118. Енергія хімічних реакцій. Частина 2

Урок №118. Енергія хімічних реакцій. Частина 2

---

Мета уроку:

•  Ознайомити учнів з поняттям енергії хімічних реакцій та механізмами її перетворення.
• Розкрити принцип роботи гальванічного елемента як джерела електричної енергії.
• Пояснити роль окисно-відновних процесів у створенні електричного струму.
• Сприяти розвитку навичок дослідження, аналізу й критичного мислення через експериментальну діяльність.

Цілі сталого розвитку: 

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

• 7.  Відновлювальна енергія;
• 9. Інновації та інфраструктура;
• 12. Відповідальне споживання.

Ключові слова: гальванічний елемент, акумулятор, батарея, електрохімічний ряд металів, електродний потенціал, окисник, відновник, катод, анод.

План уроку:

1. Батарейки, акумулятори;
2. Електрохімія. Гальванічний елемент;
3. Розв’язок завдань для кращого розуміння теми;
4. “Лимонна батарейка”;
5. Рефлексія.

Очікувані результати для учнівства:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 2 хвилин

Тримайтеся, це лише на 45 хвилин! 
Очікувані результати для вчителя: Такі самі, як в учнів!

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 2 хв.

Обговоріть з учнями: Що спільного у об’єктів, представлених на картинці?

Запитайте у учнів: Що таке батарейка? Що таке акумулятор?
У чому полягає відмінність між батарейкою та акумулятором?

Поміркуйте, що спільного між об’єктами, представленими нижче?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 10 хв.
Продемонструйте учням презентацію, яка містить ключову інформацію:
Що таке акумулятори? 
Що таке гальванічний елемент?
Які бувають типи батарей?

Багато хімічних реакцій відбувається самовільно. Під час їхнього перебігу виділяється теплота. Енергію хімічної реакції можна перетворювати в інший вид енергії.

Пристрої, які трансформують енергію окисно-відновних реакцій в електричну енергію, називають хімічними джерелами струму. Вперше такий пристрій сконструював італійський вчений Алессандро Вольта у 1800 році. Він назвав його гальванічним елементом на честь фізіолога Луїджі Гальвані, який вивчав процеси в живих організмах, пов’язані з електрикою.

Гальванічний елемент – це хімічне джерело живлення, в якому використовується різниця електродних потенціалів двох металів, занурених у електроліт. Гальванічний елемент є пристроєм, який перетворює енергію хімічної реакції безпосередньо на електричну енергію. Через це гальванічні елементи також називають хімічними джерелами струму (ХДС). Особливістю окисно-відновних реакцій у гальванічному елементі є те, що електрони від відновника до окисника переносяться не безпосередньо від однієї частинки до іншої, а зовнішнім електричним ланцюгом, отже вони можуть здійснювати електричну роботу.

Як правило, гальванічний елемент складається з двох різних металів, занурених в окремий електроліт. Кожен з електродів разом з електролітом, у який він занурений, утворює напівелемент. Напівелементи можуть бути з’єднані між собою за допомогою соляного містка (рис. а) або відокремлені один від одного пористою мембраною (рис. б). Класичним прикладом гальванічного елемента є елемент Якобі-Даніеля: цинковий і мідний електроди, занурені відповідно у розчини солей цинку та міді (рис. нижче).

На поверхні кожного з металів, занурених в електроліт, утворюється подвійний електричний шар внаслідок переходу частини атомів металу в розчин у вигляді іонів. Як наслідок, кожен із металів отримує електричний заряд. Якщо з’єднати електроди провідником, то заряд стікатиме від електрода з більшим потенціалом до електрода з меншим потенціалом, утворюючи електричний струм.

У ряду активності цинк розташований лівіше за мідь, отже, він більш активний відновник і легше віддає електрони, ніж мідь. Унаслідок цього в металевому дроті відбувається спрямований рух електронів від цинкової пластинки (аноду) до мідної (катоду) — виникає електричний струм. Одночасно на цинковому електроді виникає нестача електронів, завдяки чому рівновага, що встановилася на ньому, зміщується в бік утворення йонів Zn²⁺:

Zn⁰ → Zn²⁺ + 2e^–

А на мідному електроді виникає надлишок електронів, і рівновага зміщується в бік осадження йонів Cu²⁺ на пластинці:

Cu²⁺ + 2e^– → Cu⁰

В ході цих процесів відбувається розчинення цинкового електроду і відкладення міді на мідному.

Чим більша різниця активності металів (тобто чим далі один від одного вони розташовані в ряду активності), тим більшу ЕРС (електрорушійну силу) матиме гальванічний елемент.
Так, наприклад, стандартний елемент Якобі-Даніеля має ЕРС близько 1,3 В.
(Текст: О. Григорович, “Хімія 11 клас”, 2024 р.).

У ХІХ столітті було винайдено сухі гальванічні елементи, які містили не розчини, а вологі пастоподібні суміші. Найпоширенішим серед них є манган-цинковий елемент (див. малюнок).
Його корпус виготовлено із цинку, який слугує анодом (це — негативний полюс джерела струму). Усередині гальванічного елемента міститься волога суміш манган(IV) оксиду, графітового порошку, хлоридів цинку й амонію. У неї занурений графітовий стержень, що є катодом — позитивним полюсом джерела струму. Гальванічний елемент герметизовано смолою.

Цинк окиснюється: Zn⁰ – 2e → Zn²⁺. 

Унаслідок цього корпус гальванічного елемента поступово руйнується.
Манган, який міститься в оксиді MnO2, відновлюється:  Mn⁴⁺ + e^– → Mn³⁺

На полюсах цього гальванічного елемента виникає напруга в 1,5 В. 

Загальна схема реакції: Zn + 2MnO₂ + 2NH₄Cl → 2MnO (OH) + [Zn (NH₃)₂]Cl₂

Цинк-срібний гальванічний елемент, крім цинку, містить аргентум(І) оксид і калій гідроксид.
Окисно-відновна реакція, яка відбувається під час його роботи: 

Zn + Ag2O + 2KOH + H2O = K2[Zn(OH)4] + 2Ag

Електричні акумулятори — це також гальванічні елементи, але, завдяки особливостям конструкції та використаних матеріалів, їх можна відновлювати — регенерувати.

У гальванічних елементах із часом упродовж роботи витрачаються певні речовини або відбуваються інші процеси, унаслідок яких ЕРС знижується. На відміну від одноразових елементів, акумулятори можна відновити майже до первісного стану, підключивши їх до зовнішньої електричної мережі.
Під дією зовнішнього джерела струму окисно-відновна реакція всередині акумулятора перебігає у зворотному напрямку — відбувається зарядка акумулятора.
(Текст: О. Григорович, “Хімія 11 клас”, 2024 р.).

Кислотний свинцевий акумулятор є в будь-якому автомобілі й використовується для підпалювання паливно-повітряної суміші у двигуні внутрішнього згоряння.
Свинцеві електроди цього акумулятора занурені в 33%-й розчин сульфатної кислоти (H2SO4).
Генерація струму відбувається внаслідок реакції:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 ⇄ 2PbSO4 + 2H2O.

Найбільші недоліки таких акумуляторів: необхідність періодично замінювати концентровану сульфатну кислоту, громіздкість та велика маса.

Останнім часом найбільшого поширення в побутовій електротехніці набули літій-іонні акумулятори, а в електромобілях — літій-іонні акумуляторні батареї.
У цих пристроях електричний струм зумовлений переносом катіонів Літію від анода до катода.

Літій-іонні та літій-полімерні акумулятори дедалі частіше застосовують в електронних пристроях: смартфонах, ноутбуках, фото- та відеокамерах тощо. У них електродами зазвичай є:
мідна фольга, вкрита графітом, та алюмінієва фольга, вкрита літій-кобальт оксидом (ІІІ).
Носієм заряду є йони Li⁺.

