Giáo án môn Vật lý lớp 11 - Tiết 26, 27: Dòng điện trong chất điện phân

Ngày soạn: 10/9/08 
 Bài 14. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN Tiết 26-27
I. MỤC TIÊU
+ Thực hiện được câu hỏi thế nào là chất điện phân, hiện tượng điện phân, nêu được bản chất dòng điện trong chất điện phân và trình bày được thuyết điện li.
+ Phát biểu được định luật Faraday về điện phân.
+ Vận dụng được kiến thức để giải thích các ứng dụng cơ bản của hiện tượng điện phân và giải được các bài tập có vận dụng định luật Faraday.
II. CHUẨN BỊ
1. Giáo viên : - Chuẩn bị thí nghiệm biểu diễn cho học sinh về dẫn điện của nước tinh khiết (nước cất hoặc nước mưa), nước pha muối ; về điện phân.
 - Chuẩn bị một bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học để tiện dụng khi làm bài tập.
2. Học sinh: Ôn lại : 	+ Các kiến thức về dòng điện trong kim loại.
	+ Kiến thức về hoá học, cấu tạo các axit, bazơ, và liên kết ion. Khái niệm về hoá trị.
III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC
Tiết 1
Hoạt động 1: Oån định lớp
Hoạt động 2 : Kiểm tra bài cũ : 
-Nêu loại hạt tải điện trong kim loại, bản chất dòng điện trong kim loại, nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại ?
-Tại sao kim loại là môi trường dẫn điện tốt ?
Hoạt động 3 (15 phút) : Tìm hiểu thuyết điện li.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
 - Cho học sinh nêu cấu tạo của axit, bazơ và muối.
 -Giới thiệu sự phân li của các phân tử axit, bazơ và muối.
 - Yêu cầu học sinh nêu hạt tải điện trong chất điện phân.
 - Giới thiệu chất điện phân trong thực tế.
- Nêu cấu tạo của axit, bazơ và muối.
- Ghi nhận sự hình thành các hạt tải điện trong chất điện phân.
- Nêu loại hạt tải điện trong chất điện phân.
- Ghi nhận khái niệm.
I. Thuyết điện li
 - Trong dung dịch, các hợp chất hoá học như axit, bazơ và muối bị phân li (một phần hoặc toàn bộ) thành ion : anion mang điện âm là gốc axit hoặc nhóm (OH), còn cation mang điện dương là các ion kim loại, ion H+ hoặc một số nhóm nguyên tử khác. 
- Các ion dương và âm vốn đã tồn tại sẵn trong các phân tử axit, bazơ và muối. Chúng liên kết chặt với nhau bằng lực hút Cu-lông. Khi tan vào trong nước hoặc dung môi khác, lực hút Cu-lông yếu đi, liên kết trở nên lỏng lẻo. Một số phân tử bị chuyển động nhiệt tách thành các ion. Ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện.
- Ta gọi chung những dung dịch và chất nóng chảy của axit, bazơ và muối là chất điện phân.
Hoạt động 4 (10 phút) : Tìm hiểu bản chất dòng điện trong chất điện phân.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
-Bản chất dòng điện trong chất điện phân là gì ?
GV giải thích: ion+ chạy về phía catôt gọi là cation, còn ion- chạy về phía anôt gọi là anion. Mật độ ê tự do trong kim loại nhiều hơn mật độ ion trong chất điện phân nên kim loại dẫn điện tốt hơn. Sau thời gian điện phân ta thấy có 1 lớp Cu bám ở catôt. Như vậy các hạt tải điện không những tải điện mà tải cả vật chất (Cu)
-Nêu bản chất dòng điện trong chất điện phân.
-Nghe GV giải thích.
II.Bản chất dòng điện trong chất điện phân
 - Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion trong điện trường.
- Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại.
- Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo. Tới điện cực chỉ có các electron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân.
Hoạt động 5: Các hiện tượng diễn ra ở điện cực. Hiện tượng dương cực tan
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
Trên cơ sở hình vẽ 14.3 và 14.4 và 14.5 sgk( hình vẽ sẳn trên tờ giấy phóng to), hướng dẫn hs tự phân tích các hiện tượng xẩy ra ở bình điện phân:
-Tại cực âm ?
