Приветствую Вас, Гость
Главная » Статьи » Мои статьи

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ИЗУЧЕНИЮ ТЕМЫ «ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ» В ШКОЛЕ

Штремплер Генрих Иванович

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ИЗУЧЕНИЮ ТЕМЫ

«ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ»

В ШКОЛЕ

Значение темы в школьном курсе химии переоценить трудно. Во-первых, происходит углубление и развитие понятий об основных классах неорганических веществ (соли, кислоты, основания), изучаются механизмы реакций между электролитами в растворах, вводится большое число новых понятий, расширяются ранее изученные.

Во-вторых, тема является теоретической базой для понимания химических свойств отдельных элементов и их соединений и служит основой для дальнейшего их изучения в разрезе отдельных групп химических элементов.

В-третьих, тема имеет огромный потенциал для дальнейшего умственного развития учащихся на основе эксперимента и постановки проблемных вопросов.

В-четвертых, продолжается формирование научного мировоззрения, которое поможет учащимся объяснять многие явления действительности.

Основной методологической идеей при изучении темы, на наш взгляд, является исследовательский подход в сочетании учебного эксперимента и постановки учебной проблемы. К сожалению, многие учителя при изучении темы ограничиваются, в лучшем случае, мультимедийной презентацией. Не отрицая применение компьютерных технологий, все же учебный натурный эксперимент должен оставаться в числе приоритетных средств обучения учителя химии. Организовать соответствующие опыты, как видно из последующего описания, несложно.

Наглядность и эксперимент при изучении темы

«Теория электролитической диссоциации»

Наглядность и эксперимент - это неотъемлемые средства обучения при изучении хи­мии в школе

Для проведения эксперимента по теме необходим прибор для определения электропроводимости веществ (ПЭВ). К сожалению, приборы заводского изготовления небезопасны в эксплуатации из-за возможности поражения электрическим током. Поэтому лучше изготовить самодельные приборы по следующим схемам.

 

Прибор 1 для регистрации электропроводности веществ

с помощью измерительной шкалы.

1 - измерительный прибор (гальванометр);  2 - источник питания постоянного тока (батарейка типа Panasonic); 3 - резистор; 4 - кнопка-выключатель; 5 – электроды.

 

I. Прибор для регистрации электропроводности веществ с помощью измерительной шкалы. Работа этого прибора осуществляется следующим образом. Перед тем как по­грузить электроды в исследуемый раствор нужно убедиться в том, что шкала прибора правильно отрегулирована. Для этого нажимаем на кнопку и устанавливаем стрелку на нуль, электрическая цепь замкнута, сопротивление практически равно нулю. Затем кнопку отпускаем и помещаем электроды в раствор. Стрелка прибора начи­нает отклоняться, и мы фиксируем ее значение. Если стрелка отклоняется от ну­ля незначительно, то это хороший проводник или сильный электролит (например, ме­таллы, раствор NaCl и др.). Если стрелка отклоняется больше - слабый электролит. Если стрелка зашкаливает, то есть показывает максимальное сопротивление исследуемого раствора, то растворенное вещество не является электролитом.

 

II. Более простым прибором для регистрации электропроводности веществ является прибор с чувствительным светодиодом.

Он имеет следующую схему:

 

 

Прибор II.

1 – чувствительный светодиод; 2 – источник питания (батарейка); 3 – электроды.

 

Прибор позволяет вещества разделить на электролиты, то есть про­водящие электрический ток и неэлектролиты - непроводящие электрический ток. При помещении электродов в исследуемый раствор электролита  загорается лампочка, не загорается - неэлектролит. Недостаток этого при­бора в том, что он не способен наглядно определять сильные или слабые электролиты, хотя косвенно можно об этим судить по яркости свечения лампочки.

 

III. При отсутствии светодиода можно воспользоваться в качестве индикатора электрической проводимости лампочкой на 6-12 вольт (прибор III). Лучший эффект наглядности могут дать приборы, позволяющие одновременно определять электропроводность нескольких веществ (растворов) – приборы IV и V.

 

 

 

 

Прибор III.

1 – штеккер (вилка) для подключения прибора к источнику электрического тока; 2 – электроды; 3 – электролампочка.

           

Прибор IV.

Прибор для одновременного определения электропроводимости нескольких веществ (1 вариант).