У літій-іонних акумуляторів є значний недолік: протягом тривалої експлуатації всередині них накопичується водень, унаслідок чого вони «розпухають», а також починають дуже нагріватися під час зарядження і стають вогненебезпечними.

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 15 хв.

УВАГА! Для виконання деяких завдань знадобиться ряд активності металів. Користуйтеся!

Завдання № 1.

Визначте, яким може бути склад гальванічного елемента (матеріал електродів та склад електролітів), у якому відбуваються процеси:

Zn⁰ + 2OH⁻ − 2e⁻ → Zn(OH)₂

MnO₂ + H₂O + e⁻ → MnO(OH) + OH⁻

Дайте відповіді на запитання:

1. Який електрод буде анодом, а який — катодом?
2. Який електроліт може бути використаний у цьому елементі?
3. Який метал буде відновлюватися, а який — окиснюватися?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завдання № 1. Склад гальванічного елемента:

• Анод: цинк (Zn)
• Катод: покритий оксидом марганцю(IV) електрод (MnO₂)
• Електроліт: водний розчин лугу, наприклад, KOH або NaOH

Цинк окиснюється на аноді;
Марганець відновлюється на катоді;
Електроліт містить гідроксид-іони, які беруть участь у реакціях.

Завдання № 2.

Поясніть, чому відпрацьовані гальванічні елементи, особливо свинцеві акумулятори, нікель-кадмієві батарейки (NiCd), ртутно-кадмієві батарейки (HgCd), потребують утилізації?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завдання № 2. Відпрацьовані гальванічні елементи містять токсичні метали (найнебезпечніші серед них ртуть, кадмій, свинець). Викинуті в ґрунт чи водойми батарейки та акумулятори швидко руйнуються, а токсичні речовини, які вони містять, по ланцюгах живлення потрапляють всередину тварин та людей, спричиняючи різні захворювання, зокрема центральної нервової системи. Токсичні метали здатні накопичуватися в організмі, позбутися їх потім надзвичайно складно.

Завдання № 3.

Розгляньте схему, представлену нижче. За механічного пошкодження, перезаряджання або надмірного нагрівання літієві батареї та акумулятори можуть спалахнути і вибухнути.
Якими речовинами можна скористатися для гасіння літієвої батареї?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завдання № 3. Для гасіння літієвих батарей можна скористатися піском, глиною, кухонною сіллю або іншими сухими негорючими порошками.

Задача № 4.

Електрохімічна корозія виникає при контакті двох металів у середовищі водних розчинів електролітів. Електрохімічна корозія супроводжується переміщенням валентних електронів з однієї ділянки металу на іншу, тобто виникненням місцевих електричних струмів внаслідок утворення на кородуючій поверхні так званих гальванічних пар. Швидкість електрохімічної корозії залежить від багатьох факторів, зокрема від різниці активності металів, що утворюють гальванічні пари.
Чим більш віддалені ці метали один від одного в електрохімічному ряді напруг (ряд активності металів), тим більша швидкість корозії.

Корозія заліза відбувається за реакцією: 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3.
Для захисту від корозії залізо покривають тонким шаром цинку. Проаналізуйте схему корозії оцинкованого заліза та поясніть, чому для захиста заліза використовують саме цинк?
Що в цій гальванічній парі буде катодом, а що — анодом? 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завдання № 4.
Цинк більш активний, ніж залізо (в електрохімічному ряді напруг він стоїть лівіше за залізо).
При контакті цинку і заліза у вологому середовищі утворюється гальванічна пара, де:

• Цинк – анод (руйнується)
• Залізо – катод (захищене)

Цинк жертвує собою, окиснюється першим. Саме тому його використовують для цинкування заліза, наприклад, у виготовленні дахів, відер, труб і корпусів кораблів. Такий захист працює навіть при появі подряпин.

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 15 хв.
Перед роботою пригадайте разом з учнями правила техніки безпеки. 

Обов’язково скажіть: після дослідів використані фрукти та овочі їсти не можна!
Слідкуйте, щоб учні дотримувались покрокової інструкції. 
Допомагайте учням, консультуйте їх!

