VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN tình huống ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG ĐIỆN PHÂN TRONG VIỆC MẠ ĐIỆN

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
1. Bùi Lan Nhi
Ngày sinh: 18/12/1998
2. Đậu Hồng Quân
Ngày sinh: 22/3/1998

Lớp: 11A1
Lớp: 11A1

Ứng dụng kiến thức liên môn Vật lí và 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
3. Bùi Lan Nhi
Ngày sinh: 18/12/1998
4. Đậu Hồng Quân
Ngày sinh: 22/3/1998

Lớp: 11A1
Lớp: 11A1

2


Năm học 2014 – 2015
ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG ĐIỆN PHÂN TRONG VIỆC MẠ ĐIỆN
(Ứng dụng kiến thức môn Vật lý và Hóa học)
I . MỤC TIÊU GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG
- Giải thích được cơ sở khoa học của hiện tượng điện phân trong việc mạ điện
- Ứng dụng để mạ điện một số sản phảm.
- Một số tồn tại và biện pháp hạn chế trong việc mạ điện .
II. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN GIẢI QUYẾT TÌNH
HUỐNG
1. Phương pháp thu thập kiến thức, tài liệu.
2. Phương pháp tự học, tự nghiên cứu
3. Phương pháp quan sát và tự thực hành thí nghiệm
4. Phương pháp thực hành mạ điện một số sản phẩm.
III . GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG
- Thành lập nhóm nghiên cứu.
- Tiến hành nghiên cứu thực tế về lý thuyết và thực hành.
- Tổng hợp các kết quả, đề xuất và kiến nghị.

IV . TIẾN TRÌNH GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG
A. Lời mở đầu
Mạ điện là quy trình công nghệ áp dụng khoa học kĩ thuật mang tính ứng dụng cao
trong đời sống của con người, là một trong những phương pháp rất có hiệu quả để bảo
vệ kim loại khỏi bị ăn mòn trong môi trường và khí quyển. Các vật mạ điện có giá trị
trang trí cao, bền và rẻ. Từ những vật dụng nhỏ nhất chúng ta thường thấy: đinh tán, ốc
vít, trang sức,... cho đến máy móc, chi tiết nội thất,... đều phải thông qua quá trình mạ
điện mới đến tay người tiêu dùng.
Như vậy, ngành mạ điện đóng vai trò hết sức quan trọng đối với cuộc sống của
con người! Để đáp ứng nhu cầu phát triển công nghiệp, nước ta hiện nay cũng đang chú
trọng đến công nghệ này trên hình thức các cụm công nghiệp làng nghề truyền thống.
Nhưng qua khảo sát thực tiễn của nhóm chúng em, kĩ thuật mạ thủ công của từng hộ gia
3


đình tư nhân ở các làng nghề còn rất lạc hậu, nhiều hạn chế, gây ảnh hưởng xấu đến
môi trường mà chất lượng sản phẩm cũng không được đảm bảo. Chính vì lí do đó nên
nhóm chúng em quyết định chọn đề tài nghiên cứu về quy trình mạ điện hi vọng có thể
đưa ra những đề xuất khắc phục tình trạng trên, đồng thời nâng cao kiến thức và kĩ năng
thực hành của bản thân!

B. Cơ sở lý thuyết:
I. Kiến thức trong chương trình:
1. Môn Vật lý:
Bài 19: Dòng điện trong chất điện phân – Định luật Faraday – SGK nâng cao vật lý
11
2. Môn Hóa học:
Bài 22; Sự điện phân – SGK nâng cao Hóa học 12
II. Tổng hợp một số kiến thức liên quan đến quá trình mạ điện
1.

Mạ điện:
- Mạ điện là quá trình điện phân, trong đó anot (cực dương) xảy ra quá trình oxy hóa
(hòa tan kim loại hay giải phóng khí oxi), còn catot (cực âm) xảy ra quá trình khử (khử
ion kim loại từ dung dịch mạ thành lớp kim loại bám trên vật mạ hay quá trình phụ giải
phóng khí hiđro…) khi có dòng điện một chiều đi qua dung dịch mạ.
Ví dụ: Khi mạ đồng, anot được làm bằng một thanh đồng nối với cực dương của
nguồn điện, catot là một vật cần mạ nối với cực âm của nguồn điện, cả anot và catot
được nhúng trong dung dịch CuSO4, sau một thời gian điện phân thanh đồng bị tan một
phần vào dung dịch còn ở bề mặt catot có một lớp đồng mỏng bám vào.
2. Thí nghiệm ( clip)
Xin kính mời Quý vị đại biểu, Ban giám khảo và các thầy cô xem đoạn clip mà nhóm
chúng em đã thực hiện làm thí nghiệm tại phòng thí nghiệm Vật lý – trường THPT Tây
Hồ.
3. Giải thích hiện tượng:
a. Theo bài “ Sự điện phân – Hóa học 12”.
Ở anot ( cực +), các nguyên tử Cu bị ôxi hóa thành Cu2+ đi vào dung dịch:
Cu (r) → Cu2+ (dd) + 2e
Trong sự điện phân này anot dần dần bị hòa tan.
Ở catot ( cực -), ion Cu2+ bị khử thành nguyên tử Cu bám trên 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 của Cu 2+ trong dung dịch làm không đổi. Sự
điện phân này được coi như là sự chuyển dời kim loại từ anot về catot.
b. Theo bài “ Dòng điện trong chất điện phân – Định luật Faraday – Vật lý 11”
4


