高中化学化学能与电能的转化2苏教版选修4

化学能与电能的转化【学习目标】掌握电解的原理，能够准确判断电解池的阴、阳极。正确书写两极反应式及电解的总化学方程式。掌握惰性材料做电极时，离子的放电顺序。【重点难点】离子放电顺序。电极方程式的书写。【能力培养】培养学生的自学能力、观察能力、动手实验能力，以及分析问题、解决问题的能力；培养学生的思维能力、概括总结的能力，以及形成规律认识的能力。【科学思想】从实验现象分析得出宏观现象和微观本质的关系，使学生领悟从感性认识到理性认识的过程。【科学品质】通过分组实验，并准确记录实验现象的过程，调动学生学习的积极性，提高学习兴趣，培养学生的求实精神和团结合作精神。【教学过程】教师活动学生活动设计意图【第一课时】【引入新课】 通过上一节的学习我们知道：化学能和热能之间可以相互转化。那么化学能和其他形式的能量能否相互转化？ 和哪些形式的能量可以相互转化？化学能和电能能否相互转化？本节我们学习第二节电能转化为化学能电解。【板书】第二节 电能转化为化学能电解电解的原理【讲解】钠常温下就和氯气反应生成氯化钠并放出大量的热，如以氯化钠为原料制备单质钠，则需要外界提供大量能量。工业上常用电解的方法制备单质钠。回顾必修2相关知识举例回答：化学能和其他形式能量的转化。温故知新，为近一步学习作铺垫。【实验目的】电解熔融氯化钠制备单质钠【装置设计】石墨电极：接电源正极铁电极：接电源的负极电解质：熔融的氯化钠【实验模拟】演示多媒体课件电解熔融氯化钠制备单质钠【问题】接通电源后，Na和Cl-向哪个方向移动？Na和Cl- 在电极上将发生什么变化？书写两极反应式及总反应方程式。【评价】分析学生的回答并评价：表扬其优点，并纠正其错误，规范结论。【小结并板书】电解熔融氯化钠阴极：2Na + 2e- 2Na阳极：2Cl-Cl2 +2e-电解2NaCl(熔融) 2Na + Cl22、电解： 在 的作用下，电解质在两个电极上分别发生 和 的过程叫做电解。阅读教材，初步了解电解的装置，过程和原理观察：离子运动、离子在电极上的变化、实验现象。阅读教材，交流讨论并分析回答：Na+（阳离子）向与电源负极相连的电极运动，发生还原反应。Cl- （阴离子）向与电源正极相连的电极运动，发生氧化反应。阴极：2Na + 2e- 2Na阳极：2Cl-Cl2 +2e-电解2NaCl(熔融) 2Na + Cl2 根据上述模拟实验，总结知识，填写学案。直流电，氧化反应，还原反应初步了解电解的装置，过程和原理培养观察能力、以及分析问题、解决问题的能力；通过一些设问及质疑，调动学生学习的积极性，并培养学生的思维能力，概括总结的能力，以及形成规律性认识的能力。【注意】1、电解时必须使用 电源。2、被电解的可以是 或 。3、电解过程中电能转化为 能储存在产物中。3、电解池：借助直流电引起 的装置。即把 转化为 的装置，也叫电解槽。构成条件： 。电极：电源的两极分别叫做： 电解池的两极：阳极： 阴极： 电极反应：电极上进行的 叫电极反应。电极反应式：阳极： 阴极： 总反应式： 【注意】两极反应式写一起时，注意得失电子相同。导电流程：直流熔融电解质，电解质溶液， 化学氧化还原反应电能 ，化学能直流电源，两个固体电解，电解质（熔融或溶液）正极和负极接电源的正极，发生氧化反应，接电源负极，发生还原反应。半反应书写电解熔融氯化钠的两极反应式和总反应式。归纳并掌握电解过程中电子的移动、离子的运动、两极的变化，电极方程式的书写。让学生掌握：电解的装置电解池的组成电解过程让学生掌握电极的判断方法和电极的特点。让学生掌握电解反应式的书写即总反应方程式的书写。掌握电解过程中离子的运动、电子的移动了解电解质的导电过程【学生实验】【实验目的】电解CuCl2溶液【实验要求】（操作规范，注意安全）根据上述电解知识的学习，讨论并制定出电解CuCl2溶液的方案。然后进行实验。实验仪器： 试 剂： 电解图：步骤： 实验现象： 【检验】检查学生实验情况，纠正错误，对好的给予表扬。【投影显示】1通电前溶液中存在哪些离子？这些离子是如何运动的？2接通直流电后，原来的离子运动发生了怎样的改变？3有关离子在两极发生了什么样的反应？【总结板书】阳极：2Cl-Cl22e阴极：Cu2 + 2eCu总反应化学方程式:电解CuCl2=Cu+Cl2分组讨论，得出结论，设计出电解方案。每组派代表汇报实验方案。并相互借鉴学习。分组实验。观察实验现象，准确记录实验现象，汇报实验结果。回答实验现象：通电一会儿：与电源负极相连的碳棒上有红色固体物质析出，与电源正极相连的碳棒上有使湿润的淀粉-KI试纸变蓝的气体生成。讨论分析，回答：1通电前溶液中Cu2、Cl-、H、OH-自由移动。2通电后带正电的Cu2、H向阴极移动；带负电的Cl-、OH-向阳极移动。3Cu2在阴极得电子变成了单质Cu，Cl-在阳极失电子变成了Cl2。