1 – штеккер (вилка) для подключения прибора к источнику электрического тока; 2 – электроды; 3 – электролампочка; 4 – выключатели.

 

 

           

Прибор V.

Прибор для одновременного определения электропроводимости нескольких веществ (2 вариант).

1 – штеккер (вилка) для подключения прибора к источнику электрического тока; 2 – электроды; 3 – электролампочка; 4 – подвижный контакт.

 

Для изготовления приборов используют мягкие изолированные медные провода; электроды вставляют в два корпуса шариковых ручек, которые связывают между собой так, чтобы расстояние между ними составляло  примерно 1-2 см. Выходы проводов (около 1 см) из нижних концов авторучек оголяют (снимают изоляцию). Приборы лучше всего для обеспечения полной безопасности работы с ними подключать к источнику тока 6-12 вольт; в соответствие с этим подбирают лампочку. Вместе с лампочкой можно подключить в схему электроизмерительный прибор. При отсутствии в лаборатории понижающего трансформатора можно в качестве источника использовать электробатарейки, к которым подбираются лампочки. Не исключается возможность изготовления ПЭВ и под сеть напряжением 220 вольт, однако в этом случае следует особо неукоснительно соблюдать правила техники безопасности; допускать учащихся до работы в этом случае категорически запрещается. После каждого тестирования электропроводности вещества электроды необходимо промывать водой и протирать насухо (обязательно при отключенном от сети приборе).

 

Опыт 1. Определение электропроводности твердых веществ. С помощью ПЭВ установите, проводят ли электрический ток неметаллы (сера, графит и др.), металлы (железо, алюминий и др.), сложные вещества (пластмассы, древесина, стекло, сахар, поваренная соль и др.). Оформите ваши наблюдения в виде таблицы и обсудите результаты эксперимента.

Опыт 2. Определение электропроводности воды и растворов. Определите с помощью ПЭВ, проводят ли электрический ток дистиллированная вода, водный раствор сахара, водный раствор иодида калия, ацетон, водный раствор ацетона, раствор иодида калия в ацетоне, ледяная уксусная кислота, водный раствор уксусной кислоты и др. Оформите ваши наблюдения в виде таблицы и обсудите результаты эксперимента в зависимости от природы растворенного вещества и полярности растворителя.

Опыт 3. Определение электропроводности расплава. В фарфоровую чашку насыпьте сухой нитрат калия массой 20-30 г, установите на кольцо лабораторного штатива и нагрейте до плавления соли (334 оС). Проверьте электропроводность расплава, не дожидаясь разложения соли при дальнейшем ее нагревании. Вместо нитрата калия для данного опыта можно взять другие легкоплавкие вещества: NaOH (температура плавления 326 оС); NaNO3 (307 оС); удобно воспользоваться некоторыми кристаллогидратами, которые при нагревании плавятся в кристаллизационной воде при весьма низких температурах: Na2SO3S×5H2O (56 оС); Na2SO4×10H2O (33 оС); различные квасцы и др.

Опыт 4. Зависимость электропроводности (степени диссоциации) от природы электролитов. Для опыта удобно воспользоваться ПЭВ для одновременного определения электропроводности нескольких веществ. Налейте в стаканчики растворы H2SO4, H3PO4, Na2SO4, NaOH одинаковой концентрации, проверьте их электропроводность, о которой можно судить (относительно) по яркости свечения лампочки. Однако, лучший результат в обучении достигается при подключении  к установке электроизмерительного прибора. Опишите результаты наблюдений и обсудите результаты эксперимента.

Опыт 5. Зависимость электропроводности (степени диссоциации) от концентрации электролита. Приготовьте три стакана с растворами слабого электролита (CH3COOН, NH3×H2O и др.) и три стакана с растворами сильного электролита (H2SO4, NaOH, NaCl и др.) различной концентрации. Проверьте их электропроводность, как указано в опыте 4. Опишите результаты наблюдений и обсудите результаты эксперимента.

Опыт 6. Зависимость электропроводности (степени диссоциации) от температуры раствора электролита. Приготовьте два стакана с растворами слабого электролита (CH3COOН, NH3×H2O и др.) и два стакана с растворами сильного электролита (H2SO4, NaOH, NaCl и др.) одинаковой концентрации. По одному стакану с раствором каждого электролита нагрейте до 60-70 оС. Проверьте электропроводность всех растворов, как указано в опыте 4. Опишите результаты наблюдений и обсудите результаты эксперимента.

