ÓRATERV Műveltségi terület: Fizika Tanítás ideje: 2014. november 3. Tanítás helye: Fehérgyarmati Deák Ferenc Gimnázium, Fehérgyarmat Osztály: 10. osztály Pedagógus neve és szakja: Káplár Ferenc matematika-fizika és informatika szakos tanár Az óra címe: Elektromos áram folyadékokban Tematikus egység: Elektrolízis, galvánelem bemutatása Eszközök: tábla, füzet, író eszköz, tankönyv, kísérleti eszközök, internet, projektor, számítógép Didaktikai feladat: frontális osztálymunka, egyéni munka, csoportmunka, ismétlés, tanár-diák párbeszéd, ellenőrzés, értékelés Motiváció: optimális légkör, megfelelő tanár-diák kapcsolat, érdekes feladatok, dicséret Nevelési célok: Logikus gondolkodásra nevelés, precíz munkára nevelés, algoritmikus gondolkodás fejlesztése, önellenőrzésre nevelés, pontos szaknyelv használatára nevelés Oktatási célok: Az összefüggések felismerése, tantárgyi kapcsolatok felidézése, elektrolit, ionok, anód, katód, elektrolízis, galvanizálás, a tanultak alkalmazása, számolási rutin fejlesztése galvánelem, Képzési célok: A szövegértés képességének fejlesztése, az analizáló és szintetizáló képesség fejlesztése, a fizikai modellalkotás képességének fejlesztése. Természettudományos gondolkodás fejlesztése. Tantárgyi kapcsolatok: Kémiai számítások. Matematikai műveletek elvégzése. Informatikai ismeretek elmélyítése.
Idő Az óra menete Didaktikai Munkaformák, módszerek, () feladat eszközök, új fogalmak 0-2 1. Bevezetés: Köszöntés, jelentés Pontos munkára 2. Ráhangolódás: A mindennapi életben található eszközök bemutatása, ahol kémiai energiát alakítunk át elektromossá (vagy viszont). Tudománytörténeti jelentőség- Faraday munkásságának rövid bemutatása. nevelés. Motiváció, érdeklődés felkeltése Frontális Száraz elem, telefon akkumulátor Környezettudatos gondolkodásra 2-8 nevelés 3. Célkitűzés: 1. Vezetési jelenségek folyadékokban, az elektrolízis kísérleti igazolása. Kémiából tanultak felidézése. Fogalmak, összefüggések Elektrolízis fogalma Kísérlet leírása: Két elektródának ceruzák grafit belét válasszuk. A kihegyezett ceruzahegy körül a leváló anyag jól megfigyelhető. Ismétlés Csoport munka
Szükséges anyagok és eszközök: Szükséges anyagok és eszközök: 2 darab ceruza, AgNO 3 -oldat, 2db krokodil csipesz, kristályosító-csészék, 4,5 V-os zsebtelep. 8-15 Tanári kísérlet Kísérleti eszközök Forrás: http://tudasbazis.sulinet.hu Magyarázat Frontális 3-4 cm 3 ezüst-nitrát-oldatot öntsünk egy lapos kristályosító csészébe. Mártsuk a ceruzák hegyét a folyadékba. Az áramkör zárása után 10-20 másodcel az anódon gázfejlődést és a katódon ezüst kiválást lehet megfigyelni. Tanár-diák párbeszéd
Magyarázat Ezüst-nitrát elektrolízis Katód folyamat: Ag + + e - = Ag Anód folyamat: H 2 O = 1/2 O 2 + 2 H + +2 e - A katódon, a negatív elektródon leváló ezüst fraktál-szerkezetét figyelhető meg. Tábla, füzet 15-20 2. Elektrolízis szimulációja: Tanultak elmélyítése Internet, projektor http://www.muszakikiado.hu/files/ interaktiv%20tananyag/elektrokemia/08_el ektrolizis.swf
Tanár-diák párbeszéd 20-30 3. Elektrolízis tanulmányozása más anyagokkal Szükséges eszközök: 5%-os HCl-oldat, U-alakú cső, 2db parafadugó, 2 db Cu-drót, 2 db vezeték, állvány, egyenáramú áramforrás. Fogalmak, összefüggések pontosítása Tanulói kísérlet Kísérleti eszközök Csoportmunka Feladatlap
Önálló munkára nevelés Útmutatás: Az U alakú csövet töltsük fel HCl-oldattal. Helyezzük bele a Cu-elektródokat. Zárjuk az áramkört é néhány ig elektrolizáljunk. Figyeljük meg mi történik a katód és az anód körül. Tapasztalat: katódtérben: anódtérben: Magyarázat: Egyenáram hatására katód felé vándorolnak: anód felé vándorolnak:.. Elektródareakciók: katódfolyamat egyenlete: Tények, jelenségek sokoldalú elemzése Előismeretek felidézése Feladatlap
