Phạm vi áp dụng của đề tài Dự án dạy học: “ Hiện tượng điện phân và ứng dụng của sự điện phân vào thực tiễn cuộc sống” áp dụng để giảng dạy cho toàn thể học sinh khối 11,12 sau khi học x
Trang 11 PHẦN MỞ ĐẦU
1.1 Lý do chọn đề tài
Như chúng ta đã biết:
Tích hợp là một khái niệm rộng không chỉ dùng trong lĩnh vực lí luận dạy học Tích
hợp có nguồn gốc từ tiếng La tinh: Integration với nghĩa: xác lập cái chung, cái toàn thể, cáithống nhất trên cơ sở những bộ phận riêng lẻ.Trong dạy học các bộ môn, tích hợp được hiểu
là sự kết hợp, tổ hợp các nội dung từ các môn học, lĩnh vực học tập khác nhau thành một
“môn học” mới hoặc lồng ghép các nội dung cần thiết vào những nội dung vốn có của mônhọc, ví dụ: lồng ghép nội dung giáo dục dân số, giáo dục môi trường, giáo dục an toàn giaothông trong các môn học Địa lí, Hoá học,GDCD xây dựng môn học tích hợp từ các mônhọc truyền thống
Trong quá trình nghiên cứu để giảng dạy và tham gia các cuộc thi dạy học theo chủ
đề tích hợp, sáng tạo, thực hiện dạy học theo chủ đề, chủ điểm có nội dung liên quan đếnnhiều môn học và gắn liền với thực tiễn, tôi nhận thấy rằng: Kiến thức của học sinh được học
ở các môn học khác nhau có sự lặp lại; những môn học liên quan với nhau lại chưa có sự liên
hệ chặt chẽ, logic để cùng giải quyết các tình huống xảy ra trong dạy học và giải quyết cácvấn đề của thực tiễn Do đó học sinh chưa có một cách nhìn tổng quan, logic của vấn đề, chưakích thích sự sáng tạo tìm tòi của học sinh nhằm đem lại kết quả thiết thực cho cuộc sống.Mặt khác một thực trạng vẫn tồn tại hiện nay ở các trường trung học phổ thông là việc dạy vàhọc vẫn chịu tác động nặng nề bởi mục tiêu thi cử Học để thi, dạy để thi đua có thành tích thi
cử tốt nhất Do đó giáo viên chưa quan tâm nhiều đến việc giúp học sinh vận dụng kiến thức
đã học vào ứng dụng thực tiễn; lí thuyết chưa đi đôi với thực hành Vậy câu hỏi đặt ra là làmthế nào để học sinh yêu thích môn học, biết vận dụng lí thuyết để giải quyết các vấn đề thựctiễn, được tự mình tạo ra những sản phẩm có giá trị phục vụ cho cuộc sống, hiểu được cácứng dụng của thực tiễn trên cơ sở kiến thức đã được học Để làm được điều đó đòi hỏi mỗigiáo viên trong quá trình giảng dạy không chỉ tìm hiểu, nghiên cứu kiến thức môn học củamình mà còn phải tìm tòi kiến thức môn học khác, biết xâu chuổi kiến thức đó thành một hệthống tạo nên các chủ đề, chủ điểm có nội dung liên quan đến nhiều môn học và gắn liền vớithực tiễn
Xuất phát từ mục đích đó tôi đã xây dựng dự án dạy học: “ Hiện tượng điện phân và
ứng dụng của hiện tượng điện phân trong thực tiễn” dựa vào kiến thức ở các bài học củacác môn Vật lí và Hóa học
1.2 Phạm vi áp dụng của đề tài
Dự án dạy học: “ Hiện tượng điện phân và ứng dụng của sự điện phân vào thực tiễn
cuộc sống” áp dụng để giảng dạy cho toàn thể học sinh khối 11,12 sau khi học xong bài “Sựđiện li” hóa học lớp 11 và bài “Dòng điện trong chất điện phân” Vật lí lớp 11 Dự án dạy họctrên đã được áp dụng để dạy thử nghiệm cho lớp 11A1
2 PHẦN NỘI DUNG
2.1 Thực trạng của đề tài
Điện phân và ứng dụng của điện phân có vai trò quan trọng trong thực tiễn cuộc
sống, hiểu được kiến thức về điện phân giúp học sinh giải quyết được nhiều vấn đề trong thựctiễn có liên quan Kiến thức về điện phân học sinh được học ở lớp 11 môn Vật lí và được lặplại ở lớp 12 môn Hoá học với các nội dung như sau: Môn Vật lí giúp học sinh nắm được bản
Trang 2chất dòng điện trong chất điện phân mà không làm rõ các phản ứng xảy ra trong quá trìnhđiện phân Môn hoá học lại làm rõ các phản ứng mà không đi sâu tìm hiểu đến bản chất dòngđiện trong chất điện phân Như vậy kiến thức về điện phân mà học sinh đã học có sự lặp lạinhưng chưa có sự logic chặt chẽ với nhau, chưa xây dựng được các nội dung liên quan thành
