Giáo án Vật lí 11 cơ bản - Chương III - Dòng điện trong các môi trường

CHƯƠNG III DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG Trong chương này nghiên cứu chi tiết dòng điện trong các môi trường bao gồm: + Dòng điện trong kim loại; + Dòng điện trong chất điện phân; + Dòng điện trong chất khí; + Dòng điện trong chân không; + Dòng điện trong chất bán dẫn. Từ tính chất của dòng điện trong các môi trường cụ thể để hiểu được các ứng dụng trong thực tế. Tiết ppct DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI A. MỤC TIÊU BÀI DẠY: 1. Kiến thức: Học sinh nắm được tính chất chung của kim loại, bản chất của dòng điện trong kim loại thông qua nội dung của thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại; Hiểu được sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại vào nhiệt độ, hiện tượng nhiệt điện; 2. Kĩ năng: Vận dụng công thức vào việc xác định điện trở trong của nguồn điện ở các bài toán cụ thể; Giải thích được một số hiện tượng điện trong môi trường kim loại. 3. Giáo dục thái độ: B. CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH 1. Giáo viên: Đồ dùng cho thí nghiệm hình 13.4/sgk; Mô hình tinh thể kim loại; 2. Học sinh: Ôn tập lại tính chất dẫn điện của kim loại đã học ở trung học cơ sở. C. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC. Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ, điều kiện xuất phát - Đề xuất vấn đề. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Hãy nêu bản chất dòng điện trong kim loại? *Giáo viên đặt vấn đề về sự cần thiết nghiên cứu bản chất của dòng điện trong kim loại: Dòng điện là gì? Bản chất của dòng điện trong kim loại? Điều kiện để có dòng điện? Dòng điện trong kim loại có những tính chất gì? Tại sao kim loại dẫn điện tốt? *Để tìm hiểu các tính chất dẫn điện của kim loại và giải thích được các tính chất đó, bài học ngày hôm nay chúng ta nghiên cứu thuyết mời là thuyết electron về tính dẫn điện trong kim loại. * Học sinh tái hiện lại các kiến thức đã học ở trung học cơ sở để trả lời các câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên; *Học sinh nhận thức được nội dung bài học và hình thành ý tưởng nghiên cứu. Hoạt động 2: Tìm hiểu bản chất của dòng điện trong kim loại. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH a. Nội dung thuyết electron về tính dẫn điện trong kim loại. * Giáo viên cho học sinh làm việc theo nhóm, nghiên cứu nội dung sách giáo khoa để tìm được nội dung cơ bản của thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại: *Giáo viên nhấn mạnh: Tính tuần hoàn có thể bị vi phạm ở một số vị trí trong mạng tinh thể kim loại do nguyên tử lạ, do chuyển động nhiệt của các iôn làm cho iôn bị đẩy ra khỏi vị trí thông thường, các điểm ấy gọi là các điểm mất trật tự của mạng tinh thể; + Giáo viên làm sáng tỏ để học sinh nắm được khái niệm: Độ mất trật tự, vận tốc chuyển động nhiệt hỗn loạn, quãng đường tự do trung bình, thời gian bay tự do trung bình, biểu thức vận tốc trôi, độ linh động.. Sự hình thành hạt mang điện tự do: *Giáo viên yêu cầu học sinh trình bày sự chuyển động của các hạt mang điện tự do? * Giáo viên đưa ra tình huống khi chưa đặt vào hai đầu vật dẫn một hiệu điện thế? *Giáo viên nhấn mạnh: Sự chuyển động hỗn loạn của các electron trong tinh thể kim loại tạo thành khí electron tự do chiếm toàn bộ thể tích của kim loại và không sinh ra dòng điện nào cả. * Trong trường hợp đặt vào hai đầu của vật dẫn một hiệu điện thế? *Giáo viên yêu cầu học sinh kết luận về bản chất của dòng điện trong kim loại? *Giáo viên phát vấn: Tại sao khi đóng mạch điện thì ngọn đèn dù xa cũng hầu như lập tức phát sáng? *Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận theo nhóm để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên. *Giáo viên nhấn mạnh: Trong quá trình chuyển động có định hướng của các electron tự do, xảy ra quá trình va chạm với các iôn dương kim loại do mất gây ra điện trở của kim loại. *Học sinh làm việc theo nhóm để rút ra được nội dung theo yêu cầu của giáo viên: + Trong kim loại, do bán kính nguyên tử lớn nên một số electron ở lớp ngoài cùng dễ bứt ra khỏi liên kết với hạt nhân để trở thành các electron tự do; Các iôn dương kim loại sắp xếp một cách có trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại. *Học sinh tiếp thu và ghi nhận những kiến thức do giáo viên cung cấp. + Các electron hoá trị tách khỏi nguyên tử và chuyển động hỗn loạn bên trong tinh thể kim loại được gọi là các electron tự do. *Học sinh thảo luận theo nhóm và rút ra được: + Khi chưa chịu tác dụng của lực điện trường, các electron tự do chuyển động nhiệt hỗn loạn bên trong tinh thể kim loại, trong quá trình chuyển động này, luôn kèm theo hai quá trình trái ngược nhau là quá trình phân li và quá trình tái hợp, trong một điều kiện xác định cụ thể thì mật độ các electron tự do là xác định, nghĩa là xảy ra quá trình cân bằng thuận giữa tốc độ phân li và tốc độ tái hợp; + Trong trường hợp các electron tự do chịu tác dụng của lực điện trường thì chúng chuyển động một cách có định hướng bên trong tinh thể kim loại (ngược với chiều của lực điện trường) gây ra dòng điện trong kim loại. * Học sinh làm việc cá nhân để rút ra bản chất của dòng điện trong kim loại: Bản chất của dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có định hướng bên trong kim loại. *Học sinh thảo luận theo nhóm và trả lời câu hỏi của giáo viên: Câu trả lời đúng: Vận tốc chuyển động có hướng của các electron là nhỏ (0,2mm/s) nhưng vận tốc lan truyền điện trường rất lớn (300.000km/s) do đó khi đóng mạch điện thì ngọn đèn dù ở xa cũng hầu như lập tức phát sáng. Hoạt động 3: Tìm hiểu sự phụ thuộc điện của điện trở suất của kim loại vào nhiệt độ A V K Rv HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc theo nhóm dùng thuyết electron để giải thích tính chất điện của kim loại; *Dòng điện trong vật dẫn kim loại có tuân theo định luật Ohm hay không? * Để làm rõ vấn đề này, ta tiến hành thí nghiệm như sau: *Giáo viên yêu cầu học sinh tiến hành lắp mạch điện như hình vẽ: *Giáo viên yêu cầu học sinh tiến hành thí nghiệm và ghi nhận các số liệu để vẽ đường đặc trưng VA; + Trường hợp điện trở R được nhúng xuống nước; + Trường hợp điện trở R không nhúng xuống nước *Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận và rút ra nhận xét: *Giáo viên đưa ra các câu hỏi gợi ý: + Hãy cho biết trường hợp nào thì dòng điện qua điện trở R tuân theo định luật Ohm? Giải thích? + Tại sao khi không nhúng điện trở R vào nước thì dòng điện qua điện trở R không tuân theo nội dung định luật Ohm? *Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận và trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên. Câu trả lời đúng: Điện trở vật dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ. + Vì sao điện trở kim loại tăng theo nhiệt độ? *Giáo viên nhấn mạnh: + Kim loại là vật dẫn có tính dẫn điện tốt. + Điện trở suất của kim loại rất nhỏ nghĩa là điện dẫn của kim loại rất lớn. + Dòng điện trong kim loại chỉ tuân theo định luật Ohm khi nhiệt độ của kim loại không đổi. *Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận và giải thích được tại sao dòng điện gây ra tác dụng nhiệt khi qua các vật dẫn kim loại. + Giáo viên trình bày các biểu thức phụ thuộc điện trở suất vào nhiệt độ: r = ro[1 + a(t - to)] + Ý nghĩa của hệ số nhiệt điện trở. *Giáo viên cung cấp thêm: *Học sinh khảo sát