.H 3 O + + e - =H 2+ H 2 O Ez a folyamat: anódfolyamat egyenlete: Cu(sz)=Cu 2+ (aq)+ e - Ez a folyamat: Hogyan változott a folyamat során az oldat koncentrációja? 4. 30-36 5. Réz-szolfát oldaton át 10 ig 20mA erősségű áramot vezetünk. (Tk 125. o. 3. feladat) Számolási készség fejlesztés Fizika 10. Tk. Függvénytáblázat Melyik elektródán válik ki a réz? Tábla, füzet Hány két vegyértékű rézion válik ki az elektródon? Hány mól réz válik ki? Mennyi a kiváló réz tömege? 6. Milyen tömegű ezütbevonat keletkezik a katódon, ha ezütnitrát oldatot fél órán át 50 ma erőségű árammal elektrolizálunk? (Tk. 125. o. 4. feladat) 7. Az 5 cm sugarú vékony körlemez mindkét felületére 0,1 mm vastag krómréteget elektrolizálnak. a) Mennyi elektromos töltés szükséges ehhez a folyamathoz? Számolási fejlesztés Elmélyítés, gyakorlás rutin
b) Mennyi ideig tart a folyamat, ha az elektrolizáló áram erőssége 10 A? 36-40 8. Galvanizálásról videó megtekintése Frontális munka A tanultak http://www.youtube.com/watch?v=q8xo43 alkalmazása sflgy Összefüggések felismerése 40-43 4. Összegzés, rendszerezés: Mi a lényege különbség egy rúdelem és egy akkumulátor között? Miért csökken elektrolízis közben az áramerősség? Mire kell ügyelnünk akkumulátorok töltésénél? Tanultak elmélyítése Kérdés-felelet
Mi a teendő a tönkrement galvánelemekkel, akkumulátorokkal? Logikus gondolkodásra nevelés Ötletelés-vita 43-45 5. Házi feladat: Tk. 125. o. 4. feladat Alkalmazás Dicséret, jutalmazás Értékelés 6. Értékelés
Általános áttekintés Elektrolízisnek nevezzük az elektromos áram által kiváltott kémiai reakciót. Erre a célra szolgáló alapvető kísérleti berendezés az elektrolizáló cella. Az elektrolizáló cella tartalmazza az elektrolitot (ez lehet olvadék vagy oldat), amelybe két elektród nyúlik. A két elektród közé egyenfeszültségű áramforrást kapcsolnak. Az áramforrástól az elektródig az áramot elektronok továbbítják a vezetékben (fémes vezetés), a cellában viszont már az elektrolit pozitív és negatív ionjai vezetnek (elektrolitikus vezetés). Az elektródokon válik a fémes vezetés elektrolitikussá és fordítva. A vezetés típusának megváltozása mindkét elektródon kémiai reakciót eredményez: az egyik elektródon az oldatban lévő ionok elektronokat vesznek fel, miközben a másik elektródon az oldatban lévő más ionok az elektródnak elektronokat adnak át, amelyek a csatlakozó vezetéken keresztül visszajutnak az áramforráshoz. Azt az elektródot, ahol a redukció lejátszódik, katódnak nevezzük. Az az elektród ahol pedig az oxidáció történik meg, az anód. Az elektrolízis folyamata tehát a következő lépésekben történik meg: - az elektronok a fémvezetőn keresztül az áramforrástól a katódba vándorolnak - a pozitív ionok (kationok) a negatív elektródhoz (katódhoz) vándorolnak, ahol elektronokat vesznek föl - redukció történik - a negatív ionok (anionok) a pozitív pólushoz (anódhoz) vándorolnak, ahol leadnak elektronokat - oxidáció történik - a leadott elektronok a fémvezetőn keresztül visszajutnak az áramforráshoz Katód reakció: (M n+ + ne - M)m Anód reakció: (A -m A + me - )n A teljes reakció: mm +n + na -m mm + na
Az elektrolízis során az elektródokon lejátszódó reakciók a résztvevő anyagok relatív oxidációs-redukciós hajlamától függnek. Az elektrolízis mennyiségi alaptörvényeit Michael Faraday állította fel. Források: http://tudasbazis.sulinet.hu http://www.muszakikiado.hu/files/interaktiv%20tananyag/elektrokemia/08_elektrolizis.swf http://www.youtube.com/watch?v=q8xo43sflgy http://hu.wikipedia.org/wiki/elektrol%c3%adzis Mozaik kiadó: Fizika 10. (MS-2619) Mozaik kiadó: Kémia 9. (MS-2616-U)