Khi hòa đồng sunfat vào dung môi, trong dung dịch xuất hiện các dung ion Cu 2+ và
(SO4)2 -. Đặt vào hai cực của bình điện phân một hiệu điện thế, do tác dụng của điện

trường, các ion Cu2+ dịch chuyển về catot, nhận hai eelectron từ nguồn điện đi tới trở
thành nguyên tử đồng bám vào catot:
Cu2+ + 2e- → Cu.
Ở anot, êlectron bị kéo về cực dương của nguồn điện, tạo điều kiện hình thành Cu 2+ trên
bề mặt anot tiếp xúc với dung dịch:
Cu → Cu2+ + 2eKhi (SO4)2 – chạy về anot, nó kéo Cu2+ này vào dung dịch. Đồng ở anot sẽ tan vào dung
dịch gây ra hiện tượng cực dương tan.
Kết quả là cực dương làm bằng đồng bị hao dần đi, còn ở catot lại có đồng bám vào.
c. Định luật Fraday về điện phân

Nhà vật lí học đã phát minh ra định luật.
Khối lượng của chất được giải phóng ra ở điện cực được tính bằng công thức:

m=

1 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 nhất có thể hiểu mạ điện là quá trình kết tủa kim loại lên bề mặt
nền một lớp phủ có những tính chất cơ, lí, hóa... đáp ứng được các yêu cầu mong muốn
của người sử dụng. Mạ kim loại không chỉ nhằm mục đích bảo vệ khỏi bị ăn mòn mà còn
có tác dụng trang trí, làm tăng vẻ đẹp, sức hấp dẫn cho các dụng cụ máy móc và đồ
trang sức...

Chúng em xin được giới thiệu những ứng dụng của mạ điện mà tất cả chúng ta đều
thấy được hàng ngày!

5


1.

Mạ inox
• Các chi tiết nội thất phòng tắm

6


• Dụng cụ nhà bếp

7


2.

Mạ đồng
• Các vật dụng trang trí bàn thờ

• Trang sức
8


3.

Mạ Niken
• Đinh tán, ốc vít

• Chìa khóa
9


D. Chuyến đi khảo sát thực tiễn tại làng nghề mạ điện Đại Bái – Bắc Ninh

10


Từ nghiên cứu trên lí thuyết và thực hành thí nghiệm, chúng em đã đến một cơ sở
mạ điện thủ công tư nhân, trải nghiệm thực tế quá trình mạ niken lên phụ tùng nhỏ trong
thiết bị máy móc bằng phương pháp mạ quay. Có cơ hội trở thành người trong nghề, tự
tay làm ra sản phẩm mạ điện, sau đây là những kiến thức cùng kinh nghiệm nhóm chúng
em đúc kết được sau chuyến đi bổ ích ấy!
Kính mời thầy cô cùng các bạn theo chân chúng em đến cơ sở mạ điện trong
clip ghi lại chuyến đi thực tế đến Bắc Ninh!
1. 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
- 1 Lồng nhựa có một thanh kim loại dẫn điện xuyên qua và những lỗ thủng nhỏ
xung quanh
- Thanh kim loại Niken nguyên chất
- Một bể mạ chứa dung dịch muối của Niken ( VD: Niken Sunfat)


Chú ý: - Do yêu cầu dòng điện chạy qua bể mạ phải là dòng điện một
chiều mà mạng điện gia đình là dòng điện xoay chiều nên nhất thiết phải có
một bộ chuyển đổi từ dòng điện xoay chiều sang một chiều.
- Trong quá trình thực hiện luôn đeo găng tay để tránh tiếp xúc với hóa
chất.
b. Các bước thực hiện quá trình mạ thủ công