-Tại cực dương ?
Sau đó GV trình bày thí nghiệm như hình vẽ 14.3 và 14.4 và chỉ ra cho hs thấy đồng thời 2 hiện tượng xẩy ra: 
-Hiện tượng kim loại bám vào catôt sau 1 thời gian điện phân.
-Đồng thời anôt bị mòn đi 
-Giải thích: 
+Phân tích hiện tượng kim loại bám vào catôt bằng phản ứng hoá học: Cu----> Cu2+ + 2e- 
+Phân tích hiện tượng anôt (cực dương) tan dần bằng phản ứng hoá học : Cu----> Cu2+ + 2e-
- Thông báo: 
+ Các hiện tượng diễn ra ở cactôt và anôt trong bình điện phân có cùng 1 phản ứng cân bằng xẩy ra theo 2 chiều ngược nhau .
+ Khi So42- chạy về anôt nó kéo Cu42- vào dung dịch.Đó là hiện tượng cực dương tan.
+ Nếu phản ứng diễn ra theo chiều này thu năng lượng thì phản ứng điễn ra theo chiều ngược lại toả năng lượng----> tổng năng lượng điện không bị tiêu hao trong quá trình điện phân mà chỉ tiêu hao vì toả nhiệt.
- Trong trường hợp nào thì định luật ôm nghiệm đúng cho dđiện trong điện phân ?
-Nếu chất điện phân khác với kim loại làm điện cực (hình 14.5) ?
-Phân tích các phản ứng xẩy ra ở các điện cực ?
-Cho kết quả về kết quả tạo thành trong hiện tượng điện phân ?
- Thông báo:
+ Năng lượng được dùng để tách nước (H2O) thành H+ và OH- được lấy từ năng lượng của dòng điện, nên nó tỉ lệ với điện lượng chạy qua bình điện phân. Vậy năng lượng dùng để thực hiện tách nước là , là suất phản điện, phụ thuộc vào chất điện phân. Nếu cực dương tan thì = 0
-GV rút ra ý chính (như nội dung)
Quan sát hình vẽ 
-Các ion+ chuyển động về catôt (gọi là cation Cu2+ ) nhận ê từ nguồn điện đi tới: Cu2+ + 2e- --->Cu
vậy Cu bám vào catôt.
-Ở anôt, ê bị kéo về dương cực của nguồn, tạo điều kiện hình thành ion Cu2+ trên bề mặt tiếp xúc với dung dịch: Cu----> Cu2+ + 2e- 
Khi anion(So42+ ) chạy về anôt, nó kéo ion Cu2+ vào dung dịch. Vậy Cu ở sẽ tan dần vào dung dịch----> hiện tượng cực dương tan.
-Nghe GV giải thích.
-Nghe GV thông báo.
-Nếu nhiệt độ không đổi dòng điện trong chất điện phân sẽ tuân theo định luật ôm.
-Nếu kim loại làm điện cực khác với chất điện phân thì hiện tượng cực dương không tan vào ddịch, mà các phản ứng xẩy ra phức tạp hơn.
-Phân tích:
+ Vì chất điện phân là H2So4 và các điện cực bằng inôc, H2So4 bị phân li thành 2 ion H+ và So42- . inôc dẫn điện nhưng không tạo thành ion tan vào dung dịch khi điện phân.Khi có điện trường trong bình điện phân, H+ bị đẩy về catôt còn So42- bị đẩy về phía anôt, gây ra mất thăng bằng về nồng độ các ion ở 2 điện cực.
+ Quanh catôt thừa H+ sẽ nhận ê ở catôt theo pư 4H+ + 4e- ---> 
và H2 bay ra ở catôt 
+ Quanh anôt thừa H+ tạo điều kiện cho nước phân li thành H+ và OH- , các HO- nhường ê cho anôt theo phản ứng 
nghĩa là O2 bay ra ở anôt, các SO42- không trao đổi điện tích với điện cực
-Kết quả là chỉ có nước bị phân tích thành hidrô và oxi. Hidrô bay ra khỏi điện cực catôt, còn oxi bay ra ở anôt.
