江苏省平潮高级中学高中化学集体备课 《第四章 电化学基础》第三节 电解池教案 苏教版选修4

课题：第三节 电解池(一)授课班级课 时1教学目的知识与技能1、理解电解原理，会判断电解池、电极产物、电极周围溶液pH值及整个溶液pH值的变化；2、能书写电极反应式及总反应式，培养分析归纳知识的能力。过程与方法利用惰性电极电解氯化铜的实验，探究电解原理，了解电解的应用，特别是电解在电镀、电解精炼、电冶炼等方面的应用。情感态度价值观通过电解知识的学习，发现其在日常生活和工农业生产中的广泛应用，激发学生勇于创新、积极实践的科学态度。重 点理解电解原理和以电解CuCl2溶液为例得出惰性电极作阳极时的电解的一般规律。难 点理解电解原理，非惰性电极作阳极对电解产物的判断，电解原理的应用。知识结构与板书设计第四章 第三节 电解池(electrolytic cell)一、电解原理1、电解原理： CuCl2 Cu2+2Cl阴极：Cu2+2e=Cu（还原反应）阳极：2Cl-2e=Cl2（氧化反应）2、基本概念(1) 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。(2) 把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。(3) 当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程CuCl2CuCl2、电解池的两极阴极：与电源负极相连的电极。（发生还原反应）阳极：与电源正极相连的电极。（发生氧化反应）、电解池中的电子的移动方向电源负极 电解池阴极 电解液中的阳离子（被还原）电解池中阴离子（被氧化）电解池阳极 电源正极4、电解的本质：电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程5、离子的放电顺序阳离子：Ag+Hg2+Cu2+Fe2+Zn2+H+Al3+Na+K+阴离子：S2-I-Br-Cl-OH含氧酸根6、电极产物的判断(1) 阳极放电顺序：活泼阳极(金属)无氧酸根离子OH含氧酸根离子F (2) 阴极放电：溶液中的阳离子放电7、电极反应式的书写：列物质，标得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。8、电解规律(1) 电解质分解型：无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液的电解，水不参加反应(2) 电解水型：强碱、活泼金属的含氧酸、含氧酸等溶液的电解，只有水参加(3) 放氢生碱型：电解活泼金属的无氧酸盐时，电解质的阴离子和水电离的H放电，溶质和水都参加反应，pH增大(4) 放氧生酸型：电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质电离的阳离子和水电离的OH离子放电，溶质和水都参加反应，pH减小。教学过程教学步骤、内容教学方法、手段、师生活动复习在前面我们已经学习了原电池的知识，谁能举例说明原电池是怎样的能量转化装置？学生讨论学生讨论后回答：原电池是把化学能转变成电能的装置。引入1799年，当意大利人发明了最原始的电池-伏打电池之后，许多科学家对电产生了浓厚的兴趣，电给世界带来了太多的不可思议，好奇心驱使着人们去进行各种尝试，想看看它还能否出现什么奇特的现象。1807年，当英国化学家载维将铂电极插入熔融的氢氧化钾并接通直流电源时，奇迹终于产生了，在阴极附近产生一种银白色的金属，随即形成紫色的火焰。这就是发现钾元素的主要过程，当时在社会上引起了轰动。他随后用电解法又相继发现了钠、钙、锶、钡、镁、硼、硅等元素，戴维成为发现化学元素最多的。这其中的奥妙是什么呢？电解时，物质的变化是如何发生的呢？ 电能如何才能转变成化学能呢？（展示几个电解工业的工厂实景）这就是本节课我们要共同探讨的问题。板书第四章 第三节 电解池(electrolytic cell)一、电解原理1、电解原理设疑我们已经知道，金属和电解质溶液都能导电，金属的导电过程是物理变化，电解质溶液的导电过程是否与金属的导电过程相同呢？学生实验学生以学习小组为单位完成实验（也可将该实验分三步实施），并观察、记录实验现象。教师巡回指导。(1) 将两要碳棒分别插进U型管内的CuCl2溶液中，观察现象 现象：碳棒表面无明显现象(2) 将两根碳棒用导线相连后，浸入U型管内的CuCl2溶液中，观察现象 现象：碳棒表面无明显现象(3) 将两根碳棒分别跟直流电源的正、负极相连接，浸入U型管内的CuCl2溶液中，接通电源，观察现象实验现象阴极：碳棒上逐渐覆盖了一层红色物质。阳极：生成有刺激性气味、能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体。问请大家根据实验现象和氯化铜溶液的组成成分以及原有知识分析推断两极生成物的名称。小结两极产物阴极铜 阳极氯气问氯化铜溶液在电流的作用下为什么会生成u和Cl2呢？ 讲CuCl2在水溶液中完全电离生成Cu2+和Cl-板书 CuCl2 Cu2+2Cl讲通电前，Cu2+和Cl在溶液里自由运动；通电后，在电场的作用下，带负电的Cl移向阳极，并失去电子被氧化成氯原子，进而结合成Cl2放出，带正电的Cu2+移向阴极，并得到电子被还原成铜原子，覆盖在阴极上。