《原理》第四章 第三節(jié)“電解池”教案

第三節(jié)電解池教學目標：1．理解電解原理，初步掌握一般電解反應產(chǎn)物的判斷方法2．了解氯堿工業(yè)，電鍍，冶金的原理3．掌握電解電極方程式的書寫。教學重點：電解原理及應用教學難點:電解原理實驗準備:小燒杯、玻璃棒、碳棒、導線、電流表、直流電源。２５％的氯化銅溶液、碘化鉀淀粉試紙、新鐵釘、銅片。課時安排：3課時（第一課時：電解原理第二課時：總結電解類型第三課時：電解的應用）教學方法：實驗探究與啟發(fā)討論法教學過程：第三節(jié)電解池（一）［思考回憶］1、電解質(zhì)是指在_____________能夠?qū)щ姷幕衔铩?、電離是指電解質(zhì)在_____________或__________狀態(tài)下離解成____________的過程。3、原電池是_____________的裝置。4、構成原電池的條件是分析初中所學電解水的實驗引入主題實踐探究：向氯化銅溶液中通入直流電先分析理論［學生實驗］學生以學習小組為單位完成［實驗４—１］（也可將該實驗分三步實施），并觀察、記錄實驗現(xiàn)象。教師巡回指導。［學生總結實驗現(xiàn)象］陰極：碳棒上逐漸覆蓋了一層紅色物質(zhì)。陽極：生成有刺激性氣味、能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{的氣體。［啟發(fā)引導］請大家根據(jù)實驗現(xiàn)象和氯化銅溶液的組成成分以及原有知識分析推斷兩極生成物的名稱。［學生討論］（略）［學生總結］兩極產(chǎn)物陰極——銅陽極——氯氣［設疑］氯化銅溶液在電流的作用下為什么會生成Ｃu和Cl2呢？［講述］CuCl2在水溶液中完全電離生成Cu2+和Cl-［板書］CuCl2＝Cu2+＋2Cl－［講述］通電前，Cu2+和Cl－在溶液里自由運動；通電后，在電場的作用下，帶負電的Cl－移向陽極，并失去電子被氧化成氯原子，進而結合成Cl2放出，帶正電的Cu2+移向陰極，并得到電子被還原成銅原子，覆蓋在陰極上。［課件展示］播放課前制作的多媒體課件，模擬CuCl2溶液中Cu2+和Cl－在通電前后的運動、變化情況。［板書］陰極：Cu2+＋2e－=Cu（還原反應）陽極：2Cl－-2e－=Cl2↑（氧化反應）［小結］電解質(zhì)溶液在導電過程中有新物質(zhì)產(chǎn)生，是化學變化。［板書］使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極上引起氧化還原反應的過程叫做電解。把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置叫做電解池或電解槽。［學生活動］讓學生獨立書寫電解CuCl2溶液的化學反應方程式。（可以請1—2名學生到黑板上書寫，然后講評）［板書］CuCl2Cu＋Cl2↑［過渡］下面我們再分析電解池的兩個電極。［板書］２、電解池的兩極［講述］電解池的兩極是由與之相連的電源電極的極性決定的。［板書］陰極：與電源負極相連的電極。（發(fā)生還原反應）陽極：與電源正極相連的電極。（發(fā)生氧化反應）［設疑］電解質(zhì)溶液是如何將電路溝通的呢？［板書］３、電解池中的電子的移動方向［學生活動］請學生討論、總結并回答上面提出的問題。［板書］電源負極→電解池陰極→電解液中的陽離子（被還原）電解池中陰離子（被氧化）→電解池陽極→電源正極［講述］由上面分析可知：電解質(zhì)溶液的導電過程必須有陰陽離子的參與，如果溶液中的離子不參加反應，電路就不能溝通，所以電解質(zhì)溶液的導電過程就是電解質(zhì)溶液的電解過程。［設疑］從上已知CuCl2溶液中存在的離子有：Cu２＋、Cl－、OH－、H＋為什么電解時，只有Cu２＋和Cl－放電？這要涉及到離子的放電順序問題。［板書］４、離子的放電順序［講述］由于各種離子得失電子的能力不同，因此，電解時離子放電難易也不同。［板書］陽離子：Ag+＞Hg2+＞Cu2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+＞Na+＞K+陰離子：S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞含氧酸根［講述］電解電解質(zhì)溶液時，在陰陽兩極上首先發(fā)生放電反應的離子分別是溶液里最容易放電的陽離子和最容易放電的陰離子。［投影］：用石墨作電極，分別電解下列溶液，請寫出電解過程中所發(fā)生的電極反應方程式。（１）NaCl溶液（２）CuSO4溶液提示：OH－放電反應：４OH－4e－＝2H2O＋O2↑學生獨立完成練習后，請學生代表回答并解釋答案，教師點評。原電池和電解池知識總結比較表內(nèi)容原電池電解池電極名稱

