Zobrazit na úvodní stránce článků

Na začátek článku
Titulka > Modul články > Gymnázium > Kompetence komunikativní > Vedení elektrického proudu vodnými roztoky...

Ikona prakticky

Vedení elektrického proudu vodnými roztoky látek

Ikona inspiraceIkona hodina
Autor: Markéta Štefková
Anotace: Popis pokusu, kterým ověřujeme schopnost různých roztoků vést elektrický proud.
Podpora výuky jazyka:
Klíčové kompetence:
  1. Gymnázium » Kompetence komunikativní » používá s porozuměním odborný jazyk a symbolická a grafická vyjádření informací různého typu
  2. Gymnázium » Kompetence k řešení problémů » uplatňuje při řešení problémů vhodné metody a dříve získané vědomosti a dovednosti, kromě analytického a kritického myšlení využívá i myšlení tvořivé s použitím představivosti a intuice
  3. Gymnázium » Kompetence k učení » kriticky přistupuje ke zdrojům informací, informace tvořivě zpracovává a využívá při svém studiu a praxi
Očekávaný výstup:
  1. gymnaziální vzdělávání » Člověk a příroda » Fyzika » Elektromagnetické jevy, světlo » aplikuje poznatky o mechanismech vedení elektrického proudu v kovech, polovodičích, kapalinách a plynech při analýze chování těles z těchto látek v elektrických obvodech
Mezioborové přesahy a vazby:
  1. Gymnaziální vzdělávání -> Chemie
Průřezová témata:
  1. Gymnaziální vzdělávání » Osobnostní a sociální výchova » Seberegulace, organizační dovednosti a efektivní řešení problémů
Organizace řízení učební činnosti: Skupinová
Organizace prostorová: Školní třída, Specializovaná učebna
Nutné pomůcky: Elektrolytická vana, kádinka (50 cm3), uhlíkové elektrody, lžíce, skleněná tyčinka, destilovaná voda, voda z vodovodu, sacharosa, chlorid sodný, vodný roztok krystalického síranu měďnatého
Klíčová slova: skupinová práce, elektrický proud, vodné roztoky, anoda, katoda

Fyzika a chemie jsou přírodní vědy, které se vzájemně prolínají a doplňují. Vymezit vztahy mezi nimi přesně nelze. Téměř každou chemickou změnu provázejí změny fyzikální a naopak mnohé fyzikální procesy mají za následek změny chemické.

Existence interdisciplinárních vztahů těchto dvou oborů vedla k řešení mnohých vědeckých problémů, které dříve chemie sama objasnit nedovedla. Např. vytvoření teorie stavby atomu bylo umožněno objevem elektronu, stanovením jeho hmotnosti a určením velikosti elektrického náboje, stanovením hmotnosti atomů, objevem přirozené radioaktivity a pokusy s rozptylem částic. Také teorie elektrolytické disociace byla objasněna na základě poznatků z těchto dvou oborů.

Úvod

Žáci sami jen velmi obtížně spojují poznatky z jednotlivých předmětů. Žák by si měl ze školy odnést ucelený přehled o přírodě a společnosti, proto se v této laboratorní úloze snažím poukázat na obsahovou koordinaci vzdělávacího obsahu fyziky a chemie. Laboratorní úloha se dá zařadit do obou předmětů, záleží na učiteli, kam ji zařadí.

Návod k úloze obsahuje seznam pomůcek a chemikálií potřebných k provedení pokusu, úkol, popis postupu a pozorování. Při této laboratorní úloze si mají žáci v praxi vyzkoušet platnost již dříve získaných poznatků (z předchozí hodiny) a ve spolupráci s učitelem závěry utřídit a zobecnit.

Průběh hodiny

Žáci budou pracovat ve skupinkách a budou zaznamenávat získané poznatky do tabulky v části "pozorování". Předkládaný pracovní list bude mít každý žák svůj, aby získané poznatky a závěry mohl využít i později. Ke konci vyučovací hodiny učitel společně se žáky zhodnotí jejich dosažené výsledky, ve spolupráci s učitelem pak žáci výsledky ještě zobecní a zformulují závěr. Získané informace je možné doplnit o poznatky o chemických reakcích probíhajících při elektrolýze.