投影播放课前制作的多媒体课件，模拟CuCl2溶液中Cu2+和Cl在通电前后的运动、变化情况。板书阴极：Cu2+2e=Cu（还原反应）阳极：2Cl-2e=Cl2（氧化反应）小结电解质溶液在导电过程中有新物质产生，是化学变化。板书2、基本概念(1) 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。(2) 把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。(3) 当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程学生活动让学生独立书写电解CuCl2溶液的化学反应方程式。（可以请12名学生到黑板上书写，然后讲评）板书 CuCl2CuCl2过渡下面我们再分析电解池的两个电极。板书、电解池的两极讲电解池的两极是由与之相连的电源电极的极性决定的。板书阴极：与电源负极相连的电极。（发生还原反应）阳极：与电源正极相连的电极。（发生氧化反应）设疑电解质溶液是如何将电路沟通的呢？板书、电解池中的电子的移动方向学生活动请学生讨论、总结并回答上面提出的问题。板书电源负极 电解池阴极 电解液中的阳离子（被还原）电解池中阴离子（被氧化）电解池阳极 电源正极讲由上面分析可知：电解质溶液的导电过程必须有阴阳离子的参与，如果溶液中的离子不参加反应，电路就不能沟通，所以电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程。板书4、电解的本质：电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程问从上已知CuCl2溶液中存在的离子有：Cu、Cl、OH、H为什么电解时，只有Cu和Cl放电？这要涉及到离子的放电顺序问题。板书5、离子的放电顺序讲由于各种离子得失电子的能力不同，因此，电解时离子放电难易也不同。板书阳离子：Ag+Hg2+Cu2+Fe2+Zn2+H+Al3+Na+K+阴离子：S2-I-Br-Cl-OH含氧酸根讲电解电解质溶液时，在阴阳两极上首先发生放电反应的离子分别是溶液里最容易放电的阳离子和最容易放电的阴离子。讲我们还要注意的是要先看电极材料，是惰性电极还是活性电极，若阳极材料为活性电极(Fe、Cu)等金属，则阳极反应为电极材料失去电子，变成离子进入溶液；若为惰性电极材料，则根据阳离子的放电顺序，依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式板书6、电极产物的判断(1) 阳极放电顺序：活泼阳极(金属)无氧酸根离子OH含氧酸根离子F (2) 阴极放电：溶液中的阳离子放电板书7、电极反应式的书写：列物质，标得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。讲首先要分清电极，并分析电极材料和电解质溶液中的阴阳离子，确定放电顺序，牢记三个守恒。电极反应必须写离子放电，总反应中弱电解质写化学式，且总反应中一定要注明条件。过下面，我们来重点介绍几组有代表性的电解池及其电极反应式的书写投影用惰性电极电解烧杯里的溶液1、电解含氧酸H2SO4阳极：4OH 4e = 2H2O+O2阴极：4H+ 4e = 2H2通电总的方程式：2H2O = 2H2+O2结论：用惰性电极电解含氧酸实质是电解水。电解后，酸的浓度增大，即H+增大，故溶液的PH减小。HCl2、电解无氧酸阳极：2Cl 2e = Cl2阴极：2H+ 2e = 2H2 通电总的方程式：2HCl = H2+Cl2NaOH结论：用惰性电极电解无氧酸(除HF)，溶质消耗。电解的结果消耗了HCl，即H+减小，溶液的PH增大。3、电解可溶性碱阳极：4OH 4e = 2H2O+O2阴极：4H+ 4e = 2H2通电总的方程式：2H2O = 2H2+O2结论：用惰性电极电解强碱实质是电解水。电解后，碱的浓度增大，即OH-增大，故溶液的PH增大。Na2SO44、电解活泼金属的含氧酸盐阳极：4OH 4e = 2H2O+O2阴极：4H+ 4e = 2H2通电总的方程式：2H2O = 2H2+O2结论：用惰性电极电解活泼金属的含氧酸盐实质是电解水。电解后溶液的PH不变，等于7。CuCl25、电解不活泼金属的无氧酸盐阳极：2Cl 2e = Cl2阴极：Cu2+ + 2e = Cu通电总的方程式：CuCl2 = 2Cu + Cl2结论：用惰性电极电解不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物)，溶质消耗。电解的结果使Cu2+减小，溶液的H+减小，溶液的PH略有增大。NaClCu2+ +2H2OCu(OH)2 + 2H+6、电解活泼金属的无氧酸盐阳极：2Cl 2e = Cl2阴极：4H+ 4e = 2H2通电总的方程式：2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2+ Cl2结论：用惰性电极电解活泼金属的无氧酸盐，溶质、水同时消耗。