Лимонна батарейка

Овочі та фрукти мають свій сік, який можна використовувати як електроліт.
Якщо встромити, наприклад, у лимон два цвяхи (один цинковий, другий з міді) і під’єднати їх до електричного навантаження, почнеться процес окиснення і відновлення, в якому лимонна кислота виступає електролітом, цинк – анодом, а мідь – катодом. Через хімічні процеси з’явиться напруга.
Якщо взяти декілька таких елементів, то можна ввімкнути світлодіодний ліхтарик.

Обладнання: різні овочі та фрукти; відрізки мідного дроту; відрізки алюмінієвого або сталевого дроту (або залізні цвяхи); вольтметри або мультиметри (якщо є); з’єднувальні провідники.

Покрокова інструкція:

1. Обережно почавіть лимон (шкірку не здирайте). Це потрібно для того, щоб всередині лимона зібралось більше соку.
2. Візьміть лимони, у кожен встроміть відрізок мідного дроту та цинковий цвях (або дріт). Електроди не мають не торкатися один одного.

3. З’єднайте мідь одного лимона з цинком наступного лимона за допомогою “крокодильчиків”. Наприклад: мідь лимона № 1 — з цинком лимона № 2.
   Повторіть для всіх 4 лимонів — утвориться ланцюг із 4 послідовно з’єднаних елементів.
   На початку ланцюга залишиться вільний цинковий електрод (першого лимона), а в кінці — вільний мідний електрод (четвертого лимона).

4. Під’єднайте довгу ніжку світлодіода (анод) до мідного вільного електрода (кінець ланцюга),
   коротку ніжку (катод) — до вільного цинкового електрода (початок ланцюга).
   Якщо світлодіод не світиться — поміняйте полярність (переверніть дроти).

5. Виконайте попередні кроки з іншими наявними овочами або фруктами: замість лимона можна використати апельсин або лайм. Також можна використати картоплю або помідор. Повторіть дослід, використовуючи інші наявні металеві пластини (стрижні або фольгу) в різних комбінаціях. Наприклад, замініть цинковий цвях на залізний дріт або магнієву стрічку.

6. (Якщо є вольтметр або мультиметр) Під’єднайте до елементу вольтметр або мультиметр у режимі вимірювання напруги, визначте показники. 
7. Дійдіть висновків щодо того, з яких овочів або фруктів та з використанням яких металів як електродів можна отримувати найкращі гальванічні елементи; які характеристики мають такі гальванічні елементи.
8. Пам’ятайте! Після дослідів використані фрукти їсти не можна!

ВИСНОВОК:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 2 хв.

Обговоріть з учнями проведене заняття. 

Виконайте вправу “Світлофор” до сьогоднішньої теми.

Червоне світло: Що залишилося незрозумілим?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Жовте світло: Що потрібно ще допрацювати або вивчити глибше?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Зелене світло: Що я вже добре зрозумів і можу пояснити іншому?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

Відео:

• Як було створено літій-іону батарею?

• “How to dispose of your dead batteries the right way”

• “Why It’s So Hard To Recycle Electric-Car Batteries | World Wide Waste”

• “Types of Battery | Different Types of Battery | Classification of Battery”

Урок №118. Енергія хімічних реакцій. Частина 2

---

Мета уроку:

•  Ознайомити учнів з поняттям енергії хімічних реакцій та механізмами її перетворення.
• Розкрити принцип роботи гальванічного елемента як джерела електричної енергії.
• Пояснити роль окисно-відновних процесів у створенні електричного струму.
• Сприяти розвитку навичок дослідження, аналізу й критичного мислення через експериментальну діяльність.

Цілі сталого розвитку: 

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

• 7.  Відновлювальна енергія;
• 9. Інновації та інфраструктура;
• 12. Відповідальне споживання.

Ключові слова: гальванічний елемент, акумулятор, батарея, електрохімічний ряд металів, електродний потенціал, окисник, відновник, катод, анод.