Опыты 7-8. Движение ионов в электрическом поле. Вариант 1. Стеклянное предметное стекло или пластмассовую пластинку размером 3х10 см обверните несколькими слоями фильтровальной бумаги. С помощью резиновых колечек прикрепите поперек пластинки на расстоянии 2 см два графитовых электрода (можно вынуть из круглых отработанных батареек).  Подсоедините электроды к источнику постоянного тока напряжением 12-24 вольт. Обильно смочите фильтровальную бумагу между электродами раствором сульфата натрия (20 %).

                                  

Движение ионов в электрическом поле (вариант I).

Далее на бумагу между электродами положите 1-3 крупных кристаллов KMnO4 или другой окрашенной соли. Включите ток и наблюдайте образование окрашенных в виде язычков зон, которые тянутся в сторону соответствующего электрода.

Вариант 2. Приготовьте концентрированный раствор сахара, растворите в нем сульфат меди и хромат калия (до 5%). Налейте раствор в U-образную стеклянную трубку; поверх этого раствора осторожно прилейте раствор сульфата натрия (15-20%) так, чтобы между растворами была ясно видна граница раздела.

                              

Движение ионов в электрическом поле (вариант II).

Опустите в U-образную трубку графитовые электроды, чтобы они не доходили до окрашенного раствора на 2-3 см. Подключите к электродам постоянный электрический ток напряжением 12-24 вольт. Опишите результаты наблюдений и обсудите результаты эксперимента.

Для изучения темы "Электролитическая диссоциация" предла­гается динамическая модель с помощью, которой учитель с большой точностью и наглядностью может объяснить механизм диссоциации. Динамическая модель представляет собой магнитную доску и ряд карточек. На карточках, ко­торые крепятся к доске с помощью магнитов, изображены схемы веществ, подвергаю­щиеся диссоциации. Это схемы поваренной соли, ее кристаллической решетки и моле­кулы уксусной кислоты или хлороводорода; набор карточек с изображением схем молекул воды, то есть диполи, которые во время процесса диссоциации окружают ионы и молекулы, и отрывают их из кристаллической решетки. Подвижные ионы Na+, Сl-, окруженные диполями воды уходят из кристаллической решетки, а мо­лекула уксусной кислоты также разрывается на СН3СОО- и Н+ с образованием гидратированных ионов.

 

 

Карточки-схемы динамической модели

"Механизм электролитической диссоциации"

Рекомендации к изучению отдельных понятий темы с использованием учебного эксперимента и постановки проблемы.

Фрагменты урока "Электролитическая диссоциация"


Метод урока: На основе проведенного эксперимента учитель формулирует проблему, которая решается в ходе беседы с учениками.

Оборудование: прибор для определения электропроводности, вода, сухая соль NaCl, сахар, ледяная уксусная кислота, металлы, неметаллы, стаканчики, сухая салфетка, динамическая модель "Механизм электролитической диссоциа­ции".

Ход урока: 

Учитель начинает урок с вопросов.

Ребята, что такое электрический ток?

Каковы условия прохождения электрического тока?

Получив ответы на эти вопросы, учитель ставит следующий вопрос.

Как определить проводит вещество электрический ток или нет? Учитель объясняет устройство прибора и технику работы с ним.

Чтобы определить электропроводность веществ в лабораторных условиях необходим прибор, измеряющий электропроводность. Прибор, измеряющий электропроводность представляет собой 2 электро­да, подсоединенных к гальванометру и источнику тока. При помощи прибора мы можем регистрировать значение электропроводности. Для проведения опыта возьмем следующие вещества: металл, неметалл, дистиллированную воду, соль NaCl твердую и ее водный раствор, а также СН3СООН ледяную и ее раствор, а также раствор NaCl в СН3СООН. Результаты опыта занесем в таблицу:

Электропроводность веществ

Вещества

Электропроводность

1. Металл

да

2. Неметалл

нет

3. Н2О диет.

нет

4. NaCl (тверд.)

нет

5. NaCl (раствор)

да

6. Сахар (тверд.)

нет

7. Сахар (раствор)

нет

8. СН3СООН (лед.)