hệ thống giúp học sinh dễ dàng tiếp thu hơn và hiểu sâu sắc bản chất của vấn đề hơn , từ đógiúp học sinh vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề trong thực tiễn Trướckhi dạy cho học sinh kiến thức về điện phân, tôi đã cho học sinh làm bài kiểm tra 15 phút đểđánh giá kiến thức của các em về điện phân mà các em đã được học ở Vật lí lớp 11 với nộidung như sau: “ Xác định sản phẩm tạo ra ở điện cực khi điện phân dung dịch NaCl và ứngdụng của điện phân dung dịch NaCl trong thực tiễn” Tiến hành kiểm tra với lớp 11A1 là lớpchọn, học theo chương trình nâng cao của trường, kết quả đạt được như sau:
- Đa số học sinh xác định được sự di chuyển của các ion về các điện cực nhưng lại
không viết được các phản ứng xảy ra ở các điện cực Do đó không xác định được sản phẩmtạo ra trong điện phân nên không biết được ứng dụng của điện phân dung dịch NaCl có vàkhông có màng ngăn trong thực tiễn
- Hs chưa biết kết hợp kiến thức sự điện li với sự điện phân để đánh giá khả năng dẫn
điện của dung dịch chất điện phân
- Chưa vận dụng được định luật Faraday để làm các bài tập định lượng trong điện
2.2 Nội dung của đề tài
2.2.1 Xây dựng dự án dạy học: “ Hiện tượng điện phân và ứng dụng của điện phân
Cụ thể: Dựa vào kiến thức của các bài học:
Bài: “ Sự điện li” ở môn Hóa học 11nc – 11cb
Bài: “ Dòng điện trong chất điện phân “ ở môn Vật lí 11-Nc; 11-Cb
Bài : “ Sự điện phân” ở môn Hóa học lớp 12 Nc
Bài : “ Điều chế kim loại” ở môn Hóa học lớp 12- Nc; 12- Cb
tôi đã hệ thống và xây dựng dự án với các nội dung như sau:
Nội dung 1: Tìm hiểu sự điện li, từ đó biết được chất điện phân
Nội dung 2: Bản chất dòng điện trong chất điện phân
Nội dung 3: Tìm hiểu khái niệm sự điện phân thông qua các ví dụ điện phân
Trang 3Nội dung 4: Tìm hiểu các trường hợp điện phân:
+ Điện phân nóng chảy để điều chế các kim loại từ Al trở về trước
+ Điện phân dung dịch các chất điện li với điện cực trơ
+ Điện phân dung dịch các chất điện phân với anot tan – Hiện tượng dương cực tan
Nội dung 5: Định luật Faraday – Vận dụng định luật Faraday để định lượng trong điện phân.Nội dung 6: Ứng dụng của hiện tượng điện phân trong công nghiệp và thực tiễn
Nội dung 7: Kiểm tra sự vận dụng của học sinh sau khi học dự án
Các nội dung trên được thể hiện cụ thể và rõ ràng ở trong giáo án của dự án dạy học màtôi đã thiết kế như sau: (Thời gian thực hiện dự án: 4 tiết và trình chiếu bằng power point )
DỰ ÁN DẠY HỌC :”HIỆN TƯỢNG ĐIỆN PHÂN VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN PHÂNTRONG THỰC TIỄN “
A.MỤC TIÊU
1 Kiến thức
Môn hóa học:
Hs biết được:
+ Thế nào là sự điện phân; hiện tượng điện phân
+ Ứng dụng của sự điện phân trong thực tiễn
Hs hiểu:
+ Thế nào là chất điện li và viết được phương trình điện li của các axit, bazơ, muối
+ Những phản ứng hóa học xảy ra trên các điện cực trong quá trình điện phân và viết đượcphương trình điện phân
+ Nguyên tắc mạ điện, đúc điện, tinh chế và điều chế kim loại
Môn vật lí:
+ Biết được chất điện phân;
+ Hiểu được bản chất dòng điện trong chất điện phân; sự dịch chuyển của các ion trongquá trình điện phân
+ Phân biệt nội dung các định luật Faraday, viết được biểu thức và giải thích ý nghĩa cácđại lượng
2 Kỹ năng
Môn vật lí:
+ Thực hiện được một số thí nghiệm điện phân như: Điện phân dung dịch NaCl, CuSO4,AgNO3 ( với anot trơ) và điện phân dung dịch CuSO4 với anot tan Vận dụng hiện tượngdương cực tan để mạ điện, tinh chế kim loại, đúc điện
+ Biết xác định tên các điện cực trong trong bình điện phân
+ Vận dụng định luật Faraday để giải được các bài toán liên quan đến sự điện phân nhưtính toán khối lượng kim loại tạo ra sau một thời gian điện phân, tính q, A, bề dày của lớpmạ
Môn hóa học:
Trang 4+ Xác định đúng sản phẩm tạo ra trong quá trình điện phân Viết được PTHH xảy ra trêncác điện cực và viết được phương trình điện phân.