План уроку:

1. Батарейки, акумулятори;
2. Електрохімія. Гальванічний елемент;
3. Розв’язок завдань для кращого розуміння теми;
4. “Лимонна батарейка”;
5. Рефлексія.

Очікувані результати для учнівства:

---

Поміркуйте, що спільного між об’єктами, представленими нижче?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

Багато хімічних реакцій відбувається самовільно. Під час їхнього перебігу виділяється теплота. Енергію хімічної реакції можна перетворювати в інший вид енергії.

Пристрої, які трансформують енергію окисно-відновних реакцій в електричну енергію, називають хімічними джерелами струму. 
Вперше такий пристрій сконструював італійський вчений Алессандро Вольта у 1800 році.
Він назвав його гальванічним елементом на честь фізіолога Луїджі Гальвані, який вивчав процеси в живих організмах, пов’язані з електрикою.

Гальванічний елемент – це хімічне джерело живлення, в якому використовується різниця електродних потенціалів двох металів, занурених у електроліт. Гальванічний елемент є пристроєм, який перетворює енергію хімічної реакції безпосередньо на електричну енергію. Через це гальванічні елементи також називають хімічними джерелами струму (ХДС). Особливістю окисно-відновних реакцій у гальванічному елементі є те, що електрони від відновника до окисника переносяться не безпосередньо від однієї частинки до іншої, а зовнішнім електричним ланцюгом, отже вони можуть здійснювати електричну роботу.

Як правило, гальванічний елемент складається з двох різних металів, занурених в окремий електроліт. Кожен з електродів разом з електролітом, у який він занурений, утворює напівелемент. Напівелементи можуть бути з’єднані між собою за допомогою соляного містка (рис. а) або відокремлені один від одного пористою мембраною (рис. б). Класичним прикладом гальванічного елемента є елемент Якобі-Даніеля: цинковий і мідний електроди, занурені відповідно у розчини солей цинку та міді (рис. нижче).

На поверхні кожного з металів, занурених в електроліт, утворюється подвійний електричний шар внаслідок переходу частини атомів металу в розчин у вигляді іонів. Як наслідок, кожен із металів отримує електричний заряд. Якщо з’єднати електроди провідником, то заряд стікатиме від електрода з більшим потенціалом до електрода з меншим потенціалом, утворюючи електричний струм.

У ряду активності цинк розташований лівіше за мідь, отже, він більш активний відновник і легше віддає електрони, ніж мідь. Унаслідок цього в металевому дроті відбувається спрямований рух електронів від цинкової пластинки (аноду) до мідної (катоду) — виникає електричний струм. Одночасно на цинковому електроді виникає нестача електронів, завдяки чому рівновага, що встановилася на ньому, зміщується в бік утворення йонів Zn²⁺:

Zn⁰ → Zn²⁺ + 2e^–

А на мідному електроді виникає надлишок електронів, і рівновага зміщується в бік осадження йонів Cu²⁺ на пластинці:

Cu²⁺ + 2e^– → Cu⁰

В ході цих процесів відбувається розчинення цинкового електроду і відкладення міді на мідному.

Чим більша різниця активності металів (тобто чим далі один від одного вони розташовані в ряду активності), тим більшу ЕРС (електрорушійну силу) матиме гальванічний елемент.
Так, наприклад, стандартний елемент Якобі-Даніеля має ЕРС близько 1,3 В.
(Текст: О. Григорович, “Хімія 11 клас”, 2024 р.).

У ХІХ столітті було винайдено сухі гальванічні елементи, які містили не розчини, а вологі пастоподібні суміші. Найпоширенішим серед них є манган-цинковий елемент (див. малюнок).
Його корпус виготовлено із цинку, який слугує анодом (це — негативний полюс джерела струму). Усередині гальванічного елемента міститься волога суміш манган(IV) оксиду, графітового порошку, хлоридів цинку й амонію. У неї занурений графітовий стержень, що є катодом — позитивним полюсом джерела струму. Гальванічний елемент герметизовано смолою.

