TRƯỜNG THPT VÕ VĂN KIỆT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BẠC LIÊU
TRƯỜNG THPT VÕ VĂN KIỆT

1. Họ và tên: Nguyễn Đức Thưởng
Ngày sinh 19/03/1965; Môn: Vật Lí
Điện thoại: 0918440692; Email: [email protected]
2. Họ và tên: Trần Quang Điện
Ngày sinh: 01/9/1978; Môn: Vật Lí
Điện thoại: 0913631226; Email: [email protected]

1


TRƯỜNG THPT VÕ VĂN KIỆT

PHIẾU MÔ TẢ DỰ ÁN DẠY HỌC – MÔN VẬT LÝ
Sở Giáo dục – Đào tạo Bạc Liêu
1. Họ và tên: Nguyễn Đức Thưởng
Ngày sinh 19/03/1965; Môn : Vật Lí
Điện thoại: 0918440692; Email: [email protected]
2. Họ và tên: Trần Quang Điện
Ngày sinh: 01/9/1978; Môn: Vật Lí
Điện thoại: 0913631226; Email: [email protected]
1. Tên dự án dạy học
TIẾT 26, 27: BÀI 14: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN
Tích hợp môn hóa học vào dạy học bài “ Dòng điện trong chất điện phân.
Sách giáo khoa Vật lý 11.
2. Mục tiêu dạy học
2.1. Kiến thức

lũy thừa.
2.1.4. Đối với môn Sinh học:
a/ Sinh học lớp 10 Bài 11- VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT QUA MÀNG SINH
CHẤT
- Các con đường vận chuyển các chất qua màng sinh chất. Phân biệt được các
hình thức vận chuyển thụ động, chủ động, xuất bào và nhập bào.
- Phân biệt được thế nào là khuếch tán, thẩm thấu, dung dịch (ưu trương, nhược
trương và đẳng trương).
b/ Sinh học lớp 11 Bài 28 - Điện thế nghỉ và điện thế hoạt động
- Điện thế nghỉ: là sự chênh lệch điện thế giữa hai bên màng tế bào khi tế bào
nghỉ ngơi (không bị kích thích), phía trong màng tế bào tích điện âm so với phía
ngoài màng tích điện dương.
2.2. Kỹ năng
2.2.2. Đối với môn Vật lý:
+ Rèn kỹ năng thí nghiệm.
+ Kỹ năng vận dụng kiến thức đã biết vào bài học như:
- Vận dụng kiến thức về dòng điện để kết luận trong chất điện phân có các
hạt tải điện tự do.
r
r
- Vận dụng công thức F = q.E để tìm hiểu xem các hạt tải điện tự do trong
chất điện phân chuyển động như thế nào dưới tác dụng của điện trường.
- Vận dụng thuyết electron để giải thích số phân tử phân li phụ thuộc vào
nhiệt độ.
- Vận dụng định luật Ôm cho dòng điện trong chất điện phân.
- Vận dụng đường đặc tuyến Vôn- Ampe của dòng điện trong chất điện
phân để xây dựng định luật I Faraday.
+ Kỹ năng ứng dụng lý thuyết vào thực tiễn: Mạ điện, đúc điện, luyện
kim..
2.2.3. Đối với môn Hóa học:

2.2.4. Đối với môn Toán học: Rèn luyện kỹ năng tính toán, sử dụng máy tính
Casio.
2.2.5. Đối với môn Sinh học:
- Rèn luyện kĩ năng quan sát, phân tích, so sánh, tổng hợp kiến thức.
- Rèn luyện được khả năng quan sát hình, khai thác thông tin từ hình ảnh.
- Rèn kĩ năng làm việc nhóm.
- sự chênh lệch nồng độ Na+, K+ hai bên màng; tính thấm của màng đối với ion
K+ (cổng Kali mở để ion kali đi từ trong ra ngoài); lực hút tĩnh điện giữa các ion
trái dấu; hoạt động của bơm Na – K.

