Създаване на батерия за почистване на сребро
Раздел
Разтвори и химични реакции във водни разтвори / Окислително-редукционни процеси. Електролиза.
Времетраене
45 минути
Цели по предметно знание:
Учениците:
- дефинират понятията химична реакция, химично съединение, електрони, йони, хидролиза, окисление, редукция, електрически ток, електролит, електролиза;
- описват факторите, които влияят върху скоростта на реакцията;
- анализират получените резултати.
Необходими материали:
- Малък сребърен предмет, например обица или посребрена монета, използван в предходния урок;
- Нитрилни ръкавици;
- Кухненска хартия;
- Гореща вода;
- Печка, електрическа кана или малък котлон за загряване на водата;
- Мерителна чаша;
- Алуминиево фолио;
- Плитък пластмасов или стъклен съд, който може да побере 1 чаша вода;
- Трапезна сол (натриев хлорид) – около 10 грама;
- Малка купа;
- Дестилирана вода;
- Потопяем термометър;
- Пластмасова лъжица;
- Мобилен телефон с камера;
- Таймер;
- Писалка или молив;
- Технологична карта “Почистване на среброто”;
- Работен лист “Потъмняване на среброто”.
Когато часът започне, поздравете учениците за добре свършената работа и положените до момента усилия. Работните групи трябва да извадят сребърните предмети от пликовете с цип и да ги измият с вода. Изглеждат ли различно? След като вече разполагат с потъмнели сребърни предмети, те трябва да анализират причините за наблюдаваното потъмняване.
На база възложеното за домашна работа проучване за свойствата на среброто, насърчете учениците да направят аргументирано предположение за същността на наблюдаваната реакция.
Дискутирайте с класа:
- какви са физичните и химичните свойства на среброто;
- с какви химични елементи реагира;
- при химично взаимодействие с кой от тези елементи се получава наблюдаваното потъмняване на среброто.
Напишете на дъската химичното уравнение, което отразява окислително-редукционната реакция на потъмняване на среброто.
Инструкции
“Всяка група трябва да извади сребърния си предмет от плика с цип и да го измие с вода. Разгледайте добре предметите. Наблюдава ли се някаква промяна? На какво може да се дължи? На база проучването, което направихте за домашна работа, всяка група трябва да направи аргументирано предположение за причините за потъмняването на среброто. С какво химично уравнение може да бъде представена реакцията?”
Обобщение
“Открихме, че предметите, които поставихме в пликовете с яйцата, значително са променили своя вид. Това се дължи на протичащата окислително-редукционна реакция, при която среброто (Ag) реагира с кислород (O2) в присъствието на сероводород (H2S) и се окислява, превръщайки се в положително зареден сребърен йон. Сребърните катиони се свързват с отрицателно заредените серни аниони от сероводородния газ (H2S) във въздуха, за да създадат сребърен сулфид (Ag2S) - черното потъмняване на сребърната повърхност. Тези знания ще ни бъдат необходими, за да измислим как да отстраним потъмняването, без да нараняваме повърхността на предметите.”
Важно!
Ако от предходния ви час с класа са минали повече от три дни може да се наложи да извадите предварително предметите от пликовете и да изхвърлите яйцата, за да избегнете появата на плесени и неприятни миризми.
Направете кратка дискусия за методите на почистване на сребърни предмети. Генерирайте различни идеи и обсъдете как те биха се отразили на повърхността им.
Представете метода, който ще използвате в настоящата дейност - учениците ще направят електрохимично почистване на среброто. На практика това означава, че окислително-редукционният процес на потъмняване на среброто ще бъде обърнат наобратно - електроните, които среброто е загубило по време на химичната реакция на потъмняване, се връщат обратно при него. Това е възможно, благодарение на факта, че различните метали имат различен окислително-редукционният потенциал - способност да приемат и отдават електрони.
- Дискутирайте с учениците къде могат да проверят какъв е окислително-редукционният потенциал на химичните елементи.
Освен метали с различен редокс-потенциал, за целите на експеримента ще бъде необходим също и електролит. Той позволява на йони да се движат между двата метала и да балансират по този начин зарядите на електрохимичната реакция.
По време на експеримента учениците трябва да приготвят електролитни разтвори с определена концентрация, в които ще протече реакцията. След това поставят в тях потъмнелите сребърни предмети и парче алуминиево фолио. Засичат за колко време ще протече реакцията.
Инструкции
- “Видяхме, че сребърните предмети са променили своя цвят и вече знаем на какво се дължи това. Как можем да върнем предходния им вид? Ще променят ли различните методи на почистване повърхността на предметите? Днес ще използваме електрохимични методи за почистване на сребро, като вземем предвид различния окислително-редукционен потенциал на металите.
- Всяка работна група трябва да създаде своеобразна батерия, с която да изчисти своя сребърен предмет. За целта ще трябва да създадете електролитен разтвор с определена концентрация и да поставите в него вашия сребърен предмет и парче алуминиево фолио. След това всяка група трябва да засече колко време е необходимо за почистването на сребърните предмети. Следвайте внимателно стъпките в технологичната карта, която ви раздадох, като спазвате правилата за безопасност при работа с химически реактиви, режещи инструменти и електрически уреди.”
Обобщение
“С помощта на тази дейност видяхме как можем да създадем насочено движение на заредени частици в желана от нас посока. Насоченото движение на електрони на практика представлява електрически ток, затова така направената установка за протичане на реакцията може да се нарече „батерия за почистване на сребро“. В присъствието на електролитен разтвор и алуминий, серните атоми се прехвърлиха от среброто към алуминия, образувайки алуминиев сулфид. Алуминият отдели електрони, които сребърните атоми получиха, когато се разкъсаха връзките им със серните атоми. Установихме, че този процес протече с различна скорост при всяка от групите. В следващата дейност ще открием причините за това.”
Важно!
- Всяка работна група ще работи с различна концентрация на електролитния разтвор, за да може да се направи сравнение на скоростта на протичане на реакцията при различни условия. Определете предварително с какво количество разтворена готварска сол ще работи всяка от групите. Примерни количества могат да бъдат например 0, 1, 2, 3, 4, 5 грама сол за 100 милилитра вода.
- Насърчете учениците да направят снимка на предметите си преди и след реакцията. Могат дори да заснемат видео как потъмняването изчезва.
- Възложете на учениците да попълнят задачи 6-10 в Работния лист “Потъмняване на среброто”, след края на експеримента.
Сравнете получените резултати. Всяка група трябва да запише на дъската с каква концентрация на електролитния разтвор е работила и за колко време се е осъществил окислително-редукционният процес на почистване на среброто.
Могат ли учениците да открият закономерност между скоростта на химичната реакция и концентрацията на електролитния разтвор?
Инструкции
“Нека заедно да разгледаме получените резултати. По един ученик от всяка група трябва да запише на дъската какво количество натриев хлорид е използвала неговата група за създаването на електролитния разтвор и за колко време е протекла реакцията на почистване на среброто.”
Обобщение
“Открихме, че скоростта на електрохимичната реакция е пряко свързана с концентрацията на електролитния разтвор. В електролитите с по-висока концентрация има по-голямо количество свободни йони, които могат да пренасят заряди между среброто и алуминия и по този начин преносът на електрони се осъществява много по-бързо. Чистата вода също съдържа свободни йони, но концентрацията им е много ниска, затова на практика тя не провежда електрически ток, и електрохимична реакция (като електролиза) почти не протича.”
Важно!
Направете таблица на дъската, в която работните групи да нанесат концентрацията на своя електролит и времето за протичане на реакцията.
В края на часа отделете няколко минути, за да обобщите получените резултати. Учениците от всяка работна група трябва да попълнят в работните листове наблюденията си по отношение на следните въпроси:
- Защо електроните се прехвърлят от среброто към алуминия?
- Как концентрацията на електролитния разтвор влияе върху скоростта на реакцията?
- Каква е ролята на електролитния разтвор за осъществяването на реакцията?
- Къде е "батерията" в проведения експеримент?
Инструкции
“Сега всеки от вас самостоятелно трябва да отбележи в работния си лист направените наблюдения по време на експеримента. Отговорете на поставените въпроси в работния лист и направете изводи за същността на химичната реакция и начина на нейното протичане.”
Обобщение
“Днес изследвахме как се случват окислително-редукционните реакции и какви са факторите за тяхното протичане. Видяхме и реалната полза от познаването на окислително-редукционния потенциал на веществата, като се справихме с един често срещан битов проблем, без да се налага да използваме опасни реактиви или да прекараме часове наред в механично почистване на сребърните предмети.”
Важно!
Следете работата на гимназистите и им помагайте, ако срещат затруднения.Следете работата на гимназистите и им помагайте, ако срещат затруднения.