Pracovní listy
VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU VODNÝMI ROZTOKY LÁTEK

Pomůcky:

  • elektrolytická vana (k vybavení elektrolytické vany patří držák elektrod, přepážka s otvorem, žárovka, zdroj napětí - budeme používat zdroj 18 V, voltmetr);
  • kádinka (50 cm3);
  • uhlíkové elektrody;
  • lžíce;
  • skleněná tyčinka.

Chemikálie:

  • destilovaná voda;
  • voda z vodovodu;
  • sacharóza;
  • chlorid sodný;
  • vodný roztok krystalického síranu měďnatého (w =10 %, což odpovídá 10 g síranu na 100 g roztoku).

Úkol:

  • ověřte elektrickou vodivost vybraných vodných roztoků
  • proveďte popsané pokusy a výsledky pozorování zapište do tabulky.
DESTILOVANÁ VODA

Postup:
Kádinku naplníme do tří čtvrtin destilovanou vodou. Do držáku elektrod upevníme dvě uhlíkové elektrody. Ponoříme je do destilované vody v kádince. Sestavíme elektrický obvod podle obr. 1. Zavolejte učitele, aby zkontroloval správnost zapojení. Potom pomocí žárovky pozorujeme, zda obvodem prochází proud, pokud ano, uděláme do tabulky křížek.

 Elektrolytická vana
1. Elektrolytická vana

 

Schéma zapojení obvodu
2. Schéma zapojení obvodu
DESTILOVANÁ VODA SE SACHARÓZOU

Postup:
Přerušíme elektrický obvod. Z kádinky vylijeme roztok chloridu sodného. Kádinku vypláchneme. Do čisté kádinky nalijeme destilovanou vodu a přidáme lžíci sacharózy. Zapojíme elektrický obvod. Pozorujeme, zda obvodem prochází proud, a zaznamenáme to do tabulky.

VODA Z VODOVODU

Postup:
Opět přerušíme elektrický obvod a z kádinky vylijeme roztok sacharózy. Kádinku důkladně propláchneme a nalijeme do ní vodu z vodovodu. Zapojíme elektrický obvod a pozorujeme, zda obvodem prochází proud díky indikací žárovky a zaznamenáme to do tabulky.

DESTILOVANÁ VODA S CHLORIDEM SODNÝM

Postup:
Do destilované vody vsypeme otvorem v držáku elektrod chlorid sodný (stačí na špičku lžičky). Promícháme skleněnou tyčinkou a pozorujeme, zda obvodem prochází elektrický proud, a výsledek pozorování zapíšeme to tabulky.

ELEKTROLÝZA ROZTOKU SÍRANU MĚĎNATÉHO

Úkol:
Ověřte elektrickou vodivost vybraných vodných roztoků jako u předchozích úloh, proveďte popsané pokusy a výsledky pozorování zapište do tabulky. Dále dokažte, že roztoky elektrolytů jsou horšími vodiči než kovy.

Postup:
Kádinku naplníme do tří čtvrtin vodným roztokem krystalického síranu měďnatého (w =10 %). Do kádinky vsuneme přepážku s otvorem (součást vybavení elektrolytické vany) a do roztoku ponoříme dvě uhlíkové elektrody upevněné v poloze 2 a 4. Sestavíme elektrický obvod podle obr.1 a obr. 2. Zavolejte učitele, aby zkontroloval správnost zapojení. Potom pomocí žárovky pozorujeme, zda obvodem prochází proud, pokud ano, uděláme do tabulky křížek. Potom pro urychlení elektrolýzy vyřadíme z obvodu žárovku a pozorujeme, co se děje na uhlíkových elektrodách. Pozorování zapište a později konzultujte s učitelem.

Pozorování:

Obvodem prochází elektrický proud
destilovaná voda
destilovaná voda + NaCl
destilovaná voda + sacharóza
voda z vodovodu
Roztok síranu měďnatého

Závěr

Pokud se žárovka rozsvítila, roztokem procházel elektrický proud. Destilovaná voda a destilovaná voda se sacharózou se nechovají jako vodiče. Voda z vodovodu je vodič, ale elektrický proud vede málo. Roztok chloridu sodného se chová jako dobrý vodič. Na elektrodách bylo možno pozorovat uvolňování bublinek plynu. Probíhá zde chemická reakce.

