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
feladat
(perc) 0-2 perc
Didaktikai
1. Bevezetés: Köszöntés, jelentés
Munkaformák, módszerek, eszközök, új fogalmak
Pontos munkára
nevelés. 2. Ráhangolódás: A mindennapi életben található eszközök bemutatása, ahol kémiai Motiváció, energiát alakítunk át elektromossá (vagy viszont). érdeklődés Tudománytörténeti jelentőség- Faraday munkásságának rövid felkeltése bemutatása.
Frontális Száraz elem, telefon akkumulátor
Környezettudatos gondolkodásra 2-8
nevelés
perc
3. Célkitűzés: Fogalmak, 1. Vezetési jelenségek folyadékokban, az elektrolízis kísérleti összefüggések igazolása. Kémiából tanultak felidézése. Kísérlet leírása: Két elektródának ceruzák grafit belét válasszuk. A Ismétlés kihegyezett ceruzahegy körül a leváló anyag jól megfigyelhető.
Elektrolízis fogalma
Csoport munka
Szükséges anyagok és eszközök: Szükséges anyagok és eszközök: 2 darab ceruza, AgNO3-oldat, 2db krokodil csipesz, kristályosító-csészék, 4,5 V-os zsebtelep. Tanári kísérlet
8-15 perc
Kísérleti eszközök Forrás: http://tudasbazis.sulinet.hu
Magyarázat
Frontális
3-4 cm3 ezüst-nitrát-oldatot öntsünk egy lapos kristályosító csészébe. Mártsuk a ceruzák hegyét a folyadékba. •Az áramkör zárása után 10-20 másodperccel az anódon gázfejlődést és a katódon ezüst kiválást lehet megfigyelni.
Tanár-diák párbeszéd
Magyarázat
Tábla, füzet
Ezüst-nitrát elektrolízis Katód folyamat: Ag+ + e- = Ag Anód folyamat: H2O = 1/2 O2 + 2 H+ +2 eA katódon, a negatív elektródon leváló ezüst fraktál-szerkezetét figyelhető meg.
15-20 perc
2. Elektrolízis szimulációja:
Tanultak elmélyítése
Internet, projektor http://www.muszakikiado.hu/files/ interaktiv%20tananyag/Elektrokemia/08_el ektrolizis.swf
Tanár-diák párbeszéd
20-30 perc
3. Elektrolízis tanulmányozása más anyagokkal
Fogalmak, összefüggések
Szükséges eszközök: 5%-os HCl-oldat, U-alakú cső, 2db parafadugó, 2 db Cu-drót, 2 db vezeték, állvány, egyenáramú pontosítása áramforrás.
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 percig elektrolizáljunk. Figyeljük meg mi történik a katód és az anód körül.
Tapasztalat: katódtérben:……………… anódtérben:…………………… Magyarázat: Egyenáram hatására katód felé vándorolnak:………… vándorolnak:……….. Elektródareakciók: katódfolyamat egyenlete:
anód
Tények, jelenségek sokoldalú elemzése
Előismeretek felé felidézése
Feladatlap
….H3O++…e-=H2+…H2O Ez a folyamat:………… anódfolyamat egyenlete: Cu(sz)=Cu2+(aq)+…e-
Ez a folyamat:…………
Hogyan változott a folyamat során az oldat koncentrációja? 4. 30-36 perc
5. Réz-szolfát oldaton át 10 percig 20mA erősségű áramot Számolási készség fejlesztés vezetünk.
Fizika 10. Tk. Függvénytáblázat
(Tk 125. o. 3. feladat) Tábla, füzet
Melyik elektródán válik ki a réz? 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 ezütSzámolási nitrát oldatot fél órán át 50 mA erőségű árammal fejlesztés elektrolizálunk? (Tk. 125. o. 4. feladat) 7. Az 5 cm sugarú vékony körlemez mindkét felületére 0,1 mm Elmélyítés, vastag krómréteget elektrolizálnak. gyakorlás a) Mennyi elektromos töltés szükséges ehhez a folyamathoz?
rutin
b) Mennyi ideig tart a folyamat, ha az elektrolizáló áram erőssége 10 A?
36-40 perc
8. Galvanizálásról videó megtekintése
Frontális munka A
tanultak http://www.youtube.com/watch?v=Q8Xo43
alkalmazása
sfLgY
Összefüggések felismerése
40-43 perc
Tanultak 4. Összegzés, rendszerezés: elmélyítése Mi a lényege különbség egy rúdelem és egy akkumulátor között? Miért csökken elektrolízis közben az áramerősség? Mire kell ügyelnünk akkumulátorok töltésénél?
Kérdés-felelet
Mi a teendő akkumulátorokkal?
43-45
a
tönkrement
5. Házi feladat: Tk. 125. o. 4. feladat
galvánelemekkel, Logikus gondolkodásra nevelés
Alkalmazás
perc Értékelés 6. Értékelés
Ötletelés-vita
Dicséret, jutalmazás
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: (Mn+ + 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)
