人教版高中化学选修四1819版4.3.2 电解原理的应用 学案

第2课时 电解原理的应用 一学习目标：1掌握电解饱和食盐水的原理；2了解电镀、金属精炼、电冶金等方面的发展前景。二学习重点：1能够从电解饱和食盐水、电解精炼铜、电镀、电冶金等电解应用的另一视角加深对电解原理的理解；2能通过对电解电解质溶液的规律的认识，正确书写出电极反应、电池总反应。三学习难点：能通过对电解电解质溶液的规律的认识，正确书写出电极反应、电池总反应。四预习导学1电解饱和食盐水通电前溶液中含有的离子： 。通电时 移向阴极， 放电， 移向阳极， 放电。电极反应为：阳极： ( 反应)阴极： ( 反应)因 放电，导致水的电离平衡H2OH+OH-向右移动，致使生成 。2电镀(1)电镀的含义电镀是应用 在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。(2)电镀的目的电镀的目的主要是提高金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。3电解精炼铜(1)装置如下图所示： 作阳极， 作阴极， 作电解质溶液。(2)电极反应，阳极为 、 等。阴极为 。4电冶金属(1)金属冶炼的本质使矿石中的 获得电子，从它们的化合物中还原出来。如 。(2)电解熔融的NaCl制Na对于冶炼像钠、钙、镁、铝这样活泼的金属， 几乎是唯一可行的工业方法。例如电解熔融的NaCl制Na：NaCl在高温熔融，并发生电离：NaClNa+Cl-通直流电后，阴极： ，阳极： ，总化学方程式为： 。五问题引领，知识探究问题1 电解原理的应用实验装置和步骤按如图所示装置，向U形管里倒入饱和食盐水，插入一根石墨棒作阳极，一根铁棒作阴极。同时在两边管中各滴入几滴酚酞溶液，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，你观察到了哪些现象?通过这些现象你得到什么结论?电解饱和食盐水问题2请你用电解原理分析电解饱和食盐水。问题3电镀原理及应用按如图所示装置，向烧杯中倒入饱和硫酸铜溶液，用铜作阳极，一个钥匙(铁制)作阴极。接通K后，你观察到哪些现象?你能解释你观察到的现象吗?【练习1】某课外活动小组欲在铁制工艺品上分别镀上一层锌和一层铝，它们分别设计了如下图所示的方案：这两个方案都能成功吗?若能成功请写出阴、阳两极的电极反应。若不能成功请说明理由。问题4电解精炼铜粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，请你利用如图电解精炼铜的装置，结合电解原理，探究电解过程中各杂质成分的变化。问题5电冶金（1）阅读教材，请你自主完成如图电解熔融氯化钠制钠图示中的空格处内容的填写工作。（2）请你写出金属活动性顺序，并标出各种金属的冶炼方法。【练习2】下列描述中，不符合生产实际的是()A.电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B.电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C.电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D.在镀件上电镀锌，用锌作阳极问题6电解电解质溶液的规律探究（1）用惰性电极电解下列电解质溶液，请你分析下列问题（注意得失电子的顺序）CuCl2： 阴极： 阳极： 总方程式： 电解质浓度 ，pH 电解对象： ，要把电解质溶液复原，加 。HCl：阴极： 阳极： 总方程式： 电解质浓度 ，pH 电解对象： ，要把电解质溶液复原，加 。小结：经过总方程式发现以上两个电解池反应的电解对象都是 ，这一类电解反应称为电解电解质型（2）用惰性电极电解NaCl溶液，请你分析下列问题阴极： 阳极： 总方程式： 电解质浓度 ，pH 电解对象： ，要把电解质溶液复原，加 。小结：经过总方程式发现该电解池反应的电解对象是 ，这一类电解反应称为 放氢生碱型。（3）用惰性电极电解CuSO4溶液，请你分析下列问题阴极： 阳极： 总方程式： 电解质浓度 ，pH 电解对象： ，要把电解质溶液复原，加 。小结：经过总方程式发现该电解池反应的电解对象是 ，这一类电解反应称为 放氧生酸型。（4）用惰性电极电解下列电解质溶液，请你分析下列问题NaOH：阴极： 阳极： 总方程式： 电解质浓度 ，pH H2SO4：阴极： 阳极： 总方程式： 电解质浓度 ，pH Na2SO4：阴极： 阳极： 总方程式： 电解质浓度 ，pH 小结：经过总方程式发现以上三个电解池反应的电解对象都是 ，要把电解质溶液复原，加 。这类电解反应称为电解水型。【练习3】用惰性电极实现电解，下列说法正确的是()A.电解稀硫酸，实质上是电解水，故溶液pH不变B.电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH-，故溶液pH减小C.电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为12D.