4


TRƯỜNG THPT VÕ VĂN KIỆT

2.3. Tư duy và thái độ:
- Có hứng thú học môn vật lý nói chung và bài dòng điện trong chất điện
phân nói riêng.
- Yêu thích tìm tòi, khám phá các thành tựu khoa học.
- Có thái độ khách quan, trung thực, có tác phong nghiêm túc, ham học hỏi.
- Có tinh thần nhiệt tình, hợp tác làm việc.
- Có ý thức vận dụng kiến thức đã biết vào bài học...
- Theo tài liệu Giáo dục bảo vệ môi trường trong môn Sinh học THPT, liên
hệ:
3. Đối tượng dạy học của bài học
- Tôi đã tiến hành dạy tại lớp 11C3 trường THPT Võ Văn Kiệt.
- Số lượng học sinh tham gia: 37 học sinh trong đó có 23 nữ và 14 nam, học
theo chương trình cơ bản. Nhận thức của học sinh tương đối đồng đều, đa số các
em có điều kiện thường xuyên sử dụng máy vi tính và làm quen với sự trợ giúp
của máy vi tính...

+ Truy cập internet để tìm kiếm thông tin về công nghệ mạ điện, đúc điện,
luyện kim, điều chế hóa chất bằng phương pháp điện phân phục vụ cho bài học...
5.2. Học liệu:
ĐIỆN PHÂN VÀ ỨNG DỤNG.
I. Xử lý nước thải.
I.1. Định nghĩa.
Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người
và bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng.
Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất gây ô nhiễm có trong nước, làm
sạch nước và có thể đưa nước đổ vào nguồn hoặc đưa vào tái sử dụng.

6


TRƯỜNG THPT VÕ VĂN KIỆT

I.2. Phân loại.
Nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh. Theo cách phân loại
này, có các loại nước thải sau đây:
- Nước thải sinh hoạt: là nước thải ra từ các khu dân cư, khu vực hoạt động
thương mại, công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác.

Hình 2. Nước thải từ khu dân cư- xả trực
tiếp xuống kênh Nhiêu Lộc- Thị Nghè
(TP Hồ Chí Minh).

- Nước thải công nghiệp: là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động, có cả
nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu.

Hình 3. Sông Thị Vải bị ô nhiễm


I.3. Vai trò của việc xử lý nước thải.
Nền văn minh của nhân loại càng phát triển, các đô thị mọc lên và được
mở rộng một cách nhanh chóng. Vì vậy, nước thải sinh hoạt và chất thải công
nghiệp từ các khu công nghiệp, thành phố gây ra sự ô nhiễm nặng nề đối với môi
trường nước và ngày càng trở thành vấn đề cấp bách mang tính chất xã hội và
chính trị của cộng đồng. Bản thân nước thải chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong
đó có rất nhiều các virut, vi khuẩn gây bệnh như tả, lị, thương hàn,… chất độc
gây chết nhiều sinh vật, nếu đi vào cơ thể con người, sẽ tích tụ lại trong cơ thể và
gây bệnh. Nhiều công ty, xí nghiệp không xử lý nước thải gây ảnh hưởng xấu
đến môi trường đã phải chịu sự trừng phạt của pháp luật.
Vì vậy, xử lý nước thải sẽ góp phần phát triển kinh tế, tiết kiệm nguồn
nước sạch mà hơn hết nó góp phần bảo vệ sức khỏe cho con người, giữ cho môi
trường thêm sạch đẹp.

Hình 6. Hệ thống xử lý
nước thải công nghiệp.