電極反應類型

電子運動方向

能量轉(zhuǎn)變形式

[師生討論]：試從組成、原理、功能等幾個方面對電解池和原電池進行比較。［課堂小結］：我應該學會什么！知道什么是電解池嗎？知道什么是電解池的陽極與陰極嗎？會分析電解質(zhì)溶液中存在的陰陽離子嗎？知道電解池中陰陽離子的運動嗎？知道陽極一般是何種微粒發(fā)生反應？發(fā)生什么反應嗎？陰極又是何種微粒發(fā)生反應？發(fā)生什么反應嗎？給你放電順序你能書寫電極反應式嗎？能寫出總反應式嗎？假如不給呢，你也會嗎？［方法小結］1.分析溶液中存在的所有離子（包括水的電離）、并分成陽離子組和陰離子組。2.根據(jù)放電規(guī)律，陽離子在陰極發(fā)生還原反應，而陰離子在陽極發(fā)生氧化反應，完成電極反應式。（注意得失電子守恒）3.由陰陽兩電極反應式，合并得總反應式。（弱電解質(zhì)的須保持分子形式）【作業(yè)】第三節(jié)電解池（二）［提問］：電解水時為了增強水的導電性常常需加入氫氧化鈉或稀硫酸，為什么？上一堂課我們主要學習了用惰性電極電解水溶液的反應原理及變化規(guī)律。假如我們用較為活潑的金屬做為電極來電解，結果一樣嗎？除了電解水溶液外，有一類物質(zhì)在何狀態(tài)下也能發(fā)生電離？是否也能發(fā)生電解？我們學習過這一類電解嗎？請舉幾例。［總結］陽極①活性材料作電極時：金屬在陽極失電子被氧化成陽離子進人溶液，陰離子不容易在電極上放電。②用惰性電極(Pt、Au、石墨、鈦等)時：溶液中陰離子按順序放電陰極無論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應，發(fā)生反應的是溶液中的陽離子。二、電解規(guī)律：（1）無氧酸溶液電解就是它本身的電解。例如：（2）含氧酸的溶液電解時，實際上是水的電解。例如：（3）可溶性堿的溶液電解，實際上是水的電解。例如：（4）活潑金屬的含氧酸鹽溶液的電解，也是水的電解。例如：（5）活潑金屬的無氧酸鹽溶液電解時，陰極有單質(zhì)析出，一般是H2，同時伴隨著陰極區(qū)呈堿性；陽極則往往析出非金屬單質(zhì)。例如電解飽和食鹽水：（6）不活潑的金屬無氧酸鹽水溶液電解時，其結果是該鹽的電解。例如電解氯化銅溶液：（7）比氫不活潑的金屬或中等活潑性的金屬含氧酸鹽溶液電解時，則陰極析出金屬，陽極得到氧氣，陽極區(qū)酸性增強。例如：以上的規(guī)律都是以惰性電極為例的，如改用金屬（除Au、Pt等外）作電極時，則是陽極金屬溶解。電解質(zhì)溶液電解時（均為惰性電極），pH變化情況，電解液復原所需加入物質(zhì)及電解類型（1）分解水型：含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的電解。陰極：4H++4e-=2H2↑陽極：4OH--4e-=O2↑+2H2O

總反應：2H2O2H2↑+O2↑陰極產(chǎn)物：H2；陽極產(chǎn)物：O2。電解質(zhì)溶液復原加入物質(zhì)：H2O。pH變化情況：原來酸性的溶液pH變小，原來堿性的溶液pH變大，強酸（含氧酸）強堿的正鹽溶液pH不變。（2）分解電解質(zhì)型：無氧酸（除HF外）、不活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）的電解，如HCl、CuCl2等。陰極：Cu2++2e-=Cu陽極：2Cl--2e-=Cl2↑總反應：CuCl2Cu+Cl2↑陰極產(chǎn)物：酸為H2，鹽為金屬；陽極產(chǎn)物：鹵素等非金屬單質(zhì)。電解液復原加入物質(zhì)為原溶質(zhì)，如電解CuCl2溶液，需加CuCl2。pH變化情況：如電解無氧酸溶液pH變大但不會超過7；如為鹽溶液的電解則視無氧酸根的情況而定（如：電解CuCl2溶液時，由于生成的Cl2溶于水產(chǎn)生的酸性強于Cu2+水解產(chǎn)生的酸性，所以pH下降；電解Na2S溶液時，由于生成NaOH使pH升高）。（3）放氫生堿型：