Цинк окиснюється: Zn⁰ – 2e → Zn²⁺. 

Унаслідок цього корпус гальванічного елемента поступово руйнується.
Манган, який міститься в оксиді MnO2, відновлюється:  Mn⁴⁺ + e^– → Mn³⁺

На полюсах цього гальванічного елемента виникає напруга в 1,5 В. 

Загальна схема реакції: Zn + 2MnO₂ + 2NH₄Cl → 2MnO (OH) + [Zn (NH₃)₂]Cl₂

Цинк-срібний гальванічний елемент, крім цинку, містить аргентум(І) оксид і калій гідроксид.
Окисно-відновна реакція, яка відбувається під час його роботи: 

Zn + Ag2O + 2KOH + H2O = K2[Zn(OH)4] + 2Ag

Електричні акумулятори — це також гальванічні елементи, але, завдяки особливостям конструкції та використаних матеріалів, їх можна відновлювати — регенерувати.

У гальванічних елементах із часом упродовж роботи витрачаються певні речовини або відбуваються інші процеси, унаслідок яких ЕРС знижується. На відміну від одноразових елементів, акумулятори можна відновити майже до первісного стану, підключивши їх до зовнішньої електричної мережі.
Під дією зовнішнього джерела струму окисно-відновна реакція всередині акумулятора перебігає у зворотному напрямку — відбувається зарядка акумулятора.
(Текст: О. Григорович, “Хімія 11 клас”, 2024 р.).

Кислотний свинцевий акумулятор є в будь-якому автомобілі й використовується для підпалювання паливно-повітряної суміші у двигуні внутрішнього згоряння.
Свинцеві електроди цього акумулятора занурені в 33%-й розчин сульфатної кислоти (H2SO4).
Генерація струму відбувається внаслідок реакції:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 ⇄ 2PbSO4 + 2H2O.

Найбільші недоліки таких акумуляторів: необхідність періодично замінювати концентровану сульфатну кислоту, громіздкість та велика маса.

Останнім часом найбільшого поширення в побутовій електротехніці набули літій-іонні акумулятори, а в електромобілях — літій-іонні акумуляторні батареї.
У цих пристроях електричний струм зумовлений переносом катіонів Літію від анода до катода.

Літій-іонні та літій-полімерні акумулятори дедалі частіше застосовують в електронних пристроях: смартфонах, ноутбуках, фото- та відеокамерах тощо. У них електродами зазвичай є:
мідна фольга, вкрита графітом, та алюмінієва фольга, вкрита літій-кобальт оксидом (ІІІ).
Носієм заряду є йони Li⁺.

У літій-іонних акумуляторів є значний недолік: протягом тривалої експлуатації всередині них накопичується водень, унаслідок чого вони «розпухають», а також починають дуже нагріватися під час зарядження і стають вогненебезпечними.

---

УВАГА! Для виконання деяких завдань знадобиться ряд активності металів. Користуйтеся!

Завдання № 1.

Визначте, яким може бути склад гальванічного елемента (матеріал електродів та склад електролітів), у якому відбуваються процеси:

Zn⁰ + 2OH⁻ − 2e⁻ → Zn(OH)₂

MnO₂ + H₂O + e⁻ → MnO(OH) + OH⁻

Дайте відповіді на запитання:

1. Який електрод буде анодом, а який — катодом?
2. Який електроліт може бути використаний у цьому елементі?
3. Який метал буде відновлюватися, а який — окиснюватися?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завдання № 2.

Поясніть, чому відпрацьовані гальванічні елементи, особливо свинцеві акумулятори, нікель-кадмієві батарейки (NiCd), ртутно-кадмієві батарейки (HgCd), потребують утилізації?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завдання № 3.

Розгляньте схему, представлену нижче. За механічного пошкодження, перезаряджання або надмірного нагрівання літієві батареї та акумулятори можуть спалахнути і вибухнути.
Якими речовинами можна скористатися для гасіння літієвої батареї?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задача № 4.