Các phương pháp xử lý nước thải bao gồm: Cơ học, hóa lý, hóa học và sinh học.
I.4. Xử lý nước thải bằng điện phân.
Sử dụng các quá trình oxi hóa anot và khử của catot để làm nước thải
khỏi các tạp chất hòa tan và phân tán. Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên
các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải. Phương pháp này có

9


TRƯỜNG THPT VÕ VĂN KIỆT

sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản, tự động hóa mà không cần sử dụng các tác

và luyện kim màu, công nghiệp hóa chất…ngoài chứa các xyanua đơn giản
(KCN, NaCN) còn có các xyanua phức của kẽm, đồng, sắt và các kim loại khác.
CNO- + 2H 2 O → NH +4 + CO32-

Oxi hóa anot của xyanua:

Quá trình oxi hóa cũng có thể dẫn đến sự tạo thành nitơ:
2CNO- + 4OH - - 6e → N 2 ↑ + 2CO 2 ↑ + 2H 2O

Phương pháp này có hiệu quả xử lý gần 100%.
I.4.1.2. Kỹ thuật oxi hóa bằng NaOCl mới sinh.
Trong kỹ thuật này, NaOCl mới sinh do quá trình điện phân dung dịch NaCl
không có màng ngăn sẽ oxi hóa CN- theo phản ứng:
CN - + ClO − ⇔ CNO- + Cl2CNO- + 3ClO − + 2H 2O ⇔ 2CO 2 ↑ + 3Cl - + 2OH −

Phương pháp này có ưu điểm là không cần thêm hóa chất từ bên ngoài, nước sau
khi xử lý có thể quay lại quá trình sản xuất từ ban đầu.
I.4.2. Khử kim loại nặng.
Các quá trình khử của catot được ứng dụng để loại các ion kim loại ra khỏi
nước thải với sự tạo thành cặn, nhằm chuyển các cấu tử gây ô nhiễm thành các
hợp chất ít độc hơn hoặc về dạng dễ tách ra khỏi nước như cặn, khí. Quá trình
này có thể được sử dụng để làm sạch nước thải ra khỏi các ion kim loại nặng độc
hại như Pb2+, Sn2+, Hg2+, Cu2+, As3+ và Cr6+. Quá trình khử của catot đối với ion
kim loại xảy ra như sau: Me n+ + ne → Men. Ở đây, các kim loại lắng lên catot và
được thu hồi.
Ví dụ: Quá trình khử hợp chất crom đã đạt đến mức độ làm sạch cao: nồng
độ của chúng từ 1000 tới còn 1g/ml. Năng lượng tiêu tốn cho làm sạch vào
khoảng 0,12 kWh/m3. Trong điện phân nước thải chứa H 2Cr2O7, giá trị tối ưu pH

11

catot được làm từ hỗn hợp C và S. Các ion này lắng trên cực ở dạng sunfua hoặc
bisunfua và được tách ra bằng phương pháp cơ học.
Cũng có thể sử dụng các phản ứng khử tách chất gây ô nhiễm bằng cách
chuyển chúng sang pha khí. Ví dụ: Khử NH4NO3 trên điện cực than chì, quá trình
xảy ra như sau:
NH4NO3 + 2H+ + 2e → NH4NO2 + H2O
NH4NO2 → N2↑+ 2H2O
II. Điện phân sản xuất.
II.1. Sản xuất các chất vô cơ.
II.1.1. Điện phân nóng chảy.
- Phương pháp điện phân nóng chảy được dùng để điều chế các kim loại
hoạt động mạnh như: Na, K, Mg, Ca, Ba, Al,…
+ Nhôm được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy Al 2O3 nguyên
chất ở 2000oC với criolit (criolit, một mặt tăng tính dẫn điện của chất lỏng điện
phân, tiết kiệm năng lượng, mặt khác, nó có khối lượng riêng nhỏ hơn nhôm, nổi
lên trên và ngăn cản nhôm bị oxi hóa trong không khí).
0
Catot: 2Al3+ + 6e → 2Al
3
2