+ Vận dụng định luật Faraday để giải được các bài toán liên quan đến sự điện phân
c Về thái độ:
Hs liên hệ với thực tiễn của sự điện phân để thấy được tầm quan trọng của sự điện phânđối với thực tiễn cuộc sống: Điều chế hóa chất như Cl 2, NaOH, H2, nước giaven, ; điều chếkim loại; ứng dụng hiện tượng dương cực tan vào tinh chế kim loại, đúc điện, mạ điện tạo lớp
mạ trang trí hoặc bảo vệ kim loại không bị ăn mòn; Xử lí nước thải có chứa các chất độc nhưxianua,kim loại nặng
B CHUẨN BỊ
1 Giáo viên:
- Bộ dụng cụ thí nghiệm về dòng điện trong chất điện phân
- Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học
- Các thí nghiệm:
+ Điện phân dung dịch muối ăn có màng ngăn và không có màng ngăn
+ Điện phân dung dịch CuSO4 , AgNO3 với anot trơ
+ Điện phân dung dịch CuSO4 với anot tan và vận dụng mạ Ag cho một đoạn dây dẫn
+ Sự điện li của axit, bazơ, muối và cơ chế của sự điện li
+ Phản ứng oxi hóa-khử và các quá trình cho và nhận electron
+ Sự điện li của nước
Để trả lời cho câu hỏi đó các em hãy tìm hiểu về sự điện phân và ứng dụng của điện phânthông qua nội dung của các bài học:
Bài: “ Dòng điện trong chất điện phân “ ở vật lí 11-Nc; 11-Cb
Trang 5Bài : “ Sự điện phân” ở môn hóa học lớp 12 Nc
Bài : “ Điều chế kim loại” ở môn hóa học lớp 12- Nc; 12- CbHoạt động 1: Tìm hiểu về thuyết điện li - chất điện phân (25’)Hoạt động của giáo viên
- Giáo viên chuẩn bị 2 cốc :
các đầu dây dẫn với cùng một nguồn điện
=> Quan sát và nêu hiện tượng? => Giải
thích và rút ra kết luận?
-Gv: Dựa vào bài “Sự điện li “ hóa học lớp
11-NC hãy nêu cơ chế quá trình điện li của
NaCl trong nước?
-Gv: Viết phương trình điện li của NaCl
trong nước?
-Gv chiếu file flash cơ chế của sự điện li
của NaCl trong nước?
- Gv nêu nội dung thuyết điện li
- Gv yêu cầu hs lấy ví dụ về sự phân li của
muối, axít, bazơ trong nước? Viết phương
trình điện li?
-Giáo viên: làm thí nghiệm tương tự với các
dung dịch khác nhau thấy:
+ Dung dịch axit, bazơ,muối
+ Các muối nóng chảy
Hoạt động của học sinh
- Hs quan sát và nêu hiện tượng:
+ Cốc 1 bóng đèn không sáng
+ Cốc 2 bóng đèn sáng
Nước cất không dẫn được điện
Nước cất là chất điện môi
Trang 6Dung dịch NaCl là chất dẫn diện.
- Hs giải thích:
Nước là chất điện li rất yếu → mật độ hạt tảiđiện rất ít nên dòng điện qua nó rất nhỏ →nước cất không dẫn được điện
NaCl khi tan trong nước điện li mạnh tạo racác ion làm tăng mật độ hạt tải điện nên
cường độ dòng điện tăng → dung dịch NaCldẫn được điện
-Hs nêu cơ chế của quá trình điện li NaCltrong nước:
- NaCl là hợp chất ion Khi cho NaCl tinh thểvào nước những ion Na+ và Cl- trên bề mặt tinhthể hút về chúng các phân tử H2O (cation hútđầu âm và anion hút đầu dương) Quá trìnhtương tác giữa các phần tử nước có cực và cácion của muối kết hợp với sự chuyển động hỗnloạn không ngừng của các phần tử nước làmcho các ion Na+ và Cl- tách đầu ra khỏi tinh thể
và hòa tan trong nước
Trang 7Những chất khi tan trong nước hoặc ở trạng
thái nóng chảy của chúng phân li thành các
Các dung dịch muối, axit, bazơ gọi làion
đều dẫn điện Chúng là những chất
điện phân Vậy những chất như thế
nào là chất điện phân?
chất điện phân Các muối nóng chảy cũng là
chất điện phân
Hoạt động 2: Bản chất dòng điện trong chất điện phân (20’)Hoạt động của giáo viên
-Gv: Để tìm hiểu bản chất dòng điện trong
chất điện phân chúng ta cần nghiên cứu thí
nghiệm sau:
Bình điện phân dung dịch NaCl, hai điện cực
trơ catot (-) và anot (+) , một điện trở, một
ampe kế, một nguồn điện
Gv yêu cầu hs quan sát hiện tượng khi:
+ Khóa K mở
+ Khóa K đóng
Gv: Tại sao khi mở khóa K trong mạch không
có dòng điện còn khi đóng khóa K trong
mạch có dòng điện?
Gợi ý:
-Giáo viên chiếu thí nghiệm mô phỏng:
+ Sự chuyển động của các ion Na+, Cl- khi
không có dòng điện đi qua
+ Sự chuyển động của các ion Na+, Cl- khi có
dòng điện đi qua
Yêu cầu hs giải thích và rút ra nhận xét ?
Gv bổ sung: Ion dương(cation) di chuyển về
phía catot ; ion âm (anion) di chuyển về phía
Trang 8anot
=> Kết luận dòng điện trong chất điện phân?
- Trong kim loại và trong chất điện phân chất
nào dẫn điện tốt hơn? Vì sao?
Hoạt động của học sinh
Hs quan sát TN và nêu hiện tượng:
+ Khi khóa K mở không có dòng điện chạy
Các ion dương (+) theo chiều điện trường
Các ion âm (-) ngược chiều điện trường
-Hs rút ra kết luận bản chất dòng điện trong
chất điện phân:
- Dòng điện trong lòng chất điện phân là
dòng dịch chuyển có hướng của các ion
dương theo chiều điện trường và các ion
âm ngược chiều điện trường
- Kim loại dẫn điện tốt hơn chất điện phân
- Hiện tượng điện phân thường kèm theo các
phản ứng phụ
Hoạt động 3: Sự điện phân (15’)
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Giáo viên chiếu sơ đồ điện phân muối NaCl
nóng chảy Yêu cầu học sinh xác định sản
phẩm thu được ở các điện cực? Giải thích?
Giáo viên hướng dẫn:
- Khi cho dòng điện đi qua: Na+ di chuyển
- Chiều di chuyển của các ion Na+, Cl- khi cho theo chiều điện trường (đến cực âm (-) )vàdòng điện một chiều đi qua ?
Trang 9Cl- di chuyển ngược chiều điện trường (đến
cực dương (+))
- Xác định chiều di chuyển của các electron
trong điện cực và mạch ngoài ?
- Phản ứng hóa học nào xảy ra trên bề mặt
catot, anot của bình điện phân? Viết phương
trình điện phân NaCl nóng chảy => sản phẩm
thu được ở các điện cực
- Các electron di chuyển từ anot đến catot
trong điện cực và mạch ngoài
- Ở anot (+)
Catot (-)
2Cl → Cl2 + 2e
Na+ + 1e → Na
(xảy ra sự oxi hóa) (xảy ra sự khử)
Phương trình điện phân:
2NaCl đpnc
→ 2Na + Cl2
Gv: Đứng về phương diện hóa học nguồn
Hs: Đứng về phương diện hóa học nguồn
điện một chiều có vai trò như thế nào?