电解硫酸铜溶液，一段时间后，加入适量CuO能使电解质溶液恢复到电解前的组成和浓度六目标检测1下列关于铜电极的叙述正确的是()A铜锌原电池中铜是负极B用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极C在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极D.电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极2工业上由二氧化锰制备KMnO4可分两步进行：二氧化锰与氢氧化钾共熔后通入O2：2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O；电解锰酸钾溶液：2K2MnO4+2H2O2KMnO4+H2+2KOH。下列叙述中正确的是()A在反应中K2MnO4作氧化剂B每生成1 mol KMnO4共转移6 mol电子C第步电解时，阴极周围溶液的pH减小D第步电解时，KMnO4在阳极区生成3如图A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞溶液的滤纸，C为电镀槽。接通电路后，发现B上的c点显红色。请填空：(1)电源A的电极a为极；(2)滤纸B上发生反应的总化学方程式为；(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通电键K，则电极e上发生的反应为，槽中盛放的电镀液可以是。4.向8 g某二价金属的氧化物固体中加入稀硫酸，使其恰好完全溶解，已知消耗硫酸的体积为100 mL，在所得溶液中插入铂电极进行电解，通电一定时间后，在一个电极上收集到224 mL(标准状况)氧气，在另一个电极上析出该金属1.28 g。(1)根据计算确定金属氧化物的名称。(2)求通电后硫酸溶液的物质的量浓度(溶液体积按100 mL计算)。【参考答案】四预习导学1 Na+、Cl-、H+、OH- Na+、H+ H+ Cl-、OH- Cl- 2Cl-2e-Cl2 氧化 2H+2e-H2 还原H+ NaOH2(1)电解原理3(1)粗铜 纯铜 CuSO4溶液(2) Cu-2e-Cu2+ Zn-2e-Zn2+ Cu2+2e-Cu4(1)金属离子 Mn+ne-M(2)电解法 2Na+2e-2Na2Cl-2e-Cl2 NaCl(熔融) 2Na+Cl2五问题引领，知识探究问题1 答案：实验现象(1)阳极上产生带刺激性气味的气体，该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝；(2)阴极上产生无色无味的气体；(3)阴极区溶液变红。实验结论语文课本中的文章都是精选的比较优秀的文章,还有不少名家名篇。如果有选择循序渐进地让学生背诵一些优秀篇目、精彩段落,对提高学生的水平会大有裨益。现在,不少语文教师在分析课文时,把文章解体的支离破碎,总在文章的技巧方面下功夫。结果教师费劲,学生头疼。分析完之后,学生收效甚微,没过几天便忘的一干二净。造成这种事倍功半的尴尬局面的关键就是对文章读的不熟。常言道“书读百遍,其义自见”,如果有目的、有计划地引导学生反复阅读课文,或细读、默读、跳读,或听读、范读、轮读、分角色朗读,学生便可以在读中自然领悟文章的思想内容和写作技巧,可以在读中自然加强语感,增强语言的感受力。久而久之,这种思想内容、写作技巧和语感就会自然渗透到学生的语言意识之中,就会在写作中自觉不自觉地加以运用、创造和发展。用石墨电极作阳极，电解饱和食盐水生成Cl2、H2和NaOH。问题2答案：在食盐水中，存在着Na+、Cl-、H+、OH-四种离子，通电时，Cl-、OH-向阳极移动，Na+、H+向阴极移动，由于放电能力Cl-OH-，H+Na+，因此在阳极Cl-比OH-容易失去电子，氧化生成氯气；在阴极，H+比Na+容易得到电子，还原生成氢气。问题3 答案：实验现象：阳极铜片逐渐溶解，阴极铁制钥匙表面慢慢出现一层红色的物质。通电后阳极发生：Cu-2e-Cu2+，因此铜片逐渐溶解，Cu2+进入溶液中；阴极发生：Cu2+2e-Cu，因此钥匙表面逐渐镀上了一层红色的铜。【练习1】解析：本题主要考查电镀的原理，及在阴极阳离子的放电顺序。由于Zn2+的氧化性大于H+(H2O)的氧化性，Zn2+得电子生成Zn，所以甲方案能成功；而乙方案中由于H+(H2O)的氧化性大于Al3+，H+(H2O)放电产生H2，而得不到Al，所以乙方案不能成功。答案：甲方案能成功。阳极：Zn-2e-Zn2+，阴极：Zn2+2e-Zn。乙方案不能成功。由于AlCl3溶液中含有Al3+和水电离出来的H+，H+的氧化性比Al3+强优先得电子：2H+2e-H2，致使Al3+不能得电子生成金属Al，造成镀铝失败。问题4答案：粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序中铜以前的金属如Zn、Fe、Ni等，会优先失去电子，如Zn-2e-Zn2+，Ni-2e-Ni2+。但是它们的阳离子比铜离子难还原，所以它们并不在阴极获得电子析出，而是留在电解质溶液里。而位于金属活动性顺序中铜之后的银、金等杂质，因为失电子的能力比铜弱，不能在阳极失去电子变成阳离子溶解在溶液中，而是以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)。