培养学生的思维能力，知识运用能力。培养学生相互学习、相互帮助的品质。培养学生动手能力，调动学生学习积极性，培养观察能力，准确记录实验能力及团结合作精神。培养学生概括总结能力及口头表达能力【练习】下列说法不正确的是 （1）电解是把电能转化为化学能（2）电解是化学能转化为电能（3）电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化(4)不能自发进行的氧化还原反应，通过电解 的原理可以实现（5）任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应(6)与电源正极相连的是电解槽的阴极 (7)与电源负极相连的是电解槽的阴极(8)电解槽的阳极发生氧化反应(9)电子从电源的负极沿导线流入电解槽的阴极。(10)电解时，阳离子向阳极运动。2、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是： H2 + 2 NiO(OH)2 2Ni(OH)2 根据此反应式，判断下列叙述正确的是（ ）。电池放电时，电池负极周围溶液的OH不断增大 电池放电时，镍元素被氧化电池充电时，氢元素被还原 D. 电池放电时，氢气是负极分析讨论，并解答：(2)(6)(10)分析讨论，并解答：CD巩固知识检验知识培养学生的知识应用能力。【第二课时】【设疑】在CuCl2溶液中有自由移动的Cu2、Cl-、H、OH-，为什么只有Cu2、Cl-得失电子，而H、OH-却不能在两极上得失电子呢？【讲述】电解质溶液中各种离子在两极上得失电子是有一定顺序的，我们称之为放电顺序， 【学习】1、什么叫做“放电”？2、阴、阳离子的放电顺序如何？【评价】分析学生的回答并评价：表扬其优点，并纠正其错误，规范结论。【师生小结】阳极：若为活泼金属，则金属失电子，溶液中的阴离子不变。若为惰性电极则阴离子放电，顺序为：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子。阴极：阳离子放电，顺序为：AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2.Ca2K+【设问】电解熔融氯化钠和电解氯化铜溶液不同，那么电解熔融氯化钠和电解饱和氯化钠溶液是否相同？积极思考，根据预习，试分析。阅读教材，交流讨论并回答：放电：离子在电极表面得到或失去电子的过程。阳极：若为活泼金属，则金属失电子，溶液中的阴离子不变。若为惰性电极则阴离子放电，顺序为：S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子。阴极：阳离子放电，顺序为：AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2.Ca2K+根据放电顺序，分析电解饱和氯化钠溶液和电解熔融氯化钠有何区别？调动学生思维，分层次思考，有利于激发学习兴趣。分析方法在教学中潜移默化的渗透。培养阅读能力及自学能力、分析问题的能力。调动学生处于积极思考状态，培养思维能力。实现感性认识到理性认识的过程。加深记忆，培养兴趣让学生掌握离子的放电顺序及其应用。【板书】二、电解原理的应用电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气：【实验装置】阳极： 阴极： 电解质溶液： 【实验步骤】在U型管中倒入饱和食盐水，插入一根石墨电极，一根铁电极，两侧溶液中各滴入几滴酚酞试液，接通直流电源，注意观察现象。并用湿润的淀粉-碘化钾试纸检验阳极气体。【演示实验】【实验现象】阴极 、阳极 【电极方程式】阴极: 阳极： 总反应方程式： 2、铜的电解精炼铜重要的金属主要用途制作导线。要求纯度高。【问题】1、工业上为什么要对粗铜进行电解精炼呢?2、怎样利用电解的原理精炼粗铜呢?阳极 阴极 电解液 3、铜中所含的杂质(如：Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)是如何除去的呢?电解液中离子的种类，通电后溶液中离子的移动情况和两极反应。阴、阳极的电极反应式？【过渡】新买的自行车光洁亮丽，但时间长了，亮丽的表面破坏后常常锈迹斑斑。为什么？这和电解原理的另一个应用电镀有关。3、电镀【问题】什么是电镀?电镀的优点有哪些?在铁制品上镀铜电镀材料的选择：阴极：阳极：电镀液：【练习】如果要在某铁制品表面镀上一层银，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。【问题】通过上面的学习，你能总结出电解的一些规律吗？【电解规律(用惰性电极电解时)】(1)、电解无氧酸溶液(氢氟酸除外)、不活泼金属的无氧酸盐溶液时，实质上是电解质本身被电解。