điện một chiều có vai trò như một máy bơm
electron từ catot đến anot
Gv: Từ các ví dụ trên hãy nêu định nghĩa sự
- Học sinh nêu định nghĩa:
điện phân ?
Sự điện phân là quá trình oxi hóa – khử xảy
ra trên bề mặt các điện cực khi có dòng điện
1 chiều đi qua chất điện li nóng chảy hay
dung dịch chất điện li
Gv: Vì sao anot và catot trong pin điện hóa và - Vì sự điện phân là quá trình sử dụng điệntrong pin điện phân khác nhau?
năng để tạo ra sự biến đổi hóa học khác với
trong pin điện hóa: sử dụng phản ứng oxi hóa
khử -> sản sinh dòng điện
Hoạt động 4: Điện phân chất điện li nóng chảy (20’)
Trang 10Hoạt động của giáo viên
- Gv: Ngoài quá trình điện phân NaCl
nóng chảy để thu được Na và Cl2 còn có
quá trình điện phân các chất nóng chảy
như MgCl2, Al2O3, NaOH,
-Gv chiếu sơ đồ điện phân Al2O3 để điềuchế Al trong công nghiệp Yêu cầu hs xácđịnh sản phẩm và viết phương trình điện
phân
Giáo viên yêu cầu học sinh viết phương
trình điện phân các chất: MgCl2, NaOH
Gv: Điện phân nóng chảy dùng để điều
chế những kim loại nào?
Hoạt động của học sinh
Hs quan sát và xác định sản phẩm:
+ Catot: Thu được Al
+ Anot: Thu được khí oxi
Sơ đồ điện phân nóng chảy Al2O3
Al2O3 → 2Al3++ 3O2Catot (-)
Trang 11Hs: Điện phân nóng chảy dùng để điều chế các
kim loại đứng từ Al trở về trước
Hoạt động 5: Điện phân dung dich các chất điện li trong nước với các điên cực trơ (35’)Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
a.Điện phân dung dịch muối của kim
loại kiềm, thổ, nhôm
Gv cho học sinh quan sát mô hình thí Hs viết các phản ứng xảy ra ở điện cực khi điệnnghiệm điện phân dung dịch NaCl
phân dung dịch NaCl:
Yêu cầu học sinh xác định sản phẩm
NaCl → Na++Clthu được ở các điện cực? Giải thích?
+ Ở catot: các ion kim loại kiềm, thổ,
nhôm không nhận electron vì chúng
có tính oxi hóa yếu hơn nước H2O
nhận electron theo phương trình:
2H2O + 2e -> H2 + 2OH+ Ở anot:
thì chúng không cho electron mà nước
cho electron theo phương trình:
2H2O -> O2+4H+ + 4e
b Điện phân các dung dịch muối của
các kim loại đứng sau nhôm trong
dãy điện hóa:
- Gv yêu cầu học sinh quan sát thí
nghiệm điện phân dung dịch CuSO4
Trang 12xác định sản phẩm ở catot và anot?
Hs nhận xét:
+ Ở catot: ion kim loại không nhận e mà H+ của
H2O nhận electron giải phóng khí H2
Tạo ra môi trường kiềm.
- Học sinh quan sát thí nghiệm, nêu hiện tượng:
Ở catot: có đồng bám vào
Ở anot: có khí thoát ra
- Viết sơ đồ điện phân:
CuSO4 → Cu2+ + SO42Anot (+)
CuSO4 trên hãy xác định các phản
+ Ở catot: các cation kim loại bị khử theo phương
ứng hóa học xảy ra trên bề mặt catot, trình: Mn++ ne -> M Sau khi hết các ion đó nếu tiếpanot của bình điện phân khi điện phân tục điện phân thì H2O sẽ điện phân theo phương
dung dịch muối của các kim loại đứng trình : 2H2O + 2e -> H2 + 2 OHsau nhôm trong dãy điện hóa ?
Gv rút ra kết luận chung:
+ Ở catot: các cation kim loại bị khử
theo phương trình: Mn++ ne → M
Sau khi hết các ion đó nếu tiếp tục điện
phân thì H2O sẽ điện phân theo phương
trình :
2H2O + 2e → H2 + 2 OH+ Ở anot: xảy ra tương tự khi điện
phân dung dịch các muối của kim loại
kiềm, thổ, nhôm
- Giáo viên yêu cầu học sinh viết sơ đồ
điên phân dung dịch AgNO3, CuCl2