Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів
👩🏫Методичні акценти для вчителя • План проведення уроку на 45 хвНУШ▼
🎯 Очікувані результати навчання (НУШ):
Формування предметних компетентностей за темою «Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів», розвиток критичного мислення, вміння аналізувати причинно-наслідкові зв'язки та застосовувати набуті знання на практиці.
💬 Провокативне питання для старту:
Використайте блок «Гачок (Hook)» нижче для 2-хвилинної розминки з класом перед поясненням нового матеріалу.
⏱️ Рекомендований таймінг 45-хвилинного уроку:
Тема: Розділ 1. Електричний струм у різних середовищах • с. 21. Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів. Д/з: опрацювати матеріал уроку та завдання «У зошит» на платформі EZZ-SCHOOL BOOKS.
⚡ Фронтальне бліц-опитування класу на початку уроку (2 хв):
- Що є ключовим поняттям теми «Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів» і чому воно важливе?
- Де у повсякденному житті, науці чи IT ми стикаємося з цим явищем/алгоритмом?
- Яка найпоширеніша помилка виникає під час першого знайомства з матеріалом?
🏠 Диференційоване домашнє завдання:
- Базовий рівень (обов'язковий): опрацювати конспект і блок «У зошит».
- Достатній рівень: скласти власну шпаргалку та пройти MiniCheck.
- Високий / STEM: виконати симуляцію у лабораторії та скласти BossQuiz на 100 XP.
📊 Критерії формувального оцінювання:
Твоя місія на цей урок
Натискай на цілі у міру їх опанування:
- 1Зрозуміти фізичний механізм електролітичної дисоціації молекул на йони.Опанувати ➔
- 2З’ясувати природу носіїв струму в електролітах: катіони й аніони.Опанувати ➔
- 3Опанувати явище електролізу — хімічні реакції виділення речовини на електродах.Опанувати ➔
- 4Засвоїти перший закон Фарадея для електролізу: m = k · q = k · I · t.Опанувати ➔
⚗️ Чому чиста дистильована вода не проводить струм, а ложка солі робить її провідником?
Молекули H₂O — нейтральні диполі. Але якщо додати дрібку солі NaCl, полярні молекули води розривають кристалічну ґратку солі на рухомі позитивні йони натрію та негативні йони хлору. Як саме цей процес породжує струм і який закон відкрив Майкл Фарадей?
1. Електролітична дисоціація та природа струму в рідинах
Чиста дистильована вода є майже ідеальним діелектриком (ізолятором). Проте розчини солей, кислот і лугів у воді чудово проводять електричний струм. Речовини, розчини або розплави яких проводять струм, називають електролітами.
У 1887 році шведський фізик і хімік Сванте Арреніус сформулював теорію електролітичної дисоціації. Молекули води є електричними диполями з кутом зв'язку 104,5°. При потраплянні кристала електроліту (наприклад, кухонної солі NaCl) у воду диполі води притягуються своїми негативними полюсами (киснем) до позитивних йонів Na^+, а позитивними полюсами (воднем) — до негативних йонів Cl^-. Завдяки високій діелектричній проникності води (ε = 81) сила кулонівського зв'язку в кристалі слабшає у 81 раз! Під дією теплового руху кристалічна ґратка розпадається на рухомі гідратовані йони:
Носіями електричного струму в електролітах є вільні позитивні йони (катіони) та негативні йони (аніони). На відміну від металів, де рухаються лише електрони, проходження струму крізь електроліти супроводжується переносом речовини!
У металах при нагріванні опір зростає (R ↑). В електролітах — навпаки! При нагріванні зростає ступінь електролітичної дисоціації (з'являється більше вільних йонів), а в'язкість рідини зменшується, що полегшує рухливість йонів. Тому електричний опір електролітів при нагріванні спадає (температурний коефіцієнт опору електролітів від'ємний: α < 0).
2. Електроліз: окисно-відновні реакції на електродах
Коли в розчин електроліту опускають електроди й підключають джерело постійної напруги, у ванні виникає електричне поле:
Катод (підключений до «-»)
Негативний електрод. Притягує позитивні катіони (Cu²⁺, Ag^+, H^+). На катоді відбувається відновлення — йони приєднують електрони й осідають у вигляді чистого нейтрального металу або виділяються у вигляді газу:
Cu²⁺ + 2e⁻ ⟶ Cu⁰↓ (осідання чистої міді)
2H⁺ + 2e⁻ ⟶ H₂⁰↑ (виділення водню)
Анод (підключений до «+»)
Позитивний електрод. Притягує негативні аніони (Cl^-, SO_4²⁻, OH^-). На аноді відбувається окиснення — аніони віддають електрони в зовнішнє коло:
2Cl⁻ - 2e⁻ ⟶ Cl₂⁰↑ (виділення хлору)
4OH⁻ - 4e⁻ ⟶ 2H₂O + O₂⁰↑ (виділення кисню)
Процес виділення речовин на електродах або розчинення електродів під час проходження електричного струму крізь електроліт називають електролізом.