ANODA: Cl- - e- → Cl
KATODA: 2H+ + 2e- → H2
Na+ + OH- → NaOH

Na anodě mohly tedy žáci pozorovat unikání Cl2, na katodě unikání H2.

Roztoky kyselin, zásad a solí obsahující volně pohyblivé kladně a záporně nabité ionty vedou elektrický proud a nazývají se elektrolyty (např. NaCl rozpuštěný v destilované vodě). Látky, které se ve vodném roztoku neštěpí na volně pohyblivé ionty, proto nevedou elektrický proud (např. destilované voda se sacharózou), nazývají se neelektrolyty.

Roztok síranu měďnatého se také chová jako dobrý vodič. Již asi po dvou minutách se na záporné elektrodě vytvořil silný povlak vyloučené mědi, a to přesně proti otvoru v přepážce. Po vyndání elektrod z roztoku mohou žáci vidět její červené zabarvení. Probíhá zde reakce:

Cu2+ + 2e- → Cu
Na anodě reagují aniony SO42- podle rovnice:
2SO42- + 2H2O → 2H2SO4 + O2 + 4e-

V prostoru anody se tedy zvětšuje koncentrace kyseliny sírové.

Ionty se v elektrolytu snaží pohybovat od jedné elektrody ke druhé nejkratší možnou cestou (proto vidíme vyloučenou měď přesně proti otvoru v přepážce). Vyplývá z toho, že vodivost roztoku elektrolytu je menší, než vodivost uhlíkové elektrody. Je totiž známo, že mezi dvěma body, mezi kterými je elektrické napětí, prochází největší proud cestou nejmenšího odporu. Kdyby byl roztok elektrolytu lepší vodič něž uhlík, pak by elektrický proud přednostně procházel roztokem a do elektrod by vstupoval až u hladiny. Ke stejnému závěru bychom došli i v případě použití kovových elektrod.

Skutečnost, že roztoky elektrolytů jsou horšími vodiči než kovy, je způsobena pohyblivostí nosičů elektrického náboje. U elektrolytů jsou to dosti hmotné a objemné ionty, které jsou často obklopeny molekulami vody. U kovů a uhlíku jsou nosiči elektrického náboje mnohem menší a lehčí elektrony.

Technická poznámka:

Většina technických publikacích doporučuje pro čistění elektrod po provedeném pokusu "ELEKTROLÝZA ROZTOKU SÍRANU MĚĎNATÉHO" mechanický způsob. Já doporučuji přepólování elektrod. Měď se vyloučí zpět do roztoku a obě elektrody budou čisté.

Anotované odkazy:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné anotované odkazy.
Přiřazené DUM:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné DUM.
Přiřazené aktivity:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné aktivity.
 
INFO
Publikován: 07. 12. 2007
Zobrazeno: 8902krát
Hodnocení příspěvku
Hodnocení týmu RVP:
Hodnocení článku : 0

Hodnocení uživatelů:
Hodnocení článku : 4
Hodnotit články mohou pouze registrovaní uživatelé.

zatím nikdo Hodnocení článku : 5
1 uživatel Hodnocení článku : 4
zatím nikdo Hodnocení článku : 3
zatím nikdo Hodnocení článku : 2
zatím nikdo Hodnocení článku : 1
Jak citovat tento materiál
ŠTEFKOVÁ, . Vedení elektrického proudu vodnými roztoky látek. Metodický portál: Články [online]. 07. 12. 2007, [cit. 2019-11-20]. Dostupný z WWW: <https://clanky.rvp.cz/clanek/c/GM/1747/VEDENI-ELEKTRICKEHO-PROUDU-VODNYMI-ROZTOKY-LATEK.html>. ISSN 1802-4785.
Licence Licence Creative Commons

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons.


Komentáře
Příspěvek nebyl zatím komentován.
Vložit komentář:

Pro vložení komentáře je nutné se přihlásit.