và vẽ đường đặc trưng VA để rút ra nhận xét: U U I I *Học sinh thảo luận theo nhóm để rút ra được nhận xét trong hai trường hợp, kết quả là: + Trường hợp khi điện trở R được nhúng xuống nước thì dòng điện trong mạch tuân theo định luật Ohm; + Trong trường hợp khi điện trở R không nhúng xuống nước thì dòng điện trong mạch không tuân theo định luật Ohm. *Học sinh làm việc theo nhóm và trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên: Điện trở vật dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ. Điện trở của vật dẫn tăng lên khi nhiệt độ của vật dẫn tăng. Khi nhúng điện trở R trong nước thì điện trở truyền nhiệt lượng cho nước nên nhiệt độ của điện trở tăng không đáng kể, vì vậy dòng điện qua điện trở sẽ tuân theo định luật Ohm nếu ta nhúng điện trở R trong quá trình tiến hành thí nghiệm. *Học sinh thảo luận theo nhóm để trả lời theo yêu cầu của giáo viên: Khi dòng các electron chạy trong tinh thể kim loại, sẽ va chạm với các iôn dương nút mạng tinh thể và truyền một phần động năng cho chúng làm cho chúng dao động mạnh lên, nghĩa là nội năng của chúng tăng. *Học sinh ghi nhận biểu thức của sự phụ thuộc điện trở vật dẫn vào nhiệt độ: r = ro[1 + a(t - to)] Hoạt động 4: Tìm hiểu điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn. Phần này chủ yếu giáo viên gợi ý cho học sinh nêu nhận xét về điện trở của các nhiệt gần 4K (thông qua bảng 13.1 và đồ thị 13.2/sgk – 75, từ đó tổng quát hoá hiện tượng. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Sự biến thiên của điện trở suất theo nhiệt độ từ đồ thị 13.2, hãy cho biết điện trở của vật dẫn thay đổi như thế nào khi nhiệt độ giảm xuống đến 0K? *Giáo viên gợi ý học sinh vận dụng thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại để giải thích. *Khi hạ thấp nhiệt độ xuống dưới Tc nào đó, điện trở của kim loại hay hợp kim đó giảm đột ngột đến giá trị bằng không, hiện tượng đó được gọi là hiện tượng siêu dẫn. Khi đó kim loại hay hợp kim có tính siêu dẫn. * Trong trường hợp xảy ra hiện tượng siêu dẫn, nếu trong vòng dây siêu dẫn có dòng điện chạy, thì dòng điện này sẽ duy trì rất lâu, sau khi ngắt dòng điện. *Giáo viên trao đổi có tính chất thông báo các ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn và hiện nay trong khoa học người ta đã làm được gì về hiện tượng này. *Học sinh thảo luận theo nhóm để trả lời các câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên; - Khi nhiệt độ giảm, mạng tinh thể càng bớt mất trật tự nên sự cản trở của nó đến chuyển động có định hướng của các electron càng ít, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến 0K, điện trở của các vật dẫn kim loại rất bé. *Học sinh tiếp thu và ghi nhận kiến thức; *Học sinh tiếp thu và ghi nhận những ứng dụng của dòng điện siêu dẫn. *Học sinh tiếp nhận thông tin. Hoạt động 5: Tìm hiểu hiện tượng nhiệt điện. Nếu có điều kiện thì giáo viên tiến hành thí nghiệm như hình 13.4, từ kết quả thí nghiệm, giáo viên lập luận để đưa ra biểu thức suất nhiệt điện động như sách giáo khoa. Giáo viên cần cố gắng liên hệ với các kiến thức đã học ở chương trước để học sinh có thể hiểu bài. Yêu cầu học sinh thảo luận theo nhóm để trả lời các câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên mô tả thí nghiệm như hình vẽ 13.4/sgk. *Giáo viên yêu cầu học sinh vẽ hình vào vở; *Hiện tượng gì xảy ra khi dùng đèn cồn tăng độ chênh lệch nhiệt độ của hai mối hàn A và B băng cách đốt nóng một mối hàn? * Khi tăng nhiệt độ đầu A lên, theo dõi dòng điện trong mạch, nhận xét kết quả thu được. *Giáo viên tiến hành thí nghiệm yêu cầu học sinh quan sát và rút ra nhận xét. *Giáo viên yêu cầu học sinh rút ra kết luận? *Giáo viên nhấn mạnh: Dòng điện trên được gọi là dòng nhiệt điện và suất điện động gây ra dòng nhiệt điện được gọi là suất nhiệt điện động. * Dụng cụ tiến hành thí nghiệm như trên được gọi là cặp nhiệt điện. *Vậy hiện tượng nhiệt điện là gì? Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc cá nhân để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên. * Giáo viên lập luận để rút ra biểu thức của suất nhiệt điện động như sách giáo khoa: E = b(T1 – T2) *Giáo viên giới thiệu các khả năng ứng dụng của suất nhiệt điện động; * Giáo viên giới thiệu ưu điểm của cặp nhiệt điện; *Giáo viên dẫn dắt học sinh phân tích và tìm hiểu các ứng dụng của hiện tượng nhiệt điện. *Học sinh lắng nghe và nhận thức được vấn đề cần nghiên cứu; *Học sinh vẽ sơ đồ thí nghiệm vào vở; G B A *Học sinh quan sát thí nghiệm và nhận xét kết quả thí nghiệm. Khi đốt nóng đầu A của cặp kim loại như hình vẽ ta thấy điện kế G bị lệch, chứng tỏ trong mạch đã xuất hiện dòng điện. *Học sinh tiếp thu và ghi nhận kiến thức; *Học sinh làm việc cá nhân, suy nghĩ và nêu lên khái niệm về hiện tượng nhiệt điện; *Học sinh ghi nhận công thức tính suất nhiệt điện động; *Học sinh tiếp thu và ghi nhớ kiến thức. Hoạt động 6: Củng cố bài học - Định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên nêu một số câu hỏi củng cố kiến thức: 1. Nêu kết luận về bản chất của dòng điện trong kim loại; 2. Vì sao khi nhiệt độ tăng lên thì điện trở của kim loại cũng tăng lên? *Giáo viên nhận xét giờ học; *Giáo viên yêu cầu học sinh về nhà làm các bài tập ở sách giáo khoa trang 78 và ở sách bài tập. *Giáo viên yêu cầu học sinh về nhà xem lại nội dung về tác dụng hoá học của dòng điện và sự điện li trong hoá học. *Học sinh làm việc cá nhân, tái hiện lại kiến thức của bài học để trả lời các câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên; *Học sinh ghi nhận nhiệm vụ học tập D. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY .. .. .. Tiết ppct DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN ĐỊNH LUẬT FARADAY A. MỤC TIÊU BÀI DẠY: 1. Kiến thức: Học sinh nắm được nội dung của thuyết điện li, hiểu được hiện tượng điện phân và hiện tượng dương cực tan; Học sinh nắm vững bản chất của dòng điện trong chất điện phân; Tham gia thiết kế phương án thí nghiệm trong bài học; Phát biểu được định luật Faraday và nêu được một số ứng dụng trong kĩ thuật về hiện tượng điện phân; 2. Kĩ năng: Giải thích các kết quả thí nghiệm bằng thuyết điện tử;n Rèn luyện học sinh kĩ năng logic toán học để xây dựng công thức vật lí; Thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán; Quan sát giáo viên tiến hành thí nghiệm biểu diễn, từ đó rút ra kết luận của bài học. 3. Giáo dục thái độ: B. CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH 1. Giáo viên: Chuẩn bị thí nghiệm như hình 14.1/sgk; mô hình về công nghệ mạ, đúc điện. 2. Học sinh: Ôn lại tác dụng hoá học của dòng điện và sự điện li. C. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC. Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ, điều kiện xuất phát - Đề xuất vấn đề. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Bản chất của dòng điện trong kim loại? Tại sao kim loại dẫn điện tốt? * Bản chất chung của dòng điện trong các môi trường? môi trường có thể cho dòng điện chạy qua cần phải có điều kiện gì? * Nhôm là vật liệu quan trọng trong các ngành công nghiệp điện, điện tử, công nghiệp hàng không.