电解的结果生成碱，电解后溶液的PH增大。CuSO47、电解不活泼金属的含氧酸盐阳极：4OH 4e = 2H2O+O2阴极：Cu2+ + 2e = Cu通电总的方程式：2CuSO4 +2H2O = 2H2SO4+2Cu+O2结论：用惰性电极电解不活泼金属的含氧酸盐，溶质、水同时消耗。电解的结果生成酸，溶液的PH减小。讲判断溶液中pH的变化，先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物，如果只产生H2没有O2则pH变大。如果只产生O2而无H2，则pH变小。如果既产生O2又有H2，若原溶液呈酸性，则pH减小；若原溶液呈碱性则pH增大；若原溶液呈中性则pH 不变。如果既无O2产生也无H2产生，则溶液的pH均趋于7 板书8、电解规律(1) 电解质分解型：无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液的电解，水不参加反应(2) 电解水型：强碱、活泼金属的含氧酸、含氧酸等溶液的电解，只有水参加(3) 放氢生碱型：电解活泼金属的无氧酸盐时，电解质的阴离子和水电离的H放电，溶质和水都参加反应，pH增大(4) 放氧生酸型：电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质电离的阳离子和水电离的OH离子放电，溶质和水都参加反应，pH减小。小结本节课我们学习了电解的原理，认识了电解池的功能，下面请同学们在总结本节知识以及回忆前面所学的原电池知识的前提下，填写课前所发放的表格，并注意比较。 投影1、电解与电离的比较电离电解条件电解质溶于水或熔化状态电解质电离后，再通直流电过程电解质电离成为自由移动的离子阴、阳离子定向移动，在两极上放电举例CuCl2 =Cu2+2Cl CuCl2CuCl2特点只产生自由移动的离子发生氧化还原反应，形成新物质联系 电解必须建立在电离的基础上2、原电池与电解池的比较 装置类别原电池电解池举例锌铜原电池电解氯化铜溶液形成条件1、活泼性不同的两电极(用导线连接)2、电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)3、形成闭合回路1、两电极接直流电源2、两电极插入电解质溶液中3、形成闭合回路电极名称负极：较活泼金属正极：较不活泼金属(或能导电的非金属)由电极本身决定阳极：与电源正极相连的极阴极：与电源负极相连的极由外加电源决定电极反应负极：氧化反应，金属失电子正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子或电极金属失电子阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子 电子流向负极-导线-正极电源负极阴极电源正极阳极能量转变化学能转换为电能电能转换为自由能能否自发进行反应能够自发进行反应不能够自发进行主要应用1、金属电化腐蚀分析2、金属牺牲阳极的阴极保护法3、制造多种新化学电源1、电解食盐水(氯碱工业)2、冶炼活泼金属3、电解精炼实质使氧化还原反应中的电子通过导线定向转移形成电流使电流通过电解质溶液而阴阳两极引起氧化还原反应的过程教学回顾：教 案课题：第三节 电解池(二)授课班级课 时教学目的知识与技能了解氯碱工业，电镀，冶金的原理过程与方法 培养学生的实验操作能力，团结协作能力、观察能力、分析能力、归纳总结能力以及运用知识解决问题的能力情感态度价值观 通过电镀工业废水处理的简单介绍，增强学生的环境保护意识重 点电解池原理难 点电解池应用知识结构与板书设计二、电解原理的应用1、电解饱和食盐水制烧碱、氢气和氯气(1) 实验原理：阳极(放电顺序：ClOH)：2Cl-2e = Cl2 (氧化反应)阴极(放电顺序：HNa)：2H+2e=H2 (还原反应)总反应：2NaCl+2H2O2NaOH +H2+ Cl2 阴极 阳极(2)工业制备方法-离子交换膜法2、电解精炼铜粗铜作阳极，纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解液。阳极(粗铜)：Cu2eCu2+阴极(精铜)：Cu2+2eCu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。3、电镀铜(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。(2) 电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。(3) 镀层金属：通常是在空气或溶液中不易起变化的金属，如Cr、Zn、Ag、Cu等(4) 在铁制品上镀铜：阳极铜 阴极铁制品电镀液CuSO4溶液原理：阳极(Zn) Zn-2e=Zn2+ 阴极(Fe) Zn2+2e = Zn 4、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(2) 适用范围：制取活泼金属单质，如电解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al教学过程教学步骤、内容教学方法、手段、师生活动引言上节课我们学习了电解的原理，电解是通过电流引起化学反应的过程，即将电能转变成了化学能。