Електрохімічна корозія виникає при контакті двох металів у середовищі водних розчинів електролітів. Електрохімічна корозія супроводжується переміщенням валентних електронів з однієї ділянки металу на іншу, тобто виникненням місцевих електричних струмів внаслідок утворення на кородуючій поверхні так званих гальванічних пар. Швидкість електрохімічної корозії залежить від багатьох факторів, зокрема від різниці активності металів, що утворюють гальванічні пари.
Чим більш віддалені ці метали один від одного в електрохімічному ряді напруг (ряд активності металів), тим більша швидкість корозії.

Корозія заліза відбувається за реакцією: 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3.
Для захисту від корозії залізо покривають тонким шаром цинку. Проаналізуйте схему корозії оцинкованого заліза та поясніть, чому для захиста заліза використовують саме цинк?
Що в цій гальванічній парі буде катодом, а що — анодом? 

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

Лимонна батарейка

Овочі та фрукти мають свій сік, який можна використовувати як електроліт.
Якщо встромити, наприклад, у лимон два цвяхи (один цинковий, другий з міді) і під’єднати їх до електричного навантаження, почнеться процес окиснення і відновлення, в якому лимонна кислота виступає електролітом, цинк – анодом, а мідь – катодом. Через хімічні процеси з’явиться напруга.
Якщо взяти декілька таких елементів, то можна ввімкнути світлодіодний ліхтарик.

Обладнання: різні овочі та фрукти; відрізки мідного дроту; відрізки алюмінієвого або сталевого дроту (або залізні цвяхи); вольтметри або мультиметри (якщо є); з’єднувальні провідники.

Покрокова інструкція:

1. Обережно почавіть лимон (шкірку не здирайте). Це потрібно для того, щоб всередині лимона зібралось більше соку.
2. Візьміть лимони, у кожен встроміть відрізок мідного дроту та цинковий цвях (або дріт). Електроди не мають не торкатися один одного.

3. З’єднайте мідь одного лимона з цинком наступного лимона за допомогою “крокодильчиків”. Наприклад: мідь лимона № 1 — з цинком лимона № 2.
   Повторіть для всіх 4 лимонів — утвориться ланцюг із 4 послідовно з’єднаних елементів.
   На початку ланцюга залишиться вільний цинковий електрод (першого лимона), а в кінці — вільний мідний електрод (четвертого лимона).

4. Під’єднайте довгу ніжку світлодіода (анод) до мідного вільного електрода (кінець ланцюга),
   коротку ніжку (катод) — до вільного цинкового електрода (початок ланцюга).
   Якщо світлодіод не світиться — поміняйте полярність (переверніть дроти).

5. Виконайте попередні кроки з іншими наявними овочами або фруктами: замість лимона можна використати апельсин або лайм. Також можна використати картоплю або помідор. Повторіть дослід, використовуючи інші наявні металеві пластини (стрижні або фольгу) в різних комбінаціях. Наприклад, замініть цинковий цвях на залізний дріт або магнієву стрічку.

6. (Якщо є вольтметр або мультиметр) Під’єднайте до елементу вольтметр або мультиметр у режимі вимірювання напруги, визначте показники. 
7. Дійдіть висновків щодо того, з яких овочів або фруктів та з використанням яких металів як електродів можна отримувати найкращі гальванічні елементи; які характеристики мають такі гальванічні елементи.
8. Пам’ятайте! Після дослідів використані фрукти їсти не можна!

ВИСНОВОК:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

Виконайте вправу “Світлофор” до сьогоднішньої теми.

Червоне світло: Що залишилося незрозумілим?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Жовте світло: Що потрібно ще допрацювати або вивчити глибше?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Зелене світло: Що я вже добре зрозумів і можу пояснити іншому?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

Відео:

• Як було створено літій-іону батарею?

• “How to dispose of your dead batteries the right way”

• “Why It’s So Hard To Recycle Electric-Car Batteries | World Wide Waste”

• “Types of Battery | Different Types of Battery | Classification of Battery”