:

- Ngắt điện, hòa tan vào nước cất một ít muối ăn NaCl Đóng điện và quan sát đèn sáng hay không (số chỉ của

miliampe kế) để rút ra kết luận

HS thảo luận nhóm để trả lời vấn đề 3:

- Thay dung dịch muối ăn, cho thêm vào bình điện phân đựng nước cất một lượng nhỏ axit (chanh) hoặc bazơ (bột giặt) Sau đó, quan sát bóng đèn sáng hay không ( hoặc số chỉ của miliampe kế) để rút ra kết luận

HS rút ra kết luận qua thí nghiệm:

- Nước cất không dẫn điện (điện môi)

- Các dung dịch muối, axit, bazơ dẫn điện => dòng điện có thể chạy qua dung

Đặt vấn đề: Khi thêm muối vào trong

dung dịch ta thấy đèn sáng hơn (dòng điện

tăng mạnh), chứng tỏ mật độ hạt tải điện

trong dung dịch đó tăng lên Sự tăng số hạt

tải điện trong các dung dịch như thế nào

chúng ta vào phần 2 Thuyết điện li

GV thông báo: trong hóa học thì chúng ta

đã biết

Trong các dung dịch, các hợp chất hóa

học như axit, bazo va muối bị phân li

( một phần hoặc toàn bộ) thành các

nguyên tử ( hoặc nhóm nguyên tư) tích

điện gọi là ion; ion có thể chuyển động tự

do trong dung dịch và trở thành hạt tải

điện

GV yêu cầu học sinh lấy ví dụ Sau đó cho

học sinh quan sát sự điện li của NaCl vào

dung dịch nước

GV Ta biết Na+ và Cl- liên kết với nhau

bởi lực hút Culong Khi vào trong nước thì

lực hút Culong giảm đi nhiều lần, liên kết

trở nên lỏng lẻo.Mà phân tử nước có 2H+

và 1O- , ở đầu Na+ các phân tử nước đưa

đầu O- vào hút lấy Na+ , ở đầu Cl- các

phân tử nước đưa đầu H+ vào hút Cl- làm

liên kết càng lúc bị giảm và bị đứt ra

GV thông báo tương tự ta có sự phân li

của một số chất điện phân như axit,

bazo,muối

dịch muối, axit, bazơ

VD: NaCl Na+ + Cl

-HS quan sát hình ảnh hoặc mô hình

Hoạt động 2: Bản chất dòng điện trong chất điện phân

- Vì sao các môi trường dung dịch muối,

axit, bazơ dẫn điện được?

- Vậy hạt tải điện trong các môi trường

này (gọi chung là chất điện phân) là gì?

Các hạt tải điện này được tạo thành như

thế nào?

GV: cho HS quan sát mô hình rồi yêu

-Vì trong các môi trường đó có hạt tải điện tự do

- Là các ion dương và ion âm Các hạt này được tạo thành do quá trình điện li

cầu HS tả lời câu hỏi

- Khi không có điện trường ngoài, các

hạt tải điện này chuyển động như thế

nào?

- Nếu đặt vào giữa hai điện cực thì các

hạt tải điện này chuyển động như thế

nào?

- Hãy phát biểu bản chất dòng điện

trong chất điện phân?

- vì sao chất điện phân không dẫn điện

tốt bằng kim loại?

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

- Khi không có điện trường các ion chuyển động hỗn loạn trong dung dịch

- Khi có điện trường, các ion có thêm chuyển động có hướng: ion dương chạy cùng chiều và ion âm chạy ngược chiều điện trường

- Phát biểu bản chất dòng điện

Vì + Mật độ các ion trong chất điện phân thường nhỏ hơn mật độ electron tự do trong kim loại

+ Khối lượng và kích thước của ion lớn hơn kích thước của electron nên tốc độ của chuyển động có hướng của chúng nhỏ hơn

+ Môi trường dung dịch rất mất trật tự nên cản trở mạnh chuyển động của các ion

HS: ta quan sát xem khi cho dòng điện chạy qua bình điện phân có hiện tượng điện phân hay không

Tiếp nhận vấn đề

Hoạt động 3: Tìm hiểu về các hiện tượng diễn ra ở điện cực Hiện tượng dương cực tan

Vấn đề: Làm thí nghiệm như thế nào để có

thể quan sát được hiện tượng phản ứng phụ

HS thảo luận nhóm đưa ra phương án thí nghiệm:

trong chất điện phân? GV yêu cầu HS tiến

hành thí nghiệm như hình vẽ 19.3, gợi ý

cho HS giải thích hiện tượng xảy ra

Câu hỏi gợi ý:

?1 Khi làm thí nghiệm với dung dịch

CuSO4 có anôt bằng Cu thì ở các điện cực

sẽ có biến đổi như thế nào?