Anot: 3O 2- → O 2 + 6e

dpnc
→ 4Al + 3O2↑
Hay: Al2O3 
criolit

12



Catot: Na + + 1e → Na

1
2

Anot: Cl- → Cl2 ↑ + 1e
1
2

dpnc
→ Na + Cl 2 ↑
Hay: NaCl 

II.1.2. Điện phân dung dịch.
Dùng để điều chế các kim loại hoạt động trung bình và yếu: Fe, Cu, Ag,…
và nước trong dung dịch đóng vai trò để các cation và anion di chuyển về các
điện cực, đôi khi tham gia vào phản ứng điện cực. Tuy nhiên, thực tế người ta ít
dùng điện phân, thay vào đó là nhiệt luyện.
- Một lượng lớn xút, khí clo, khí oxi, khí hidro, các hợp chất chứa oxi của
clo (hypoclorit, clorat) được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch.
+ Xút và khí clo được sản xuất từ nguyên liệu vô cùng rẻ là muối ăn.
NaCl → Na + + Cl-

13


TRƯỜNG THPT VÕ VĂN KIỆT

Catot: 2H 2O + 2e → H 2 ↑ + 2OH Anot: 2Cl- → Cl2 ↑ + 2e

dp
2H2O 
→ 2H2↑ + O2↑
+ Phương pháp điện phân còn được dùng để điều chế nước oxi già, các

hợp chất feroxit, pemanganat, mangan đioxit,…

Hình 11. Nước oxi già.

Điện phân

dung dịch H2SO4 50% hoặc dung dịch

(NH4)2SO4 trong

H2SO4 với mặt của dòng điện lớn và điện

cực platin ở nhiệt độ 5- 10 oC. Tuy cơ chế chi tiết của quá trình điện phân vẫn
chưa biết rõ hoàn toàn, nhưng cơ chế chung như sau:
2HSO-4  S2 O82- + 2H + + 2e
2SO 2-4  S2 O82- + 2e
Axit peoxitdi sufuric (H2S2O8) được tạo nên khi điện phân sẽ kết hợp với
H 2S2 O8 + 2H 2 O  2H 2SO 4 + H 2 O 2
nước tạo thành H2O2:
Chưng cất hỗn hợp thu được ở áp suất thấp sẽ thu được dung dịch H 2O2

loãng. Nhược điểm: nguyên liệu đắt và tốn nhiều điện năng.
II.2. Tổng hợp các chất hữu cơ.
Tổng hợp các chất hữu cơ bằng phương pháp điện phân là một lĩnh vực được
nhiều nhà khoa học quan tâm và đã có rất nhiều công trình công bố.



TRƯỜNG THPT VÕ VĂN KIỆT

Tuy nhiên cho đến nay, phương pháp điện phân dùng để tổng hợp chất
hữu cơ vẫn chưa được sử dụng rộng rãi.
III. Tinh luyện kim loại bằng điện phân.
Tinh luyện một số kim loại: Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au…
Nguyên tắc: Dùng ngay kim loại cần tinh chế làm anot. Khi điện phân,
kim loại anot bị hòa tan chuyển vào dung dịch và kết tủa lại trên catot dưới dạng
tinh khiết (tạp chất hoặc chất không tan chuyển thành bùn anot, hoặc tan chuyển
vào dung dịch nhưng không kết tủa ở catot).
Luyện kẽm thông dụng nhất là điện phân dung dịch ZnSO 4. Sản phẩm Zn
thu được có thể đạt 99,99%. Do quá thế (*) của H 2 trên Zn rất cao nên Zn có thể
kết tủa trong môi trường axit với hiệu suất rất cao. Tuy nhiên, ở một số vị trí, quá
thế (*) hidro thấp, nên sự có mặt các tạp chất, chúng sẽ kết tủa đồng thời với Zn
như: Cu, Bi, Ge và Sb không chỉ làm giảm hiệu suất dòng mà còn ngăn không
cho Zn kết tủa. Vì vậy mục đích xử lý quặng Zn là để tạo ra dung dịch kẽm
sunfat không có tạp chất, tránh ảnh hưởng không tốt đến phản ứng catot.
Đồng được sản xuất bằng các quá trình luyện kim chứa nhiều tạp chất.
Tạp chất ảnh hưởng xấu đến tính chất cơ, điện của Cu. Phương pháp điện phân
tinh luyện sẽ cải thiện tính chất điện của Cu. Lý do thứ hai của điện phân tinh
luyện là tách các kim loại quý như Au, Ag, Pt, Pd. Các kim loại tạp chất có mặt
ở anot đồng, như Fe, Zn cũng bị oxi hóa thành Fe 2+ và Zn2+ trong dung dịch song
chúng không bị khử ở catot tại thế khử đồng. Các kim loại có thế dương điện
hơn như vàng, bạc không bị oxi hóa anot và đọng lại ở đáy bình điện phân khi
anot đồng bị hòa tan. Bằng cách này đồng đạt độ tinh khiết là 99,5%.
IV. Tách và phân tích các chất trong hỗn hợp.
Phương pháp điện phân là một trong các phương pháp được dùng trong
phân tích và có tầm quan trọng nhất định. Bởi phương pháp điện phân cho kết