电解的原理在工业上有哪些应用呢？这节课就向同学们介绍两个电解原理在工业上应用的事例.板书二、电解原理的应用讲电解饱和食盐水以制备烧碱、氢气和氯气，电解饱和食盐水的工业生产叫氯碱工业。板书1、电解饱和食盐水制烧碱、氢气和氯气投影实验装置实验装置及原理按上图装置，在U形管里倒入饱和食盐水，插入一根石墨棒做阳极，一根铁棒做阴极。同时在两边管中各滴入几滴酚酞试液，并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。接通直流电源后，注意管内发生的现象。讲在这个反应中，由于H在阴极上得到电子而生成H2，破坏了附近的水的电离平衡，促进了水继续电离，结果阴极区溶液里OH浓度增大而呈碱性。板书(1) 实验原理：阳极(放电顺序：ClOH)：2Cl-2e = Cl2 (氧化反应)阴极(放电顺序：HNa)：2H+2e=H2 (还原反应)总反应：2NaCl+2H2O2NaOH +H2+ Cl2 阴极 阳极注意在学习电解食盐水的化学原理时，学生往往不容易理解碱为什么在阴极区生成。这点可以从H在阴极上大量被还原，从而引起水的电离平衡被破坏，来分析在阴极区积累大量OH的理由。板书(2)工业制备方法-离子交换膜法讲由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。 将电解槽隔成阴极室和阳极室和阴极室，它只允许阳离子(Na)通过，而阻止阴离子(Cl、OH)和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO 而影响烧碱的质量。讲其原料粗盐中含有泥沙、Ca2、Mg2、Fe3、SO42等杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。投影讲除杂质时所加试剂的顺序要求是Na2CO3必须在BaCl2之后，加入盐酸在过滤之后。问工业上为什么要对粗铜进行电解精炼呢？学生活动指导学生查找阅读教材中相关内容，请学生代表回答。问怎样利用电解的原理精炼粗铜呢？板书2、电解精炼铜粗铜作阳极，纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解液。投影见下页学生活动请学生讨论分析电解液中离子的种类，通电后溶液中离子的移动情况和阴极反应。学生总结CuSO4溶液中有Cu2+、H+、SO42-、OH-等四种离子,通电后Cu2+、H+移向阴极，SO42-、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(精铜)：Cu2+2eCu讲 SO42-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(粗铜)：Cu2eCu2+问 粗铜中所含的杂质（如：Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）是如何除去的呢？讲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： Zn2eZn2+；Ni2eNi2+；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，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投影播放课前制作的多媒体课件,模拟电解精炼铜的过程中两极和电解液中离子的变化情况。问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，下面我们再共同学习电解原理的另一个应用实例电镀铜。板书3、电镀铜问什么是电镀？电镀的优点有哪些？学生活动指导学生查找阅读教材中相关内容，请学生代表回答。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。(2) 电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。(3) 镀层金属：通常是在空气或溶液中不易起变化的金属，如Cr、Zn、Ag、Cu等讲电镀时，把待镀金属制品作为阴极；把镀层金属作为阳极；用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液。通低压直流电，阳极金属在溶液中成为阳离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成金属，在待镀件表面上覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层。讲例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。问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(4) 在铁制品上镀铜：阳极铜 阴极铁制品电镀液CuSO4