活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）溶液的電解，如NaCl、MgBr2等。陰極：2H++2e-=H2↑陽極：2Cl--2e-=Cl2↑總反應：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑陰極產(chǎn)物：堿和H2；陽極產(chǎn)物：鹵素等非金屬單質(zhì)。電解飽和食鹽水的產(chǎn)物分別為NaOH和H2以及Cl2。電解液復原加入物質(zhì)為鹵化氫。電解飽和食鹽水，要使電解質(zhì)溶液復原需加入HCl。pH變化情況：電解液pH顯著變大（4）放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽溶液的電解，如CuSO4、AgNO3等。陰極：2Cu2++4e-=Cu陽極：4OH--4e-=O2↑+2H2O總反應：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4陰極產(chǎn)物：析出不活潑金屬單質(zhì)；陽極產(chǎn)物是該鹽對應的含氧酸和氧氣，本例中分別是Cu以及H2SO4、O2。電解液復原加入物質(zhì)為不活潑金屬的氧化物（金屬價態(tài)與原鹽中相同）。如電解CuSO4溶液，復原需加入CuO。pH變化情況：溶液pH顯著變小。［總結及練習］見ppt第三節(jié)電解池（三）［引言］上節(jié)課我們學習了電解的原理，電解是通過電流引起化學反應的過程，即將電能轉(zhuǎn)變成了化學能。電解的原理在工業(yè)上有哪些應用呢？這節(jié)課就向同學們介紹幾個電解原理在工業(yè)上應用的事例.［板書］三、電解原理的應用1、電解飽和食鹽水——氯堿工業(yè)［設疑］（1）、電解飽和食鹽水的陰極產(chǎn)物、陽極產(chǎn)物分別是什么？（2）、轉(zhuǎn)移的電子數(shù)和氫氧化鈉的物質(zhì)的量的關系？（3）、從Cl-Cl2一定需要加氧化劑嗎？（4）、陰極產(chǎn)物和陽極產(chǎn)物能接觸嗎？（5）、飽和食鹽水為何需要精制？如何精制？精制：步驟一、1）先加過量的BaCl2和過量的NaOH（順序可換），再加入過量的Na2CO32）過濾3）加鹽酸調(diào)節(jié)pH為7步驟二、送入陽離子交換塔除去Ca2+、Mg2+等［學生活動］指導學生查找閱讀教材中相關內(nèi)容，請學生代表回答。2、銅的電解精煉［設疑］工業(yè)上為什么要對粗銅進行電解精煉呢？［學生活動］指導學生查找閱讀教材中相關內(nèi)容，請學生代表回答。［設疑］怎樣利用電解的原理精煉粗銅呢？［講述并板書］粗銅作陽極，純銅作陰極，用CuSO4溶液作電解液。［學生活動］請學生討論分析電解液中離子的種類，通電后溶液中離子的移動情況和陰極反應。［學生總結］CuSO4溶液中有Cu2+、H+、SO42-、OH-等四種離子,通電后Cu2+、H+移向陰極，SO42-、OH-移向陽極，陰極上Cu2+放電變成Cu聚集在陰極板（精銅）上。[板書]陰極：Cu2+＋2e－＝Cu[講述]SO42-和OH-雖然移向了陽極，但是由于陽極板（粗銅）表面的Cu原子失電子能力強于二者，故陽極上Cu原子失電子被溶解。[板書]陽極：Cu－2e－＝Cu2+[設疑]粗銅中所含的雜質(zhì)（如：Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）是如何除去的呢？[講述］比銅活潑的金屬雜質(zhì)，在銅溶解的同時也會失電子形成金屬陽離子而被溶解掉。如：Zn－2e－＝Zn2+Ni－2e－＝Ni2+由于這些離子比Cu2+難以還原，故它們不能在陰極上得電子析出而存留在溶液中。比銅不活潑的金屬雜質(zhì)，在銅失電子溶解時,不能失電子而溶解，故它們以單質(zhì)形式沉積于電解槽底部，形成陽極泥。［板書］比銅活潑的金屬雜質(zhì)——以陽離子形式留于溶液中比銅不活潑的金屬雜質(zhì)——形成陽極泥［課件展示］播放課前制作的多媒體課件,模擬電解精煉銅的過程中兩極和電解液中離子的變化情況。［啟發(fā)引導］請大家根據(jù)兩極上所發(fā)生的主要反應分析電解精煉銅過程中的電解液有無變化。［學生活動］學生分析、討論并回答。［板書］電解精煉銅過程中CuSO4溶液的濃度基本不變。［過渡］以上我們學習了銅的電解精煉原理，下面我們再共同學習電解原理的另一個應用實例——電鍍銅。［板書］3、電鍍銅［設疑］什么是電鍍？電鍍的優(yōu)點有哪些？［學生活動］指導學生查找閱讀教材中相關內(nèi)容，請學生代表回答。［板書］電鍍是應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。［講述］如果要在鐵制品上鍍銅就是要使銅先溶解后再覆蓋在鐵制品上。［啟發(fā)引導］請大家根據(jù)電解精煉銅過程中所發(fā)生的兩極反應，選擇在鐵制品上鍍銅裝置的陰極材料、陽極材料和電鍍液。［學生活動］學生分析、討論并回答。［板書］在鐵制品上鍍銅：陽極——銅陰極——鐵制品電鍍液——CuSO4溶液［學生實驗］學生以學習小組為單位完成［實驗４—６］，教師巡回指導。[學生活動]請學生獨立書寫電鍍銅過程中所發(fā)生的電極反應方程式。［板書］陰極：Cu2+＋2e－＝Cu陽極：Cu－2e－＝Cu2+［啟發(fā)引導