Để sản xuất nhôm cần phải có một nguồn điện năng dồi dào. Quy trình luyện nhôm dựa vào hiện tượng nào đã học mà đòi hỏi nhiều năng lượng như vậy? *Bài học hôm nay chúng ta tìm hiểu và nghiên cứu những vấn đề trên. *Học sinh tái hiện lại kiến thức một cách có hệ thống để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên; * Bản chất chung của dòng điện trong các môi trường là dòng chuyển dời có định hướng của các điện tích tự do hay còn được gọi là các hạt tải điện. * Môi trường có thể cho dòng điện chạy qua phải là môi trường có các hạt tải điện, và các hạt tải điện có thể chuyển động tự do trong môi trường đó. *Cá nhân tiếp thu và nhận thức vấn đề cần nghiên cứu, hình thành ý tưởng nghiên cứu nội dung. Hoạt động 2: Tìm hiểu thuyết điện li và nghiên cứu bản chất của dòng điện trong chất điện phân. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên phát vấn: Nước cất có dẫn điện không? Môi trường nước cất có chứa các hạt tải điện không? * Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận theo nhóm để thiết lập phương án thí nghiệm kiểm chứng. *Giáo viên tiến hành thí nghiệm hình 14.1 về sự dẫn điện của nước cất, yêu cầu học sinh quan sát và nhận xét kết quả thí nghiệm; *Trong dung dịch muối, acid và bazơ có dẫn điện không? Nếu có thì hạt tải điện trong các dung dịch này là hạt nào? * Hãy thiết kế phương án thí nghiệm kiểm chứng nhận định trên? *Giáo viên tiến hành thí nghiệm, yêu cầu học sinh quan sát và rút ra kết luận. *Hạt tải điện trong dung dịch điện phân là hạt gì? Tại sao trong chất điện phân lại sinh ra các hạt tải điện này? *Giáo viên gợi ý học sinh sử dụng thuyết điện li để xác định các hạt mang điện tự do trong chất điện phân: Trong các dung dịch, các hợp chất hoá học như acid, muối và bazơ bị phân li (một phần hoặc toàn bộ) thành các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử tích điện gọi là ion; ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch tạo thành các hạt tải điện. *Giáo viên nhấn mạnh: + Quá trình tách thành các iôn riêng biệt từ liên kết các lưỡng cực điện. Nguyên nhân của sự phân li chính là sự do hằng số điện môi của dung dịch lớn hơn trong không khí, điều đó làm giảm lực kiên kết tĩnh điện giữa các ion trong các lưỡng cực. *Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận theo nhóm để so sánh mật độ iôn trong chất điện phân và mật độ các electron trong kim loại; * Giáo viên diễn giảng về độ linh động của các hạt tải. * Hãy trình bày sự chuyển động của các hạt tải điện này trong trường hợp không chịu tác dụng của lực điện trường và trong trường hợp chịu tác dụng của lực điện trường? * Kết luận về bản chất của dòng điện trong chất điện phân. Bản chất của dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có định hướng của các iôn dương và iôn âm dưới tác dụng của lực điện trường. *Học sinh phán đoán: Nước cất không dẫn điện, vì rằng trong nước cất mối liên kết H-O là liên kết bền vững. *Học sinh thảo luận theo nhóm thiết kế phương án thí nghiệm: Dùng một bình thuỷ tinh đựng nước cất với hai điện cực bằng đồng, nối hai điện cực với miliampère kế và nguồn điện tạo thành mạch điện kín. Quan sát số chỉ của miliampère và nhận xét kết quả thí nghiệm; * Học sinh kết luận: Nước cất không dẫn điện, môi trường nước cất không chứa các hạt tải điện. *Học sinh thảo luận theo nhóm và trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên: Các dung dịch muối, acid và bazơ là các dung dịch điện phân, nó dẫn điện. *Học sinh thảo luận theo nhóm xây dựng phương án thí nghiệm kiểm chứng. *Học sinh quan sát giáo viên tiến hành thí nghiệm và nhận xét: Các dung dịch muối, acid và bazơ dẫn điện, chứng tỏ trong các dung dịch đó có các hạt mang điện tự do. *Học sinh xác định được trong các dung dịch điện phân, các hạt tải điện là các ion dương và ion âm. *Học sinh giải thích được: Chất điện phân là chất dễ dàng phân li tạo thành các iôn dương và iôn âm. * Học sinh lấy vài ví dụ để làm sáng tỏ nhận định trên. *Học sinh nắm được: Các iôn