SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG TÂY HỒ  BÀI DỰ THI VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN ĐỂ GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN CHO HỌC SINH THPT Nhóm học sinh Bùi Lan Nhi Ngày sinh: 18/12/1998 Đậu Hồng Quân Ngày sinh: 22/3/1998 Lớp: 11A1 Lớp: 11A1 Ứng dụng kiến thức liên môn Vật lí Hóa học Năm học 2014 - 2015 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG TÂY HỒ  BÀI DỰ THI VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN ĐỂ GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN CHO HỌC SINH THPT Nhóm học sinh Bùi Lan Nhi Ngày sinh: 18/12/1998 Đậu Hồng Quân Ngày sinh: 22/3/1998 Lớp: 11A1 Lớp: 11A1 Năm học 2014 – 2015 ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG ĐIỆN PHÂN TRONG VIỆC MẠ ĐIỆN (Ứng dụng kiến thức môn Vật lý Hóa học) I MỤC TIÊU GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG - Giải thích sở khoa học tượng điện phân việc mạ điện - Ứng dụng để mạ điện số sản phảm - Một số tồn biện pháp hạn chế việc mạ điện II TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG Phương pháp thu thập kiến thức, tài liệu Phương pháp tự học, tự nghiên cứu Phương pháp quan sát tự thực hành thí nghiệm Phương pháp thực hành mạ điện số sản phẩm III GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG - Thành lập nhóm nghiên cứu - Tiến hành nghiên cứu thực tế lý thuyết thực hành - Tổng hợp kết quả, đề xuất kiến nghị IV TIẾN TRÌNH GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG A Lời mở đầu Mạ điện quy trình công nghệ áp dụng khoa học kĩ thuật mang tính ứng dụng cao đời sống người, phương pháp có hiệu để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn môi trường khí Các vật mạ điện có giá trị trang trí cao, bền rẻ Từ vật dụng nhỏ thường thấy: đinh tán, ốc vít, trang sức, máy móc, chi tiết nội thất, phải thông qua trình mạ điện đến tay người tiêu dùng Như vậy, ngành mạ điện đóng vai trò quan trọng sống người! Để đáp ứng nhu cầu phát triển công nghiệp, nước ta trọng đến công nghệ hình thức cụm công nghiệp làng nghề truyền thống Nhưng qua khảo sát thực tiễn nhóm chúng em, kĩ thuật mạ thủ công hộ gia đình tư nhân làng nghề lạc hậu, nhiều hạn chế, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường mà chất lượng sản phẩm không đảm bảo Chính lí nên nhóm chúng em định chọn đề tài nghiên cứu quy trình mạ điện hi vọng đưa đề xuất khắc phục tình trạng trên, đồng thời nâng cao kiến thức kĩ thực hành thân! B Cơ sở lý thuyết: I Kiến thức chương trình: Môn Vật lý: Bài 19: Dòng điện chất điện phân – Định luật Faraday – SGK nâng cao vật lý 11 Môn Hóa học: Bài 22; Sự điện phân – SGK nâng cao Hóa học 12 II Tổng hợp số kiến thức liên quan đến trình mạ điện Mạ điện: - Mạ điện trình điện phân, anot (cực dương) xảy trình oxy hóa (hòa tan kim loại hay giải phóng khí oxi), catot (cực âm) xảy trình khử (khử ion kim loại từ dung dịch mạ thành lớp kim loại bám vật mạ hay trình phụ giải phóng khí hiđro…) có dòng điện chiều qua dung dịch mạ Ví dụ: Khi mạ đồng, anot làm đồng nối với cực dương nguồn điện, catot vật cần mạ nối với cực âm nguồn điện, anot catot nhúng dung dịch CuSO4, sau thời gian điện phân đồng bị tan phần vào dung dịch bề mặt catot có lớp đồng mỏng bám vào Thí nghiệm ( clip) Xin kính mời Quý vị đại