Công đoạn
- Bước 1: Ngâm vật cần mạ lần lượt vào
hai dung dịch axit sunfuric và dung dịch
axit clohidric.
- Bước 2: Đặt thanh kim loại Niken
nguyên chất ngập khoảng 2/3 vào bể mạ
và tiếp xúc với cực dương của nguồn
- Bước 3:
- Đổ vật cần mạ vào lồng nhựa rồi
đặt vào bể mạ sao cho thanh kim
loại xuyên qua lồng phải tiếp xúc
với cực âm của nguồn
- Vật cần mạ phải ngập hoàn toàn
trong dung dịch muối của niken
trong bể
- Bước 4: Bật cầu dao để bể mạ thực hiện
quá trình mạ điện, chờ một thời gian


Với phương pháp mạ quay,
một đầu thanh kim loại của lồng được
ghép với động cơ giúp lồng quay được

Mục đích
- Làm sạch bụi bẩn, dầu nhớt bám trên bề
mặt vật cần mạ.
- Giúp niken bám dễ dàng lên vật cần mạ

- Đảm bảo lớp mạ khi ra sản phẩm được
đều
- Tùy vào mục đích, nhu cầu sử dụng sản
phẩm mà thời gian mạ có thể ngắn hoặc
dài
- Vật cần mạ liên tục được đảo trong lồng
đảm bảo niken bám đều và bám chặt.
11


trong bể mạ.
- Bước 5: Kêt thúc quá trình mạ, ngắt cầu
dao, đem lồng ra khỏi bể mạ, kiểm tra sản
phẩm.


Kết quả: Vật cần mạ được làm bằng đồng ban đầu có màu vàng , sau khi mạ
xong đã chuyển sang màu trắng của Niken.

2.

Những hạn chế tồn tại của quy trình mạ thủ công
• Nguy hiểm đối với người trực tiếp tham gia vào quy trình mạ điện:
 Dụng cụ bảo hộ lao động sơ sài.

 Dòng điện ở hai cực của nguồn tiếp xúc trực tiếp với không khí.
• Ô nhiễm môi trường:
 Không khí: mùi hóa chất bốc lên
 Đất và nước: Chất thải, hóa chất dư thừa của quá trình mạ được xả
thẳng ra đường cống sinh hoạt của người dân.
Dưới đây là những hình ảnh chúng em chụp được ở đường cống ở ngay hai bên đường
của làng nghề!

12


13


Chất cặn bẩn màu xanh chính là phế phẩm của dung dịch muối Niken đã qua sử dụng
V. KẾT QUẢ TIẾN TRÌNH GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG
1. Đề xuất và kiến nghị
- Cần có những khóa đào tạo bài bản, khoa học cho những tư nhân có cơ sở mạ điện
thủ công cả về mặt kiến thức vật lí, hóa học mạ điện cùng quy trình lao động an
toàn.
- Chú trọng đầu tư trang thiết bị, máy móc, dụng cụ hiện đại để nâng cao chất lượng
sản phẩm sau khi được mạ điện.
- Chất thải xuyên suốt quá trình mạ điện phải được qua xử lí hóa học kĩ lưỡng trước
khi xả ra môi trường (bao gồm cả chất thải khí và lỏng).
- Cần nghiên cứu thêm những phương pháp mạ điện mới, mang lại hiệu quả tốt hơn.
2. Ý nghĩa của việc giải quyết tình huống
Kết thúc quá trình nghiên cứu, nhóm học sinh chúng em nhận thấy:
- Mạ điện là ngành mang tính ứng dụng rất quan trọng và thú vị kết hợp giữa hai
môn vật lí và hóa học. Các sản phẩm của mạ điện xuất hiện ở mọi nơi xung quanh
chúng ta, giúp đỡ con người, đặc biệt trong công nghiệp. Chúng đảm bảo tiêu chí

về cả mặt thẩm mĩ lẫn nâng cao chất lượng!
- Vận dụng kiến thức liên môn vào giải quyết tình huống này còn giúp học sinh
chúng em bồi dưỡng thêm khả năng đánh giá, tổng hợp, xâu kết các kiến thức đã
học và ứng dụng vào thực tế hàng ngày. Biết vận dụng học đi đôi với hành. Thấy
được việc vận dụng lí thuyết vào thực tế có hiệu quả, do đó càng cảm thấy hứng
thú học hỏi.
Cuộc thi “Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết tình huống thực tiễn cho học
sinh THPT” đã cho chúng em cơ hội được giao lưu, học hỏi, nâng cao kĩ năng mềm cho
bản thân! Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô đã xem qua bài thuyết trình của
chúng em! Nhóm chúng em rất mong nhận được những ý kiến đánh giá, nhận xét của
các thầy cô để có thể hoàn thiện hơn đề tài này!
Tây Hồ, ngày 5 tháng 1 năm 2015
Nhóm nghiên cứu tình huống

14