解析：(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应：2Cl-2e-Cl2；阴极反应：2H+2e-H2。与电源正极相连的为阳极，反之为阴极。所以X为阴极，Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H+，溶液呈碱性，加入酚酞溶液变成红色；Y极产生Cl2，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色。(2)电解精炼铜时，用含杂质的铜为阳极，纯铜为阴极。反应过程中阳极上的铜以及比铜活泼的金属失去电子成为离子进入溶液，活泼性比铜差的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2+能得电子成为单质，其他较活泼金属对应的离子不能得电子。根据装置图，X为阴极，Y为阳极。所以，X电极的材料是纯铜，电极反应为Cu2+2e-Cu；Y电极的材料是粗铜，电极反应为Cu-2e-Cu2+。问题5（1）（2）答案：【练习2】解析：电解池的阳极发生失电子氧化反应、阴极发生得电子还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时，若用Fe作阳极，会发生Fe-2e-Fe2+，Fe2+移动到阴极上发生Fe2+2e-Fe，使得到的Al不纯。答案：A问题6电解电解质溶液的规律探究（1）Cu2+2e-=Cu 2Cl-2e-=Cl2_ 减小 减小（Cl2溶于水不要求）电解质本身（CuCl2） 电解质（CuCl2固体） 2H+2e-=H2 2Cl-2e-=Cl2 减小 增大 电解质本身（HCl） HCl气体 电解质本身 （2）2H2O+ 2e-=H2+2OH- 2Cl-2e-=Cl2 生成新的电解质 增大 电解质和水（NaCl和水） HCl气体 电解质和水 （3）Cu2+2e-=Cu 2H2O 2e-=O2+2H+ 2Cu2+ 2H2OO2+4H+ +2Cu 生成新的电解质 减小 电解质和水 CuO、CuCO3等 电解质和水 （4）2H2O+ 2e-=H2+2OH- 4OH4e-=2H2O+O2 2 H2OH2+O2 增大 增大 2H+2e- =H2 2H2O 2e-=O2+2H+ 2 H2OH2+O2 增大 减小 2H2O+ 2e-=H2+2OH- 2H2O 2e-=O2+2H+ 2 H2OH2+O2 增大 不变 电解水 水【练习3】解析：电解稀硫酸，实质上是电解水，硫酸浓度变大，溶液的pH减小；电解稀NaOH溶液，溶液的pH增大；电解Na2SO4溶液，阴极和阳极上分别析出H2和O2，物质的量之比为21；电解CuSO4溶液，阴、阳极分别析出Cu、O2，溶液中生成H2SO4，加入适量的CuO能使溶液恢复到电解前的组成和浓度。答案：D六目标检测1解析：铜锌原电池中，铜不活泼，应作正极，A项错。在电镀或电解精炼铜时，需要将溶液中的Cu2+还原成金属铜析出，用作向溶液供给Cu2+的粗铜则必须作阳极，B项错误，C项正确。电解硫酸溶液时，金属铜如果作阳极，它将以Cu2+的形式被溶解而进入电解质溶液，当电解质溶液内有H+和Cu2+时，后者将在阴极上放电，D项错误。答案：C2解析：每生成1 mol KMnO4共转移3 mol电子，故B项错误；中电解锰酸钾溶液时，在阴极H2O得电子生成H2，同时生成OH-，故pH增大，C项错误；根据氧化还原反应原理，在第步电解时，在阳极K2MnO4被氧化为KMnO4，因此K2MnO4作还原剂，故A项错，D项正确。答案：D3解析：接通电路后，发现B上的c点显红色，说明氢离子在c极上得电子，所以c极为阴极，可推知电源的b极为负极，a极为正极；欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通电键K时，与a极相连的e极应该为阳极，e极应该为锌，电镀液应该为含锌离子的盐溶液，可以用ZnSO4溶液等。答案：(1)正(2)2NaCl+2H2OH2+Cl2+2NaOH(3)Zn-2e-Zn2+ZnSO4溶液或ZnCl2溶液、Zn(NO3)2溶液等我国古代的读书人,从上学之日起,就日诵不辍,一般在几年内就能识记几千个汉字,熟记几百篇文章,写出的诗文也是字斟句酌,琅琅上口,成为满腹经纶的文人。为什么在现代化教学的今天,我们念了十几年书的高中毕业生甚至大学生,竟提起作文就头疼,写不出像样的文章呢?吕叔湘先生早在1978年就尖锐地提出:“中小学语文教学效果差,中学语文毕业生语文水平低,十几年上课总时数是9160课时,语文是2749课时,恰好是30%,十年的时间,二千七百多课时,用来学本国语文,却是大多数不过关,岂非咄咄怪事!”寻根究底,其主要原因就是腹中无物。特别是写议论文,初中水平以上的学生都知道议论文的“三要素”是论点、论据、论证,也通晓议论文的基本结构:提出问题分析问题解决问题,但真正动起笔来就犯难了。知道“是这样”,就是讲不出“为什么”。根本原因还是无“米”下“锅”。于是便翻开作文集锦之类的书大段抄起来,抄人家的名言警句,抄人家的事例,不参考作文书就很难写出像样的文章。所以,词汇贫乏、内容空洞、千篇一律便成了中学生作文的通病。要解决这个问题,不能单在布局谋篇等写作技方面下功夫,必须认识到“死记硬背”的重要性,让学生积累足够的“米”。4. 解析：设金属氧化物为RO，R的