нет

9. СН3СООН (раствор)

да

10. NaCl в СН3СООН

нет

Учитель анализирует совместно с учащимися результаты опытов. Итак, мы посмотрели опытным путем, что некоторые вещества, напри­мер, Me, NaCl (раствор), СН3СООН (раствор) проводят электрический ток, а остальные – не проводят электрический ток. Тем самым мы разделили веще­ства на 2 большие группы - проводящие и непроводящие электрический ток.

Еще в 19 веке М. Фарадей, занимаясь этим вопросом, разделил вещества на электролиты и неэлектролиты.

Электролиты - вещества, растворы которых проводят электрический ток. К ним относят: (NaCl, CH3COOH и др. - проводники 2 рода, металлы - это про­водники 1 рода).

Неэлектролиты - вещества, растворы которых не проводят электрический ток ни в твердом, ни в растворенном виде (сахар, этиловый спирт).

Учитель ставит проблемный вопрос. А как вы считаете, почему одни вещества проводят в растворе электриче­ский ток, а другие не проводят?

Логическая цепочка рассуждений может быть следующей. Давайте вспомним условия прохождения тока?

- Наличие свободных электронов.

Какие вещества имеют в кристаллической решетке свободные электроны?

-             Металлы.

Значит, причину прохождения тока у металлов мы выяснили - это нали­чие свободных электронов. А как же другие вещества? По какой причине они проводят электрический ток и являются электролитами.

-             Имеются другие заряженные частицы?
Да, переносчиками заряда являются ионы.

А почему NaCl (тверд.) не проводит электрический ток, ведь NaCl состо­ит из ионов?

-      ионы есть, но они находятся в узлах кристаллических решеток, поэто­му перемещаться свободно не могут.

          А как же в водном растворе ведут себя ионы NaCl?

Вероятно, ионы поваренной соли в водном растворе могут свободно перемещаться и переносить заряды, то есть ионные вещества в растворе распадаются на ионы, что позволяет проводить электриче­ский ток.

Почему же раствор хлорида натрия в уксусной кислоте не проводит электрический ток?

В растворе уксусной кислоты соль не распадается на ионы.

Что из этого следует?

Вода обладает особыми свойствами; воздействуя на ионные соединения, они распадаются на ионы. Уксусная кислота такими свойствами не обладает.

Учитель подводит промежуточный итог рассуждения. Наличие электропроводности у растворов ионных соединений можно объяснить исходя из строения этих веществ и особых свойств воды как растворителя. Учитель просит обсудить электропроводность уксусной кислоты.

Является ли уксусная кислота ионным соединением?

Нет, уксусная кислота соединение молекулярного строения, поэтому это вещество не проводит электрический ток.

Какой можно было бы сделать прогноз?  

-    СН3СООН - неэлектролит.

А почему же раствор СН3СООН проводит электрический ток? Ведь молекулы не могут быть переносчиками заряда, тогда как же переносится заряд в растворе уксусной кислоты?

Значит, возникновение электропроводности в водном растворе определяется опять-таки влиянием воды. В водном растворе обра­зуются ионы водорода и кислотного остатка. Именно вода принимает участие в образовании ионов.

Учитель с помощью динамической модели с изображением кристаллической решет­ки поваренной соли NaCl, рассматривает механизм диссоциации ионных соединений под действием молекул воды. К узлам кристаллической решетки, где находятся ионы Na+, C1-, к ионам подходят диполи молекул воды противоположно за­ряженным полюсом и отрывают их от кристаллической решетки, относят в сторону, окружая со всех сторон с образованием гидратированных ионов.


Далее с помощью динамической модели с изображением молекулы уксусной кислоты учитель рассматривает механизм диссоциации полярных ковалентных соединений под действием молекул воды.

Следующий этап объяснения включает уточнение механизма диссоциации, ознакомление с уравнениями электролитической диссоциации, определением перечня электролитов и неэлектролитов и т.д.


Категория: Мои статьи | Добавил: Штремплер (27.11.2011)
Просмотров: 5972 | Комментарии: 2 | Рейтинг: 5.0/4
Всего комментариев: 2
0
1 kar127   [Материал]
возможно опечатка: 3. Н2О диет.

0
2 Штремплер   [Материал]
Опечатка; надо дистилл.

Имя *:
Email *:
Код *: