人教版选修4 电解池第二课时 教案.doc

第二课时电解原理的应用教学设计(一)贾玉梅，黑龙江省七台河市实验高中，本文获2009第四届全国实验区新课程实施成果二等奖三维目标知识与能力1使学生理解电解原理，熟练书写电极反应式和电解方程式。2使学生了解电解原理在生产生活中的应用。过程与方法利用多媒体教学的优势，通过视频、实验给学生提供直观信息，通过教师的设疑、释疑调动学生积极思维，分析推理实验现象，归纳总结基本规律，使学生掌握电解装置的分析方法。情感态度与价值观通过了解电解原理在生产生活中的应用，让学生体会到化学的实用价值，激发学生的学习热情。教学重难点教学重点电解原理及其应用；电解规律。教学难点电极方程式的书写及电解规律的应用。导入新课【引言】还记得上节课结束时老师留的问题吗？如果将电解硫酸铜溶液的电解池的阳极换成粗铜，阴极换成纯铜，会有什么不同的变化？这就是本节课所要学习的电解原理的应用之一铜的精炼。推进新课【板书】二、电解原理的应用(一)电镀及铜的精炼1铜的精炼设疑怎样利用电解的原理精炼粗铜呢？请学生阅读教材中相关内容，然后回答。板书粗铜作阳极，纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解液。提问为什么要用粗铜作阳极，纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解液呢？换成别的电极材料或者其他电解质溶液行不行？我们能不能从电解液中离子的种类，以及通电后溶液中离子的移动情况和阴极反应来寻找答案？分析CuSO4溶液中有Cu2、H、SO、OH等四种离子，通电后Cu2、H移向阴极，SO、OH移向阳极，阴极上Cu2放电变成Cu聚集在阴极板(精铜)上。板书阴极：Cu22eCu分析SO和OH虽然移向了阳极，但是由于阳极板(粗铜)表面的Cu原子失电子能力强于二者，故阳极上Cu原子失电子被溶解。板书阳极：Cu2eCu2提问粗铜中所含的杂质(如：Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)是如何除去的呢？讲述比铜活泼的金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而被溶解掉。如：Zn2eZn2Ni2eNi2由于这些离子比Cu2难以还原，故它们不能在阴极上得电子析出而存留在溶液中。比铜不活泼的金属杂质如银等，在铜失电子溶解时，不能失电子而溶解，故它们以单质形式沉积于电解槽底部，形成阳极泥。板书比铜活泼的金属杂质以阳离子形式留于溶液中比铜不活泼的金属杂质形成阳极泥设疑请大家根据两极上所发生的主要反应分析电解精炼铜过程中的电解液有无变化。学生活动学生分析、讨论并回答。板书电解精炼铜过程中CuSO4溶液的浓度基本不变。过渡以上我们学习了铜的电解精炼原理，如果我想在某铁制品上镀一层铜，怎么办？板书2.电镀设疑什么是电镀？电镀的目的有哪些？请学生阅读教材中相关内容，回答问题。板书(1)电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。启发请大家根据电解精炼铜过程中所发生的两极反应，选择在铁制品上镀铜装置的阴极材料、阳极材料和电镀液。学生活动学生分析、讨论并回答。板书在铁制品上镀铜：阳极铜阴极铁制品电镀液CuSO4溶液学生活动请学生独立书写电镀铜过程中所发生的电极反应方程式。板书阴极：Cu22eCu阳极：Cu2eCu2启发请同学们根据电镀铜这一具体实例分析总结：电镀装置中，阴极材料、阳极材料和电镀液的选择原则。学生活动学生分析、讨论并回答。板书(2)电镀池的结构：阴极镀件阳极镀层金属电镀液含有镀层金属离子的溶液课堂练习如果要在某铁制品表面镀上一层锌，请你选择合适的电极材料和电镀液，并写出电极反应方程式。讨论学生完成练习后，请学生回答并解释答案，教师点评。设疑电解原理除了在电镀领域的应用之外，在工业生产中还有哪些应用呢？请同学们阅读教材。完成以下问题：1电解饱和食盐水的阴极产物、阳极产物分别是什么？2转移的电子数和氢氧化钠的物质的量的关系？3从ClCl2一定需要加氧化剂吗？4阴极产物和阳极产物能接触吗？5电冶金的本质是什么？6电冶金适用所有金属的冶炼吗？举例说明。板书(二)电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气原理：阴极：2H2eH2阳极：2Cl2eCl2总反应：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2(三)电冶金1本质：利用电解使矿石中的金属离子获得电子从它们的化合物中还原出来。MnneM2适用范围：一些较活泼的金属常用电解的方法冶炼，如Na、Mg、Al等金属(这是因为这些金属的阳离子的氧化性很弱，难以找到经济实用的还原剂，从这个意义上看，电源的负极是最强的还原剂)。