biểu, Ban giám khảo thầy cô xem đoạn clip mà nhóm chúng em thực làm thí nghiệm phòng thí nghiệm Vật lý – trường THPT Tây Hồ Giải thích tượng: a Theo “ Sự điện phân – Hóa học 12” Ở anot ( cực +), nguyên tử Cu bị ôxi hóa thành Cu2+ vào dung dịch: Cu (r) → Cu2+ (dd) + 2e Trong điện phân anot bị hòa tan Ở catot ( cực -), ion Cu2+ bị khử thành nguyên tử Cu bám bề mặt catot : Cu2+ (dd) + 2e → Cu (r) Phương trình điện phân: Cu (r) + Cu2+ (dd) → Cu2+ (dd) + Cu (r) Phương trình điện phân cho thấy nồng độ Cu 2+ dung dịch làm không đổi Sự điện phân coi chuyển dời kim loại từ anot catot b Theo “ Dòng điện chất điện phân – Định luật Faraday – Vật lý 11” Khi hòa đồng sunfat vào dung môi, dung dịch xuất dung ion Cu 2+ (SO4)2 - Đặt vào hai cực bình điện phân hiệu điện thế, tác dụng điện trường, ion Cu2+ dịch chuyển catot, nhận hai eelectron từ nguồn điện tới trở thành nguyên tử đồng bám vào catot: Cu2+ + 2e- → Cu Ở anot, êlectron bị kéo cực dương nguồn điện, tạo điều kiện hình thành Cu 2+ bề mặt anot tiếp xúc với dung dịch: Cu → Cu2+ + 2eKhi (SO4)2 – chạy anot, kéo Cu2+ vào dung dịch Đồng anot tan vào dung dịch gây tượng cực dương tan Kết cực dương làm đồng bị hao dần đi, catot lại có đồng bám vào c Định luật Fraday điện phân Nhà vật lí học phát minh định luật Khối lượng chất giải phóng điện cực tính công thức: m= A It F n Với F = 96.500: Hằng số Faraday A: Số khối n: Hóa trị I: Cường độ dòng điện chạy qua t: Thời gian dòng điện chạy qua C Ứng dụng thường gặp Một cách đơn giản hiểu mạ điện trình kết tủa kim loại lên bề mặt lớp phủ có tính chất cơ, lí, hóa đáp ứng yêu cầu mong muốn người sử dụng Mạ kim loại không nhằm mục đích bảo vệ khỏi bị ăn mòn mà có tác dụng trang trí, làm tăng vẻ đẹp, sức hấp dẫn cho dụng cụ máy móc đồ trang sức Chúng em xin giới thiệu ứng dụng mạ điện mà tất thấy hàng ngày! Mạ inox • Các chi tiết nội thất phòng tắm • Dụng cụ nhà bếp Mạ đồng • Các vật dụng trang trí bàn thờ • Trang sức Mạ Niken • Đinh tán, ốc vít • Chìa khóa D Chuyến khảo sát thực tiễn làng nghề mạ điện Đại Bái – Bắc Ninh 10 Từ nghiên cứu lí thuyết thực hành thí nghiệm, chúng em đến sở mạ điện thủ công tư nhân, trải nghiệm thực tế trình mạ niken lên phụ tùng nhỏ thiết bị máy móc phương pháp mạ quay Có hội trở thành người nghề, tự tay làm sản phẩm mạ điện, sau kiến thức kinh nghiệm nhóm chúng em đúc kết sau chuyến bổ ích ấy! Kính mời thầy cô bạn theo chân chúng em đến sở mạ điện clip ghi lại chuyến thực tế đến Bắc Ninh! Quy trình mạ Niken a Chuẩn bị dụng cụ - Vật cần mạ - Một đôi găng tay dày - Dung dịch axit sungfuric - Dung dịch axit clohidric - Lồng nhựa có kim loại dẫn điện xuyên qua lỗ thủng nhỏ xung quanh - Thanh kim loại Niken nguyên chất - Một bể mạ chứa dung dịch muối Niken ( VD: Niken Sunfat)  Chú ý: - Do yêu cầu dòng điện chạy qua bể mạ phải dòng điện chiều mà mạng điện gia đình dòng điện xoay chiều nên thiết phải có chuyển đổi từ dòng điện xoay chiều sang chiều - Trong trình thực đeo găng tay để tránh tiếp xúc với hóa chất b Các bước thực trình mạ thủ công Công đoạn - Bước 1: Ngâm vật cần mạ vào hai dung dịch axit sunfuric dung dịch axit clohidric - Bước 2: Đặt kim loại Niken nguyên chất ngập khoảng 2/3 vào bể mạ tiếp xúc với cực dương nguồn - Bước 3: - Đổ vật cần mạ vào lồng nhựa đặt vào bể mạ cho kim loại xuyên