GV: có thể hướng dẫn HS giải thích hiện

tượng dương cực tan Tiếp tục GV đặt thêm

vấn đề mới để phát triển hoàn chỉnh

?2 Nếu làm thí nghiệm với dung dịch

H2SO4 có anôt bằng Cu thì ở các điện cực

sẽ có biến đổi như thế nào? Hãy cho biết

các quá trình xảy ra ở các điện cực và trong

dung dịch? Nếu có điều kiện GV cho HS

tiến hành thí nghiệm theo nhóm

?3 Nếu làm thí nghiệm trong thời gian dài

thì dung dịch sẽ có màu gì? Tiếp tục GV

đặt thêm vấn đề mới để phát triển hoàn

chỉnh

?4 Vậy thế nào là hiện tượng dương cực

tan? Và điều kiện để có hiện tượng dương

cực tan?

- Bình B đựng dung dịch CuSO4

- Anôt (A) bằng Cu

- Catôt (K): bằng than chì hoặc kim loại khác nào đó

- Nguồn điện

Mắc theo sơ đồ như hình 19.3 HS làm thí nghiệm và rút ra kết luận

TL1- Cực dương bị mòn đi

- Cực âm có Cu bám vào

TL2 Trong dung dịch xảy ra quá trình phân li và tái hợp:

H2SO4  2H+ + SO4

2-+ Ở cực âm (catôt):

2H+ + 2e  H2 (bay lên) + Ở cực dương (anôt):

SO42- - 2e  SO4

SO4 + Cu  CuSO4 tan vào dung dịch, làm cực dương bị mòn đi

Kết quả thí nghiệm:

+ Cực âm có hidrô bay ra

+ Cực dương bị mòn đi

TL3 Làm thí nghiệm trong thời gian dài thì dung dịch sẽ có màu xanh của CuSO4

TL4 Hiện tượng dương cực tan là hiện tượng cực dương bị hao mòn đi Hiện tượng dương cực tan chỉ xảy ra khi điện phân dung dịch muối kim loại mà anôt làm bằng chính kim loại ấy

Hoạt động 4: Nguyên cứu định luật Faraday

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

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 Cho HS phát

biểu 2 định luật

GV: Yêu cầu HS làm c2, c3 sgk?

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

HS: Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ

HS: Thảo luận chung toàn lớp: Dòng điện là dòng ion nên ta có m=m0N, mặt khác m0= A/NA, với NA là số A-vô-ga-đrô, m0 khối lượng của mỗi ion

 m=AN/NA(1) và q= It Mặt khác q= neN, n là hoá trị nguyên tố, e là điện tích nguyên tố  N= It/ne (2)

Từ (1) và (2) ta có: m= m0N=AIt/NAen Theo định luật I ta có: k=A/Fn,

F= 96500 C/mol không đổi đối với mọi nguyên tố

HS: Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ 2 định luật, công thức của định luật

HS: Câu 2: vì lượng chất do phản ứng phụ sinh ra và lượng chất ban đầu sinh

ra ở điện cực tỉ lệ với nhau

Câu 3: Có thể tính được: Số nguyên tử N trong 1 mol kim loại bằng số F chia cho điện tích nguyên tố

e:N=F/|e|=96500/1,6.10-19

=6,023.1023mol-1

GV: Vậy hiện tượng điện phân được ứng

dụng trong kĩ thuật và đời sống như thế

nào?

Hoạt động 5: Tìm hiểu các ứng dụng của hiện tượng điện phân

GV: hiện tượng điện phân được ứng dụng

trong công nghệ nào?

- Để tăng vẻ đẹp và chống rỉ cho các đồ

dùng hàng ngày bằng kim loại, người ta

thường mạ một lớp kim loại như vàng,

bạc, niken lên bề mặt chúng Vậy, nếu

muốn mạ đồng cho một vật ta phải làm

như thế nào?