典型例子：电解熔融的氯化钠制备钠2NaCl(熔融)2NaCl2小结本节课我们学习了电解原理的应用，其中铜的电解精炼类似于“在铜上镀铜”。请同学们完成下表：电镀与电解比较表内容电镀电解电极变化情况电解液变化情况二、电解原理的应用(一)电镀及铜的精炼1铜的精炼粗铜作阳极，纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解液。阴极：Cu22eCu阳极：Cu2eCu2比铜活泼的金属杂质以阳离子形式留于溶液中。比铜不活泼的金属杂质形成阳极泥。电解精炼铜过程中CuSO4溶液的浓度基本不变。2电镀(1)定义：电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。在铁制品上镀铜：阳极铜阴极铁制品电镀液CuSO4溶液阴极：Cu22eCu阳极：Cu2eCu2(2)电镀池的结构：阴极镀件阳极镀层金属电镀液含有镀层金属离子的溶液(二)电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气原理：阴极：2H2eH2阳极：2Cl2eCl2总反应：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2(三)电冶金1本质：利用电解使矿石中的金属离子获得电子从它们的化合物中还原出来。MnneM2适用范围：一些较活泼的金属常用电解的方法冶炼，如Na、Mg、Al等金属(这是因为这些金属的阳离子的氧化性很弱，难以找到经济实用的还原剂，从这个意义上看，电源的负极是最强的还原剂)。典型例子：电解熔融的氯化钠制备钠2NaCl(熔融)2NaCl2教学设计(二)吕香平，山东省淄博市高青一中三维目标知识与技能1了解电解在氯碱工业、电镀、电冶金等方面的应用。2掌握有关电解产物的判断和计算。过程与方法1在学习化学中，学会运用观察，实验等多种手段获取信息。2在方法上，帮助学生学会用比较、归纳的方法将一些具体事物抽象化，以突出它们的内在联系和区别。情感态度与价值观在教学理念上，要让学生在学习的过程中变被动为主动，促使学生的思维活动活跃起来。教学重难点教学重点电极反应和电池反应方程式的书写以及电解原理的应用。教学难点电解原理的应用。导入新课提问在上一节，我们重点学习了电解池的有关内容，大家能否来描述一下该装置的功能及其两个电极上发生的反应类型。回答电解池是一个电能转化为化学能的装置。阳极，发生氧化反应阴极，发生还原反应设置意图巩固所学内容，为这一节的学习打下基础。练习请大家在练习本上写出用石墨电极电解氯化钠溶液的电极反应式及电解方程式。推进新课一、惰性电极电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气思考在电解饱和食盐水的过程中，阴极和阳极分别发生什么反应？分析电解饱和食盐水：阴极(Fe)阳极(C)在饱和食盐水中，存在着：NaClNaCl；H2OHOH。阳极：Cl、OH阴极：Na、H放电能力：ClOH；HNa。阳极：2Cl2eCl2(氧化反应)阴极：2H2eH2(还原反应)评价对上述学生的书写给予适当的点评。讨论两个电极会有什么现象，如何检验两极所生成的产物？回答教师给予一定的提示与补充。现象：两极均产生气体，阳极气体有刺激性气味，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，两极滴加酚酞，发现阴极区酚酞变红。补充阴极：由于氢气的产生而破坏了阴极区水的电离平衡，使氢氧根离子浓度增大，生成氢氧化钠所以滴加酚酞显红色。化学反应方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2；离子方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2；(提示学生，只能写H2O，不能写H，注意电极方程式和离子方程式的区别)。设疑大家知道，铁在日常生活中很容易生锈，我们能不能想办法保护它们；另外很多人喜欢艺术品，尤其一些古董，但总有一些不懂行的人买到一些假艺术品，曾经在鉴宝的节目里有一个铜佛像，表面上很像，但实际上只有表面一层薄薄的铜，那么铜是如何均匀地嵌入佛像里的呢？回答这和我们的化学有很大关系，我们要学以致用，从而引入电镀的概念。二、电镀阅读课本，了解电镀的原理、目的。原理：利用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的方法。目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度。思考如何进行电镀呢？回答电镀的过程：镀层金属作阳极，镀件(待镀金属制品)作阴极，含镀层金属阳离子的溶液作电镀液。