qua lồng phải tiếp xúc với cực âm nguồn - Vật cần mạ phải ngập hoàn toàn dung dịch muối niken bể - Bước 4: Bật cầu dao để bể mạ thực trình mạ điện, chờ thời gian  Với phương pháp mạ quay, đầu kim loại lồng ghép với động giúp lồng quay Mục đích - Làm bụi bẩn, dầu nhớt bám bề mặt vật cần mạ - Giúp niken bám dễ dàng lên vật cần mạ - Đảm bảo lớp mạ sản phẩm - Tùy vào mục đích, nhu cầu sử dụng sản phẩm mà thời gian mạ ngắn dài - Vật cần mạ liên tục đảo lồng đảm bảo niken bám bám chặt 11 bể mạ - Bước 5: Kêt thúc trình mạ, ngắt cầu dao, đem lồng khỏi bể mạ, kiểm tra sản phẩm  Kết quả: Vật cần mạ làm đồng ban đầu có màu vàng , sau mạ xong chuyển sang màu trắng Niken Những hạn chế tồn quy trình mạ thủ công • Nguy hiểm người trực tiếp tham gia vào quy trình mạ điện:  Dụng cụ bảo hộ lao động sơ sài  Dòng điện hai cực nguồn tiếp xúc trực tiếp với không khí • Ô nhiễm môi trường:  Không khí: mùi hóa chất bốc lên  Đất nước: Chất thải, hóa chất dư thừa trình mạ xả thẳng đường cống sinh hoạt người dân Dưới hình ảnh chúng em chụp đường cống hai bên đường làng nghề! 12 13 Chất cặn bẩn màu xanh phế phẩm dung dịch muối Niken qua sử dụng V KẾT QUẢ TIẾN TRÌNH GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG Đề xuất kiến nghị - Cần có khóa đào tạo bản, khoa học cho tư nhân có sở mạ điện thủ công mặt kiến thức vật lí, hóa học mạ điện quy trình lao động an toàn - Chú trọng đầu tư trang thiết bị, máy móc, dụng cụ nâng cao chất lượng sản phẩm sau mạ điện - Chất thải xuyên suốt trình mạ điện phải qua xử lí hóa học kĩ lưỡng trước xả môi trường (bao gồm chất thải khí lỏng) - Cần nghiên cứu thêm phương pháp mạ điện mới, mang lại hiệu tốt Ý nghĩa việc giải tình Kết thúc trình nghiên cứu, nhóm học sinh chúng em nhận thấy: - Mạ điện ngành mang tính ứng dụng quan trọng thú vị kết hợp hai môn vật lí hóa học Các sản phẩm mạ điện xuất nơi xung quanh chúng ta, giúp đỡ người, đặc biệt công nghiệp Chúng đảm bảo tiêu chí mặt thẩm mĩ lẫn nâng cao chất lượng! - Vận dụng kiến thức liên môn vào giải tình giúp học sinh chúng em bồi dưỡng thêm khả đánh giá, tổng hợp, xâu kết kiến thức học ứng dụng vào thực tế hàng ngày Biết vận dụng học đôi với hành Thấy việc vận dụng lí thuyết vào thực tế có hiệu quả, cảm thấy hứng thú học hỏi Cuộc thi “Vận dụng kiến thức liên môn để giải tình thực tiễn cho học sinh THPT” cho chúng em hội giao lưu, học hỏi, nâng cao kĩ mềm cho thân! Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô xem qua thuyết trình chúng em! Nhóm chúng em mong nhận ý kiến đánh giá, nhận xét thầy cô để hoàn thiện đề tài này! Tây Hồ, ngày tháng năm 2015 Nhóm nghiên cứu tình 14 ... 2015 ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG ĐIỆN PHÂN TRONG VIỆC MẠ ĐIỆN (Ứng dụng kiến thức môn Vật lý Hóa học) I MỤC TIÊU GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG - Giải thích sở khoa học tượng điện phân việc mạ điện - Ứng dụng để. .. kiến thức học ứng dụng vào thực tế hàng ngày Biết vận dụng học đôi với hành Thấy việc vận dụng lí thuyết vào thực tế có hiệu quả, cảm thấy hứng thú học hỏi Cuộc thi Vận dụng kiến thức liên môn. .. – SGK nâng cao vật lý 11 Môn Hóa học: Bài 22; Sự điện phân – SGK nâng cao Hóa học 12 II Tổng hợp số kiến thức liên quan đến trình mạ điện Mạ điện: - Mạ điện trình điện phân, anot (cực dương) xảy