Які частинки є носіями електричного заряду в розчинах електролітів?
3. Перший і другий закони Фарадея для електролізу
У 1833–1834 роках видатний англійський фізик Майкл Фарадей відкрив кількісні закони електролізу:
Перший закон Фарадея для електролізу:
m = k · q = k · I · t
Маса m речовини, що виділилася на електроді, прямо пропорційна електричному заряду q, що пройшов крізь електроліт.
- m — маса виділеної речовини (кг або мг);
- I — сила струму (А), t — час протікання струму (с);
- k — електрохімічний еквівалент речовини (кг/Кл або мг/Кл) — маса речовини, яка виділяється при проходженні заряду в 1 Кулон.
| Речовина | Валентність z | Молярна маса M (г/моль) | Електрохімічний еквівалент k (мг/Кл) |
|---|---|---|---|
| Водень (H₂) | 1 | 1,0 | 0,0104 |
| Кисень (O₂) | 2 | 16,0 | 0,0829 |
| Алюміній (Al) | 3 | 27,0 | 0,093 |
| Нікель (Ni) | 2 | 58,7 | 0,304 |
| Мідь (Cu²⁺) | 2 | 63,5 | 0,329 |
| Срібло (Ag) | 1 | 107,9 | 1,118 |
| Золото (Au³⁺) | 3 | 197,0 | 0,681 |
Другий закон Фарадея (об'єднаний закон): Зв'язує електрохімічний еквівалент з хімічними константами: k = (1 / F) (M / z) ⟹ m = (1 / F) (M / z) I t де F = e · N_A ≈ 96 485 Кл/моль — стала Фарадея (заряд, необхідний для виділення одного моля одновалентної речовини), M — молярна маса, z — валентність йона.
4. Практикум: еталонне розв'язання задачі на закон Фарадея (Вправа 2.5)
Умова задачі: Скільки часу тривав процес електролізу розчину мідного купоросу CuSO_4, якщо при силі струму I = 2,5 А на катоді виділилося m = 36,9 г чистої міді? Електрохімічний еквівалент міді k = 0,329 мг/Кл = 0,329 · 10⁻⁶ кг/Кл.
1. Записуємо перший закон Фарадея:
m = k · I · t
2. Виражаємо час електролізу t:
t = (m / k · I)
3. Переводимо дані в одиниці СІ та обчислюємо:
m = 36,9 г = 36,9 · 10⁻³ кг
t = (36,9 · 10⁻³ кг) / (0,329 · 10⁻⁶ кг/Кл · 2,5 А) = (36,9 · 10⁻³) / (0,8225 · 10⁻⁶) ≈ 44 863 с.
4. Переводимо час у години та хвилини:
t = (44863 / 3600) ≈ 12,46 год = 12 год 28 хв.
Висновок: Для одержання майже 37 г міді при струмі 2,5 А ванна повинна безперервно працювати пів доби!
Шпаргалка до § 2: Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів
Усе найважливіше для повторення перед уроком або самостійною роботою
🧪 Електроліти
Розчини й розплави солей, кислот, лугів. Носії: йони (+ і -).
⚡ Електроліз
Окисно-відновні хімічні реакції на електродах під дією електричного струму.
⚖️ Закон Фарадея
m = k · I · t (маса речовини прямо пропорційна силі струму й часу).
🎯 Еквівалент k
k = m / q (маса речовини, що виділяється зарядом в 1 Кулон).
Самоперевірка (картки знань)
Натискай для перевороту (або Пробіл / ◀ ▶ на клавіатурі)
У зошит (за підручником)
Вправи з підручника «Фізика 9 клас (Бар'яхтар, Довгий та ін., Ранок 2026)», § 2, с. 21. Виконуй у робочий зошит або за комп'ютером за вказівкою вчителя:
Аналіз демонстрації провідності розчину CuSO₄
💡 Підказка від нас: Катіони Cu²⁺ рухаються до катода й осідають у вигляді червонуватого нальоту міді. Аніони SO₄²⁻ рухаються до анода.
Розрахунок маси міді, що виділилася при електролізі
💡 Підказка від нас: Застосуй формулу m = k · I · t. Обов’язково переведи час із хвилин у секунди: t = t_хв · 60.
Визначення часу хромування деталі
💡 Підказка від нас: Вирази час t = m / (k · I) із закону Фарадея, де масу вирази через об’єм і густину шару металу: m = ρ · S · d.
Бос-тест до § 2: Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів
Питання 1 з 3 • Завдай удару по босу теми