应用一：铁制品上镀锌分析铁制品作阴极，金属锌作阳极，ZnCl2做电镀液，发生的电极反应为：阳极：(锌板)：Zn2eZn2阴极：(铁制品)：Zn22eZn电镀的结果：阳极的锌不断溶解，阴极的锌不断析出，且减少和增加锌的质量相等。电解质溶液氯化锌的浓度不变。设疑我们生活中有时需要99%以上的纯铜，但我们通过火法冶炼出的铜是粗铜，怎么办啊？回答也是利用电镀的原理。交流与思考应用二：粗铜精炼引导分析电解时用纯铜板作阴极，粗铜板作阳极，用硫酸铜溶液作电解液。通电时作为阳极的粗铜不断溶解，纯铜不断在阴极上析出，粗铜中的多数杂质沉积在电解槽的底部，从而达到粗铜精炼的目的。引入自然界中存在着金银铜，而钠钾等活泼金属根本不存在单质的形式，原因是它们太活泼，很容易发生化学反应，那么我们实验室用到的钠钾是如何得到的呢？讲解对于冶炼钠、钙、镁、铝这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。这种方法就叫电冶金。三、电冶金思考在高温下电解熔融的氯化钠，通电后两极会发生什么反应呢？总结阴极：2Na2e2Na(还原反应)；阳极：2Cl2eCl2(氧化反应)；总反应：2NaCl(熔融)2NaCl2。试一试如果在高温下电解熔融的氧化铝呢？展示让学习程度不等的同学进行黑板展示。目的了解学生实际掌握的情况，是否会学以致用。阴极：4Al312e4Al阳极：6O212e3O2；总反应方程式：2Al2O3(熔融)4Al3O2。四、有关电解产物的判断和计算原理1.电解产物判断依据电极反应规律总结中的离子放电顺序。2电解计算题中，要注意阳极和阴极得失电子守恒。例1：在外界提供相同电量的条件，Cu2或Ag分别按Cu22eCu或AgeAg在电极上放电，其析出铜的质量为1.92g，则析出银的质量为()A1.62 g B6.48 g C3.24 g D12.96 g解析1 mol Cu2生成Cu得2 mol电子，1 mol Ag生成Ag得1 mol电子，故提供相同的电量，则每析出1 mol Cu，应析出2 mol Ag，故m(Ag)2108 g/mol6.48 g故选B。例2：下列叙述正确的是()A在原电池的负极和电解池的阴极上都发生失电子的氧化反应B用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为12C用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1 mol电子转移，则生成1 mol NaOHD镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀解析在原电池的负极和电解池的阳极都发生氧化反应，A错；电解Na2SO4实质是电解水，在阴极产生H2，在阳极产生O2，二者体积比为21，所以B错；根据电解NaCl的方程式：2NaCl2H2O2NaOHCl2H2可知，每转移1 mol电子，生成1 mol NaOH，故C对；镀层破损后，镀锌铁板更耐腐蚀，因为锌做负极，铁做正极被保护，所以D错，答案C。二、电解原理的应用(1)电解饱和食盐水阳极：2Cl2eCl2(氧化反应)阴极：2H2eH2(还原反应)化学方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2；离子方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2。(2)电解精炼铜粗铜精炼：原理是电解时用纯铜板作阴极，粗铜板作阳极，用硫酸铜溶液作电解液。纯铜，Cu22eCu；粗铜，Cu2eCu2。(3)电镀镀层金属作阳极，镀件(待镀金属制品)作阴极，含镀层金属阳离子的溶液作电镀液。(4)金属的冶炼阴极：2Na2e2Na；阳极：2Cl2eCl2；总反应：2NaCl(熔融)2NaCl2。教学设计(三)张丽，黑龙江省哈尔滨市第九中学，本文获2009第四届全国实验区新课程实施成果一等奖三维目标知识与能力1学会分析电极反应，并能熟练书写电极反应式和总反应方程式。2了解电解原理的应用。过程与方法运用观察和启发讨论的方法，使之正确进行实验探究，从而加深对概念的理解，并抽象形成规律性认识，再辅以习题训练培养学生的创新思维能力。情感态度与价值观培养学生的辩证唯物主义的观点。通过实验观察、分析，激发学生的求知欲，培养积极思考、勇于探索的意志品质；进行理论联系实际的唯物主义观点教育，使学生的科学态度、思想情趣得到陶冶。教学重难点教学重点电解原理及其应用。教学难点电解原理及其应用；离子放电顺序；电解池电极反应式的书写。教学准备1实验仪器：直流电源、两个石墨碳棒、小灯泡、大U型管、胶头滴管。2实验用品：CuCl2溶液、KI淀粉试纸、棉花、NaOH溶液。