được các kim loại, nhất là kim loại quý tinh khiết như vàng, bạc…

18


TRƯỜNG THPT VÕ VĂN KIỆT

Hình 13. Sơ đồ thiết bị bình điện phân
dùng catot đáy thủy ngân
1. Bình điện phân
2. Catot Hg
3. Cực calomen
4. Anot Pt
5. Đầu tiếp xúc
6. Máy khuấy
7. Ống dẫn khí
8. Nắp đậy.

Ví dụ: Tách Cd khỏi Zn.
Giả sử có dung dịch chứa lượng vết Zn 2+ bên cạnh lượng Cd2+. Để tách,
người ta dùng nền axit sunfuric loãng. Thêm vào 200ml dung dịch phân tích 45g hidrazin sunfat (để loại oxi hòa tan trong dung dịch). Tiến hành điện phân với
điện cực AgCl là điện cực so sánh để kết tủa thực tế hoàn toàn Cd vào Hg. Để
xác định lượng vết Cd đó, sau khi kết thúc điện phân, ta rửa sạch catot bằng
nước cất rồi khuấy lớp thủy ngân đó với dung dịch Hg2+ loãng, toàn bộ Cd hòa
tan trong Hg sẽ chuyển vào trong dung dịch theo phản ứng:
Cd + Hg2+→ Cd2+ + Hg
Sau đó xác định lượng Cd2+ trong dung dịch trên bằng phương pháp cực phổ.
Ví dụ: Tách Cu2+; Pb2+; Bi3+.
Trong nền tactrat 0,5M với pH= 4.5 hoặc 5 có mặt gielatin với nồng độ 0,005%
các ion Cu2+; Pb2+; Bi3+ có thế nửa sóng tách nhau đủ lớn. Cu 2+ -0.09V; Bi3+

khác dễ nặn, rồi quét lên đó một lớp than chì (graphit) mỏng để cho bề mặt
khuôn trở nên dẫn điện. Khuôn này được dùng làm cực âm, còn cực dương được
làm bằng kim loại mà ta muốn đúc và dung dịch điện phân là muối của kim loại
đó.