dương và iôn âm tham gia chuyển động nhiệt tự do trong chất điện phân và đóng vai trò các hạt mang điện tự do. *Học sinh phân tích và kết luận được về sự chuyển động của các hạt mang điện tự do trong dung dịch điện phân: + Khi chưa chịu tác dụng của lực điện trường, các iôn chuyển động hỗn loạn trong dung dịch điện phân, trong quá trình này luôn kèm theo hai quá trình trái ngược nhau là quá trình phân li và quá trình tái hợp, trong một điều kiện cụ thể thì mật độ các iôn là xác định nghĩa là xảy ra quá trình cân bằng động giữa hai quá trình đó: Tốc độ phân li bằng tốc độ tái hợp.=> Không có dòng điện + Khi chịu tác dụng của lực điện trường, các iôn chuyển động một cách có định hướng dưới tác dụng của lực điện trường, các iôn dương chuyển động theo chiều của vector cường độ điện trường (từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện thế thấp) và các iôn âm thì chuyển động ngược lại gây nên dòng điện trong chất điện phân *Học sinh tiếp thu và ghi nhận bản chất của dòng điện trong chất điện phân. Hoạt động 3: Tìm hiểu hiện tượng diễn ra ở các điện cực và hiện tượng dương cực tan. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Nếu tiến hành thí nghiệm với dung dịch CuSO4 có anode làm bằng đồng thì hiện tượng gì xảy ra ở các điện cực? *Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc theo nhóm thảo luận tìm các hiện tượng xảy ra trong quá trình điện phân: Phản ứng phụ. + Tại anode: + Tại cathode *Khi các ion di chuyển về các điện cực thì chúng trao đổi điện tích với các điện cực để trở thành phân tử trung hoà như thế nào? *Giáo viên tiến hành thí nghiệm kiểm tra dự đoán trên, yêu cầu học sinh quan sát và kết luận. *Giáo viên nhấn mạnh: Khi SOchạy về anode, nó kéo iôn Cu2+ vào dung dịch. Như vậy đồng ở anode sẽ tan dần trong dung dịch. Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng dương cực tan. *Giáo viên yêu cầu học sinh xem sách giáo khoa để tìm hiểu thêm về hiện tượng diễn ra ở điện cực, hiện tượng dương cực tan. *Hiện tượng gì xảy ra khi ta dùng điện phân có hai cực graphit và dung dịch điện phân là H2SO4? *Giáo viên gợi ý: + Phân tử H2SO4 bị phân li như thế nào? Mô tả sự chuyển động của các iôn trong dung dịch điện phân trong trường hợp các iôn chịu tác dụng của lực điện trường? +Hiện tượng dương cực tan có xảy ra không. *Giáo viên nhấn mạnh: Trong trường hợp này, không có hiện tượng dương cực tan xảy ra, chỉ có nước bị phân tích thành hidro bay ra ở cathode, còn SO bay ra ở anode. *Giáo viên bổ sung kiến thức cho học sinh, trường hợp trong hiện tượng điện phân dương cực tan thì suất phản điện bằng không. *Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận và nhận xét xem trong trường hợp điện phân dương cực tan thì dòng điện qua chất điện phân có tuân theo định luật Ohm hay không? Và trong trường hợp điện phân không có dương cực tan? *Giáo viên phân tích: Năng lượng W = Eit phân tích nước thành hidro và ôxi. Trong trường hợp này bình điện phân đóng vai trò như một máy thu điện có suất phản điện. *Học sinh phân tích quá trình xảy ra khi các iôn đến các điện cực. Quá trình gây ra phản ứng phụ tại cực âm và cực dương: + Tại anode: SO + Cu2+ ® CuSO4 CuSO4 tan vào trong nước tạo ra dung dịch và tiếp phân li làm cho dương cực tan. + Tại cathode: Cu++ + 2e ® Cu. Cu nguyên tử bám bào bề mặt cathode. Kết quả là dương cực bị mòn đi, và cực âm có đồng bám vào. *Học sinh quan sát giáo viên tiến hành thí nghiệm điện phân dung dịch CuSO4 trong trường hợp dương cực tan và nhận xét kết quả thu được. Kết quả: Dương cực bị mòn đi và âm cực có một lớp đồng bám vào. *Cá nhân học sinh tiếp thu và ghi nhớ kiến thức. *Học sinh làm việc theo nhóm để trả lời các câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên. *Phân tử H2SO4 bị phân li thành H+ và SO, khi chịu tác dụng của lực điện trường thì iôn H+ bị đẩy về cathode và SObị chuyển dịch về anốt. Vì graphit dẫn điện nhưng không tạo thành iôn nên không xảy ra hiện tượng dương cực không tan. *Cá nhân học sinh tiếp thu và ghi nhớ kiến thức. + Dòng điện trong chất điện phân chỉ tuân theo định luật Ohm () khi có hiện tượng dương cực tan, nghĩa là bình điện phân có vai trò như một điện trở. + Ở bình điện phân có dương cực không tan, trong quá trình điện phân, hai cực có thể khác nhau, thường xuất hiện suất phản điện E và định luật Ohm có dạng : . Hoạt động 4: Nghiên cứu các định luật Faraday. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên nhắc lại thí nghiệm về điện phân dung dịch CuSO4 trong hiện tượng dương cực tan. *Khối lượng đồng giải phóng ra ở cathode có mối liên hệ như thế nào với điện lượng chuyển qua bình điện phân? *Giáo viên gợi ý: + Tại sao lại có khối lượng chất giải phóng ở cathode? Khối lượng này tị lệ như thế nào với số iôn N dịch chuyển về phía điện cực không? Điện lượng dịch chuyển qua bình điện phân quan hệ như thế nào với số iôn N? *Giáo viên cung cấp thông tin: Năm Faraday tiến hành thí nghiệm và cũng có nhận xét như trên. Từ nhận xét tương tự như vậy mà năm 1836 Faraday đã phát biểu thành định luật và được gọi là định luật Faraday I: Khối lượng chất giải phóng ra ở điện cực tỉ lệ với điện lượng chạy qua bình đó. m = kq. với k là đương lượng điện hoá của chất giải phóng ra ở điện cực. *Giáo viên phát vấn: + Đương lượng điện hoá của một nguyên tố có mối liên hệ như thế nào với bản chất hoá học (nguyên tử lượng, hoá trị) của nguyên tố đó? *Giáo viên gợi ý: + Khối lượng chất thoát ra ở điện cực có mối liên hệ như thế nào với nguyên tử lượng của nguyên tố? + Điện lượng chuyển qua bình điện phân có mối liên hệ như thế nào với hoá trị của nguyên tố? *Giáo viên nhấn mạnh: Đương lượng điện hoá k tỉ lệ với nguyên tử lượng A và tỉ lệ nghịch với hoá trị n của nguyên tố. *Giáo viên yêu cầu học sinh đọc nội dung sách giáo khoa để nắm bắt nội dung định luật Faraday II và hoàn thành yêu cầu C3. *Hãy viết công thức định luật Faraday về điện phân? *Học sinh thảo luận theo nhóm để trả lời các câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên; + Khối lượng m chất được giải phóng ra ở điện cực tỉ lệ với số iôn N về điện cực: m ~ N. +Điện lượng chuyển qua bình điện phân tỉ lệ với số iôn đi về điện cực q ~ N. Từ đó ta suy ra m ~ q = It. *Học sinh tiếp thu và ghi nhận thông tin. *Học sinh tiếp thu và ghi nhớ nội dung định luật Faraday: Khối lượng chất giải phóng ra ở điện cực tỉ lệ với điện lượng chạy qua bình đó. m = kq *Dòng điện là dòng iôn nên ta có m = moN, mặt khác ta có mo = , với NA là số Avogadro Ta suy ra: m = N, (1) mặt khác ta có q = It = neN với n là hoá trị nguyên tố và e là điện tích nguyên tố. => N = (2) Từ (1) và (2) ta suy ra: m = moN = It Theo định luật Faraday I ta có: k = với F = NAe » 96500 C/mol không đổi đối với mọi nguyên tố. *Cá nhân học sinh tiếp thu và ghi nhớ từ sách giáo khoa. *Học sinh nắm được: Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam của nguyên tố đó. k = c. *C3. Số nguyên tử trong một mol kim loại bằng số Faraday chi cho điện tích nguyên tố. N = Học sinh làm việc theo nhóm để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên; Từ định luật Faraday I và định luật Faraday II ta có: m = với m là khối lượng chất được giải phóng ra khỏi điện cực. Hoạt động 5: Tìm hiểu các ứng dụng của hiện tượng điện phân. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên nhấn mạnh: Hiện tượng điện phân có rất nhiều ứng dụng trong thực tế,