Научно-методическое учреждение
«Национальный институт образования»
Министерства образования Республики Беларусь
Учебная программа
факультативных занятий
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ХИМИЯ
по учебному предмету «Химия»
X (XI) класс
Минск
Автор-составитель:
Данная программа предусматривает углубление знаний по наиболее сложным вопросам школьного курса химии: окислительно-восстановительные реакции, процессы электролиза и коррозии металлов, химические источники тока. Ее содержание также предусматривает формирование навыков экспериментальной работы и установление предметных связей между курсами по химии, физике, математике и биологии. Кроме того, организация занятий по предложенной программе ориентирована на повышение мотивации к изучению химии и на пропедевтику предметов, относящихся к сфере будущих профессиональных интересов учащихся.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Содержание факультативных занятий «Электричество и химия» предусматривает рассмотрение связи между электричеством и химическими процессами. Эта связь очевидна при рассмотрении строения атома и объяснении свойств химических элементов, в рассмотрении строения вещества и механизмов протекания химических реакций. Эта связь имеет и технологическое значение, поскольку находит свое применение в химических источниках тока, в процессах электролиза, в различных гальванических производствах. Многие процессы, протекающие в живых организмах, также имеют электрохимическую природу.
Цель факультативных занятий: совершенствование знаний, умений и навыков, приобретаемых учащимися в основном курсе химии, в контексте формирования у них опыта творческой деятельности.
Основными задачами, реализуемыми в рамках учебной программы факультативных занятий «Электричество и химия», являются:
- систематизация комплекса знаний о строении вещества, физико-химических процессах, протекающих в водных растворах, особенностях окислительно-восстановительных процессов, протекания самопроизвольных и стимулируемых электрическим током (электролиз), о разработанных на их основе химических технологиях и областях практического использования, включая их экологическую и экономическую составляющую; развитие познавательной активности и навыков практического использования законов и теорий химии и смежных наук при комплексном рассмотрении закономерностей окислительно-восстановительных процессов; формирование опыта применения полученных знаний для химически грамотного поведения в повседневной жизни, предупреждения явлений, наносящих вред здоровью человека и окружающей среде. профессиональное самоопределение и воспитание ценностного отношения к практической деятельности человека, личной ответственности за ее результаты.
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ФОРМЫ И МЕТОДЫ РАБОТЫ
Программа факультативных занятий адресуется учащимся 10 или 11 классов и рассчитана на 35 часов. Учитель может сам определять количество часов, отводимое на изучение тем курса, в пределах общего количества часов.
Общей теоретической основой содержания курса являются периодический закон, теория строения атома, теория химической связи и теория электролитической диссоциации.
Содержанием курса предусматриваются различные формы работы: беседа с учащимися, практические работы по решению задач и написанию уравнений химических реакций, проведение химического эксперимента в виде демонстраций и исследовательских заданий.
СОДЕРЖАНИЕ
(1 ч в неделю, всего 35 ч)
Введение
История возникновения представлений об электричестве. История развития электрохимии. Роль электрохимии в получении металлов и сплавов, в создании химических источников тока, в защите металлов от коррозии, в проведении электросинтеза соединений с нужными свойствами.
Тема 1. Электрический ток и химические реакции.
Электролиты и электролитическая диссоциация. Кислоты, щелочи и соли как электролиты. Вода как слабый электролит. Диссоциация воды. Поведение металлов в воде и водных растворах. Электродный (окислительно-восстановительный) потенциал. Стандартный водородный электрод. Стандартный электродный потенциал. Электродные процессы. Гальванический элемент. Анод и анодный процесс. Катод и катодный процесс. Окислительно-восстановительные полуреакции. Электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента и окислительно-восстановительной реакции. Электрохимический ряд напряжений (активности) металлов. Электродный потенциал как мера окислительно-восстановительной способности веществ. Условие протекания окислительно-восстановительных реакций с участием металлов, растворов их солей и кислот. Вытеснение металлов металлами из растворов их солей. Взаимодействие металлов с разбавленными и концентрированными растворами кислот. Уравнение Нернста. Направление протекания окислительно-восстановительных реакций. Факторы, определяющие электродный потенциал и протекание окислительно-восстановительных реакций (природа вещества, среда, концентрация растворов, температура).
Диаграмма окислительно-восстановительной устойчивости воды.
Электролиз. Превращение электрической энергии в химическую. Устройство электролизера. Электролизер с диафрагмой и мембраной. Последовательность протекания электродных процессов при электролизе. Факторы, определяющие характер протекания электродных процессов. Особенности протекания электролиза в водных растворах и в расплавах. Законы электролиза.