20


TRƯỜNG THPT VÕ VĂN KIỆT

Khi đặt một hiệu điện thế vào 2 điện cực đó, kim loại sẽ kết thành một lớp
trên khuôn đúc, dày hay mỏng là tùy thuộc vào thời gian điện phân. Sau đó
người ta tách lớp kim loại ra khỏi khuôn và được vật cần đúc. Muốn vậy, người
ta chế tạo mẫu vật, chẳng hạn bằng nhôm rồi mạ lên nó lớp đồng có chiều dày
cần thiết, sau đó hòa tan mẫu vật trong axit clohidric hay kiềm, nhôm tan đi để
lại sản phẩm bằng đồng có hình dạng và chiều dày mong muốn.
VI. Gia công điện phân qua ống hình.
VI.1. Giới thiệu.
Gia công điện phân qua ống hình là phương pháp gia công điện phân trong
đó sử dụng dung dịch điện phân axit. Phương pháp này được phát triển và hoàn
thiện bởi General
Electric Aircraft Engine Group để gia công lỗ có tỉ lệ giữa chiều sâu và đường
kính lớn. Loại lỗ này khó hoặc không thể gia công bằng khoan thông thường
cũng không gia công điện hóa thông thường được vì phương pháp điện hóa
thông thường tạo ra chất kết tủa không tan làm ngăn cản quá trình gia công. Để
giải quyết khó khăn đó, phương pháp gia công điện phân qua ống hình sử dụng
chất điện phân axit do đó hòa tan kim loại thành dung dịch thay cho việc tạo ra
chất kết tủa.
VI.2. Đặc điểm.
Tương tự như hệ thống gia công điện phân thông thường, hệ thống này

TRƯỜNG THPT VÕ VĂN KIỆT

VI.3. Ưu điểm.
- Có thể gia công đồng thời nhiều lỗ rất sâu.
- Có thể gia công với vật liệu rất cứng với lỗ có hình dạng bất kỳ.
- Không cần phải có người điều khiển vì quá trình điện phân tự xảy ra bên trong.
- Không làm cháy hay hỏng tổ chức tế vi lớp bề mặt.
VI.4. Nhược điểm.
- Hệ thống, dụng cụ gia công phức tạp và thải ra nhiều chất độc hại cho môi
trường.
- Quá trình điện phân sử dụng dung dịch điện phân axit nên đòi hỏi thiết bị phải chịu
được axit.
- Không thể gia công titan nguyên chất và kim loại chịu nhiệt.
VI.5. Ứng dụng.
- Gia công các lỗ làm mát ở cánh quạt tuốc bin, van tuốc bin.
- Gia công các đường dầu, các lỗ vòi phun nhiên liệu.

Hình 15 . Vòi phun nhiên liệu.

- Gia công các lỗ không cho phép gia công xung điện vì có hiện tượng cháy.
- Gia công các dãy lỗ làm bằng kim loại chống ăn mòn có tính gia công thấp
hoặc bằng kim loại có độ bền cao.

23


TRƯỜNG THPT VÕ VĂN KIỆT

VII. MẠ ĐIỆN.
VII.1. Định nghĩa.

(người Anh) sử dụng KCN cho dung dịch mạ vàng, bạc. Tiếp bước
Wright, George Richard Elkington và Henry Elkington đã nhận được bằng sáng
chế kĩ thuật mạ điện vào năm 1840. Hai năm sau đó, ngành công nghiệp mạ điện
tại Birmingham đã có sản phẩm mạ điện trên khắp thế giới.

Hình 18. George Richard Elkington
(1801- 1865).

VII.3. Quá trình xử lý bề mặt.
Trước khi nhúng chi tiết vào bể điện phân, bề
mặt chi tiết cần phải thật bằng phẳng, sắc nét, bóng, tuyệt đối sạch các chất dầu
mỡ, các màng oxit có thể có. Trong điều kiện như vậy, lớp mạ thu được mới có độ
bám tốt, không xước, không sần sùi, bóng sáng đều, toàn lớp mạ được đồng nhất .
Gia công bề mặt kim loại trước khi mạ bao gồm hai phương pháp sau:
- Phương pháp gia công cơ khí: mài thô, mài tinh, đánh bóng, quay bóng
hay xóc bóng trong thùng quay, chải, phun cát,…
- Phương pháp gia công hóa học hay điện hóa học: tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ, tẩy
lại làm bóng bề mặt, rửa sạch.

25