-Chú ý nghe GV thông báo
-Hs ghi nhận vào tập.
III. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực. Hiện tượng dương cực tan
- Các ion chuyển động về các điện cực có thể tác dụng với chất làm điện cực hoặc với dung môi tạo nên các phản ứng hoá học gọi là phản ứng phụ trong hiện tượng điện phân.
- Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anôt kéo các ion kim loại của diện cực vào trong dung dịch.
Tiết 2
Hoạt động 6 : Tìm hiểu các định luật Fa-ra-đây.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
- Mối liên hệ giữa m,A,n,I.t :
m ~ q => m= kq
 ; trong đó là hệ số tỉ lệ nghịch, còn F =96500C/mol là hệ số Farađây.
- Giới thiệu định luật Fa-ra-đây thứ nhất.
-Giới thiệu định luật Fa-ra-đây thứ hai.
 -Giới thiệu số Fa-ra-đây.
 -Yêu cầu học sinh thực hiện C3.
- Yêu cầu học sinh kết hợp hai định luật để đưa ra công thức Fa-ra-đây.
- Giới thiệu đơn vị của m khi tính theo công thức trên.
- Nghe, kết hợp với xem sgk để hiểu.
- Ghi nhận định luật 1.
-Ghi nhận định luật 2.
- Ghi nhận số liệu.
- Thực hiện C3.
-Kết hợp hai định luật để đưa ra công thức Fa-ra-đây.
-Ghi nhận đơn vị của m để sử dụng khi giải các bài tập.
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 hoá học 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 của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ , trong đó F gọi là số Fa-ra-đây.
k = 
 Thường lấy F = 96500 C/mol.
* Kết hợp hai định luật Fa-ra-đây, ta được công thức Fa-ra-đây :
m = It
 m là chất được giải phóng ở điện cực, tính bằng gam.
Hoạt động 7 (15 phút) : Tìm hiểu các ứng dụng của hiện tượng điện phân.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
 - Giới thệu các ứng dụng của các hiện tượng điện phân.
- Giới thiệu cách luyện nhôm.
-Yêu cầu học sinh nêu cách lấy bạc (Ag) ra khỏi một chiếc cốc mạ bạc bị hỏng.
- Giới thiệu cách mạ điện.
-Yêu cầu học sinh nêu cách mạ vàng một chiếc nhẫn đồng.
- Ghi nhận các ứng dụng của hiện tượng điện phân.
- Ghi nhận cách luyện nhôm.
- Nêu cách lấy bạc (Ag) ra khỏi một chiếc cốc mạ bạc bị hỏng.
- Ghi nhận cách mạ điện.
-Nêu cách mạ vàng một chiếc nhẫn đồng.
V. Ứùng dụng của hiện tượng điện phân
 Hiện tượng điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tế sản xuất và đời sống như luyên nhôm, tinh luyện đồng, điều chế clo, xút, mạ điện, đúc điện, 
1. Luyện nhôm
 Dựa vào hiện tượng điện phân quặng nhôm nóng chảy.
 Bể điện phân có cực dương là quặng nhôm nóng chảy, cực âm bằng than, chất điện phân là muối nhôm nóng chảy, dòng điện chạy qua khoảng 104A.
2. Mạ điện
 Bể điện phân có anôt là một tấm kim loại để mạ, catôt là vật cần mạ. Chất điện phân thường là dung dịch muối kim loại để mạ. Dòng điện qua bể mạ được chọn một cách thích hợp để đảm bảo chất lượng của lớp mạ.
Hoạt động 8 (5 phút) : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
 Cho học sinh tóm tắt những kiến thức cơ bản đã học trong bài.
 Yêu cầu học sinh về nhà làm các bài tập từ 8 đến 11 trang 85 sgk và 14.4, 14.6, 14.8 sbt.
 Tóm tắt những kiến thức cơ bản.
 Ghi các bài tập về nhà.