导入新课复习巩固离子放电顺序总结1阴离子在阳极放电：失电子，则当阳极为：活性电极(除铂、金等金属)：电极本身优先失电子，溶液中阴离子不放电。惰性电极(铂、金、石墨等)：溶液中阴离子放电。溶液中的阴离子放电顺序：S2IBrCIOH含氧酸根离子F2阳离子在阴极放电：得电子，阴极无论是活性电极还是惰性电极，均为溶液中阳离子放电。溶液中的阳离子得电子，其放电顺序：AgFe3Cu2HFe2Zn2教学意图深入研究电极类别不同的情况下电解池的反应原理。推进新课教师活动电解原理的应用1电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气演示实验电解饱和食盐水：以惰性材料作电极，电解滴有几滴酚酞的饱和食盐水，并以湿润的淀粉KI试纸检验阳极产物，观察实验现象。学生活动讨论分析，并且通过观察实验现象得出结论。学生活动根据实验现象归纳出电解食盐水时的电极反应式和总反应式的书写。实验现象阳极：放出有刺激性气味的气体，能使湿润的KI淀粉试纸变蓝阴极：放出无色、无味气体，附近溶液变红学生活动电极反应式：阳极：2Cl2eCl2(氧化反应)阴极：2H2eH2(还原反应)总反应式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2教学意图通过实验，培养学生的观察能力、分析能力和利用已有的电解池原理解决实际问题的能力。教师引导(1)粗盐中常含有少量的泥沙，用什么方法除去？过滤。(2)用什么试剂除去Ca2、Mg2、Fe3、SO？过量BaCl2、Na2CO3、NaOH、HCl溶液。(3)你能设计一个合理的顺序逐一除去杂质。教学意图引入离子共存和除杂问题，增强学生综合分析、解决问题的能力。思考学生通过讨论和分析得出结论。加试剂的顺序：BaCl2NaOHNa2CO3HCl(调节溶液的pH)教师活动2.电镀：利用电解原理在金属表面上镀上一层其他金属或合金的过程。学生活动讨论分析，并且通过观察实验现象得出结论。电镀铜电解精炼铜学生活动阳极：Cu2eCu2；阴极：Cu22eCu总结电镀(以电镀铜为例)(1)阳极：镀层金属阴极：镀件或待镀的金属电镀液：用含有镀层金属离子的溶液(电镀过程中电镀液的浓度保持不变)现象：在直流电的作用下，镀件表面就覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层。(2)实质：阳极参加反应的电解。(3)阴极必须可以导电，且表面洁净、光滑。(4)为了使镀层均匀、美观，电镀液中镀层离子的浓度应保持稳定。电解精炼(以电解精炼铜为例)(1)阳极：粗铜阴极：纯铜电解液：用含有Cu2的溶液(浓度变小，电解后仍有Cu2，注意阳极泥)现象：当通以直流电时，作为阳极的粗铜逐渐溶解，纯铜在阴极上析出，粗铜中的多数杂质沉积在电解槽的底部(这些杂质叫阳极泥，可作为提炼金、银等贵重金属的原料)。这样就可达到纯度达99.95%99.98%的铜。教师活动3.电冶金：电解熔融盐是冶炼Na、Ca、Mg等活泼金属的几乎是唯一可行的工业方法。冶炼金属：MnneM学生活动设计钠的冶炼电解的NaCl学生归纳总结阳极：2Cl2eCl2阴极：2Na2e2Na总反应：2NaCl(熔融)2NaCl2教学意图通过氯碱工业、电镀和电冶金的学习，培养学生确立理论联系实际的学习方法，进一步树立探究精神及合作意识，同时增强环境保护意识。学生活动通过对惰性电极电解Na2SO4溶液的电极反应式和总反应方程式的练习，更深入研究溶液中发生的变化。实践应用惰性电极电解硫酸钠溶液电极反应式：阴极：4H4e2H2阳极：4OH4e2H2OO2总反应方程式：2H2O2H2O2说明：(1)惰性电极电解活泼金属的含氧酸盐，实质是电解水，原溶液呈中性，pH不变。(2)Na2SO4溶液恢复原状态方法：加入H2O。实践应用补充：电解质溶液电解规律(惰性电极)阳极：OH阴极：H与区：电解本身型如CuCl2与区：放氢生碱型如NaCl与区：放氧生酸型如CuSO4、AgNO3与区：电解水型如Na2SO4、H2SO4、NaOH即：电解池的电解规律可简单总结如下：(1)电解本身型无氧酸(除HF外)溶液：如HCl等。不活泼金属的无氧酸盐溶液：如CuCl2等。(2)电解水型含氧酸溶液：如H2SO4溶液等。强碱溶液：如NaOH溶液等。活泼金属的含氧酸盐：如Na2SO4溶液等。(3)放氢生碱型活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液：如NaCl溶液、KBr2溶液等。(4)放氧生酸型不活泼金属的含氧酸盐：如CuSO4溶液、AgNO3溶液等。总结电解池与原电池异同装置原电池电解池电镀池装置实例定义将化学能转变成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属的装置形成条件活泼性不同的两电极电解质溶液形成