GV yêu cầu HS đọc sách giáo khoa để tìm

hiểu thêm ứng dụng của hiện tượng điện

phân

Hiện tượng điện phân được ứng dụng để điều chế hóa chất, tinh chế kim loại, mạ điện, đúc điện

- Để mạ đồng cho một vật, ta ứng dụng hiện tượng dương cực tan: cực dương bằng Cu, cực âm là vật cần mạ, dung dịch điện phân là dung dịch CuSO4 Sau một thời gian cho dòng điện đi qua, vật cần mạ sẽ được phủ một lớp Cu lên

bề mặt

Hoạt động 6: Vận dụng- củng cố

Bài 14 Dòng Điện Trong Chất Điện Phân

I Thuyết điện li

1 Chất điện li

- Thí nghiệm

- Kết quả thí nghiệm

+ Nước cất không dẫn điện

+ Dung dịch NaCl dẫn điện

- Kết luận

Các dung dịch muối, axít,bazơ được gọi là các chất điện phân.Các muối nóng chảy cũng là chất điện phân

2 Thuyết điện li

- Trong các dung dịch, các hợp chất hóa học như axit, bazo và muối bị phân li ( một phần hoặc toàn bộ) thành các nguyên tử ( hoặc nhóm nguyên tử) tích điện gọi là ion; ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện

Ví dụ NaCl  Na+ + Cl

Các ion dương và ion âm tồn tại sẵn trong các phân tử axit, bazơ, muối Chúng liên kết với nhau bằng lực hút Cu-lông Khi tan vào trong nước hoặc dung môi khác, liên kết giữa các ion trở nên lỏng lẽo Một số phân tử do chuyển động nhiệt nên bị tách thành các ion

tự do

- Axit  (gốc axit)- + H+

Bazo(OH)- + (kim loại)+

Muối(gốc axit)- + (kim loại)+

II Bản chất dòng điện trong chất điện phân

- Bản chất dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của ion âm ngược chiều điện trường và ion dương theo chiều điện trường

- Chất điện phân không dẫn điện bằng tốt bằng kim loại

- Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải

cả vật chất (theo nghĩa hẹp) đi theo Tới điện cực chỉ có electron có thể electron có thể đi tiếp, còn vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân

III Các hiện tượng diễn ra ở điện cực Hiện tượng dương cực tan

- Khi chất điện phân là dd CuSO4 và dương cực là đồng (Cu)

+ Tại dương cực ( anot):

Cu  Cu2+ + 2e- đi vào dung dịch  dương cực bị tan dần

+ Tại cực âm (catot)

Cu2+ + 2e-  Cu: : bám vào âm cực  âm cực được bồi thêm

- Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi điện phân một dung dịch muối kim loại mà anốt làm bằng chính kim loại ấy

- Khi chất điện phân là dd H2SO4 và điện cực bằng graphit

+ Tại cực âm (catot): 4H+ + 4e → 2H2 ↑

+ Tại cực dương (anot): 4(OH)- → 2H2O + O2 ↑+ 4e

-IV Các định luật Fa-Ra-Đây

- Định luật Fa-ra-đây thứ nhất

Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó

m = kq

k gọi là đương lượng điện hoá của chất được giải phóng ở điện cực

- Định luật Fa-ra-đây thứ hai

Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam A n của nguyên tố đó Hệ số tỉ lệ là F1, trong đó F gọi là số Fa-ra-đây

k =F1 A n

Thí nghiệm cho thấy, nếu I tính bằng ampe, t tính bằng giây thì:

F = 96 494 C/mol

Kết hợp hai định luật Fa-ra-đây, ta được công thức Fa-ra-đây

m = F1 A n It

m là lượng chất được giải phóng ở điện cực, tính bằng gam

V Ứng dụng của hiện tượng điện phân

Một số ứng dụng của hiện tượng điện phân:

- Điều chế hoá chất: điều chế clo, hiđrô và xút trong công nghiệp hoá chất

- Luyện kim: người ta dựa vào hiện tượng dương cực tan để tinh chế kim loại Các kim loại như đồng, nhôm, magiê và nhiều hoá chất được điều trực tiếp bằng phương pháp điện phân

- Mạ điện: người ta dùng phương pháp điện phân để phủ một lớp kom loại không gỉ như crôm, niken, vàng, bạc lên những đồ vật bằng kim loại khác