Задачи и упражнения
Возможность протекания окислительно-восстановительных реакций с учетом окислительно-восстановительных потенциалов реагентов. Cоставление уравнений электролиза растворов солей, щелочей и кислот, расплавов солей и оксидов. Определение выхода по току.Практические работы.
1. Изучение электропроводности растворов хлорида натрия и уксусной кислоты в зависимости от концентрации раствора.
2. Определение скорости движение в электрическом поле окрашенных ионов в студне.
Тема 2. Применение электролиза.
Электролиз в химической промышленности. Электросинтез. Получение электролизом водорода, хлора, фтора, металлов, щелочей пероксида водорода, пероксодисерной кислоты, перманганата калия, хлорной кислоты и ее солей, хлоратов и других соединений.
Электролиз в металлургии. Электрометаллургическое получение металлов. Гидрометаллургия (электролиз растворов солей). Получение электролизом Zn, Cu, Ag и др. Пироэлектрометаллургия (электролиз расплавов). Получение электролизом Al, Na, сплавов.
Электролиз в технике. Электрохимическая обработка металлов (оксидирование, электрохимическая заточка, электрохимическое полирование, фрезирование, резание, сверление, гравирование). Гальванопластика. Гальваностегия.
Практические работы.
3. Получение гальванических покрытий из меди, никеля, цинка.
4. Электрохимическое гравирование.
5. Электролиз раствора хлорида натрия как метод хлорирования воды.
Тема 3. Химические источники тока.
Создание вольтовой батареи. Превращение энергии, выделяющейся в химических реакциях, в электрическую. ЭДС, напряжение, мощность, коэффициент полезного действия, емкость химических источников тока. Гальванический элемент Даниэля-Якоби. Работа гальванического элемента. Сухие гальванические элементы. Марганцево-цинковый элемент типа Лекланше. Литиевый неводный элемент. Никель-кадмиевый элемент. Аккумуляторы. Свинцовый кислотный аккумулятор. Щелочной железо-никелевый аккумулятор. Серебряно-цинковый аккумулятор. Зарядка и разрядка аккумуляторов. Топливные элементы. Водородно-кислородный топливный элемент.
Задачи и упражнения
1.Составление уравнений электродных процессов в химических источниках тока. Определение знака на клеммах и ЭДС.
2.Расчет максимальной работы, которую может совершить медно-цинковый элемент.
3.Расчет теоретической емкости по току медно-цинкового элемента.
Практические работы.
6. Изготовление гальванического элемента.
ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
В результате изучения учебного материала учебной программы факультативных занятий «Химия и электричество» учащимися будут глубже поняты такие разделы курса химии как свойства атомов и периодический закон, растворы и процесс растворение, процессы электролитической диссоциации в водных растворах, окислительно-восстановительные процессы, их закономерности, направленность и пределы протекания, процессы, вызываемые электрических током. Будут сформированы систематические знания о важнейших достижениях прикладной электрохимии: электрохимических способах получения металлов и их защите от коррозии, электрохимическом синтезе ряда важнейших веществ, о функционировании химических источников тока, о принципах работы топливных элементов, о методах, используемых в решении проблем охраны окружающей среды, при разработке ресурсо - и энергосберегающих технологий. На основе этого комплекса знаний будет обеспечено развертывание воспитания, как процесса усвоения ценностей, целей и поведенческих стандартов новой модели развития цивилизации. Представит химию как развивающуюся область знаний и практической деятельности, определяющую уровень развития современной культуры.
Деятельностный характер обучения с освоением методологии химических исследований обеспечит не только функциональность и оперативность приобретенных знаний, адекватное, экологически безопасное поведение в быту и на производстве, но и позволит приобщить учащихся к методологической культуре, как основе современной деятельности в мире, сформирует у учащихся потребность в творчестве, познавательную самостоятельность и активность, восприимчивость к инновациям, личную ответственность за результаты работы, ее эффективность.
Содержание программы факультативных занятий, включающее сведения из различных прикладных областей химии, обеспечит условия для проведения профессиональной ориентации учащихся, познакомит их с возможными областями профессиональной деятельности, а выполняемые практические работы позволят им соизмерят свои интересы и возможности.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Глинка химия: учеб. пособие для вузов/ ; под ред. . М.: Интеграл-Пресс, 2004. – 728 с. Глинка химия: учеб. пособие для вузов/ ; под ред. . Л.: Химия, 1988. – 764 с. , , Шаповал основы общей химии: Учебник для студентов технических университетов и вузов/ Под ред. . – М.: Изд-во МГТУ им. , 2001. – 720 с. Эрдей-имические источники тока. – М.: Мир, 1974. имия в действии. В 2-х ч. Пер. с англ. М.:Мир, 1991. Неорганическая химия: В 3 т. /Под ред. . М.: Издательский центр «Академия», 2004.