如电解盐酸、CuCl2溶液等时电解后溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质阅读教材，交流讨论并回答：碳棒作阳极铁棒（或其他固体电极）作阴极，饱和食盐水。学习，掌握实验步骤。观察实验现象，准确记录实验现象，汇报实验结果。阴极:有气泡放出，该电极附近的溶液先变红阳极：有气泡放出，且能使湿润的淀粉-碘化钾试纸变蓝阴极：2H+ + 2e- H2阳极：2Cl Cl2+2e- 电解2H2O + 2NaCl = H2 + Cl2 + 2NaOH阅读教材中相关内容，并回答：除去杂质，提高纯度。粗铜纯铜CuS04溶液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：Zn Zn2+ + 2e-Ni- Ni2+ +2e-比铜不活泼的金属杂质，不能失电子而溶解，以单质形式沉积于电解槽底部，形成阳极泥。（4，5略）阅读教材中相关内容，请学生代表回答1、电镀：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。增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金属的外观。镀件（铁）镀层金属（铜）含有镀层金属离子的溶液(2)电解含氧酸、强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液时，实质上是电解水。如电解H2SO4、HNO3 NaOH、Na2SO4等溶液时，溶质不变，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的水。让学生熟练电解原理的应用。培养学生实验设计能力，调动学生学习积极性，培养观察能力，准确记录实验能力及团结合作精神。培养学生概括总结能力及口头表达能力。培养阅读能力及自学能力、分析问题的能力。调动学生处于积极思考状态，培养思维能力。培养阅读能力及自学能力、分析问题的能力。调动学生处于积极思考状态，培养思维能力。、电解不活泼金属的含氧酸盐和活泼金属的无氧酸盐溶液时，电解质和水都有一部分被电解，如CuSO4 ，NaCl溶液电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物或相应的无氧酸【达标练习】 1、按A图装置进行实验，若图B的X轴表示流入电极的电子的量，则Y轴不可能表示的情况是（ ）。AAg BNO3 C溶液的PH D银棒的质量2、溶液中含有两种溶液质氯化钠和硫酸，他们的物质的量之比为3：1。用石墨做电极电解该溶液时，根据反应产物可明显分为三个阶段，则下列叙述不正确的是 （ ）。A阴极只析出氢气 B阳极先析出氯气后析出氧气C电解最后阶段为电解水 D电解过程中溶液的PH不断增大，最后PH为73、 某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设汁了如图的装置。则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是Aa为正极，b为负极；NaCl0和NaCl Ba为负极，b为正极；NaCl0和NaCl Ca为阳极，b为阴极；HClO和NaCl Da为阴极，b为阳极；HClO和NaCl4、写出用碳棒作阳极，铁棒作阴极电解CuSO4溶液电极反应式及总反应方程式，并分析两极附近溶液PH值变化，及溶液PH变化。若恢复到原溶液应加入适量的什么物质？石墨作电极，电解下列溶液， 写出电极反应及电解总反应式。（1）NaCl溶液 （2）AgNO3溶液 （3）Na2SO4 （4）CuCl2溶液 6、用阳极a和阴极b电解c的水溶液，然后加入d，能使溶液恢复到电解前状态，a、b、c、d正确组合是 （ ）APt P t NaOH NaOH BC C NaCl NaOHCCu Cu CuSO4 Cu(OH)2 DPt Pt H2SO4 H2O 7、关于“电解氯化铜溶液的PH值变化”问题，化学界有两种不同的观点：观点一：“理论派”认为电解氯化铜溶液后溶液的PH值升高。观点二：“实验派”经过反复、多次、精确的实验测定，证明电解氯化铜溶液时PH值的变化如图所示曲线关系。请回答下列问题：（1）电解前氯化铜溶液的pH处于A点位置的原因是：（用离子方程式说明） 。(2)“理论派”所持观点的理论依据是： 。(3)“实验派”的结论是： ，他们所述“精确的实验”是通过 确定的。(4)你持何种观点，你所持观点的理由是： （从化学原理加以说明）8、由于Fe (OH)2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应