教学设计完整版：电解质溶液在通电情况下的变化

高一化学第一学期电解质溶液在通电情况下的变化教学设计一、电解饱和食盐水1.实验装置2.实验现象①在U型管的两个电极上都有气体放出。②阳极放出有刺激性气味的黄绿色气体，并且能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，说明放出的是Cl2；③阴极放出无色的气体，经爆鸣验证是H2；④同时发现阴极附近溶液变红，这说明溶液里有碱性物质生成。3.理论解释为什么会出现这些实验现象呢？这是因为NaCl是强电解质，在溶液里完全电离，水是弱电解质，也微弱电离，因此在溶液中存在着Na+、H+、Cl－、OH－四种离子。当接通直流电源后，带负电的OH－和Cl－向阳极移动，带正电的Na+和H+向阴极移动。在这样的电解条件下，Cl－比OH－容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出，使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。H＋比Na＋容易得到电子，因而H＋不断地从阴极获得电子被还原为氢原子，并结合成氢分子从阴极放出。阳极反应：2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应）阴极反应：2H＋＋2e－＝H2↑（还原反应）在上述反应中，H＋是由水的电离生成的，由于H＋在阴极上不断得到电子而生成H2放出，破坏了附近的水的电离平衡，水分子继续电离出H＋和OH－，H＋又不断得到电子变成H2，结果在阴极区溶液里OH－的浓度相对地增大，使酚酞试液变红。因此，电解饱和食盐水的总反应可以表示为：4.实验总结①电解像这种使直流电通过电解质溶液而发生氧化还原反应的过程叫做电解。②电解是电能转变为化学能的过程，可见,电解质溶液的导电过程也就是电解质溶液的电解过程。5.用途工业上利用这一反应原理，制取烧碱、氯气和氢气。6.拓展：离子交换膜法①在上面的电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间能够发生化学反应，如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO、H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中，要避免这几种产物混合，常使反应在特殊的电解槽中进行。②离子交换膜法制烧碱目前世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。这一技术在20世纪50年代开始研究，80年代开始工业化生产。离子交换膜电解槽主要由阳极、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。一个单元槽的示意图。电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na＋通过，而Cl－、OH－和气体则不能通过。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溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。一台离子交换膜电解槽的示意图（共16个单元槽）。二、电解氯化铜溶液1.实验装置在一个U型管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极，把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与电池正极相连的电极附近。接通直流电源，观察U型管内发生的现象及试纸颜色的变化。2.实验现象①接通直流电源后，电流表指针发生偏转②阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色物质，这是析出的金属铜；③在阳极碳棒上有气泡放出，并可闻到刺激性的气味，同时看到湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，可以断定，放出的气体是Cl2。这个实验告诉我们，CuCl2溶液受到电流的作用，在导电的同时发生了化学变化，生成了Cu和Cl2。3.理论解释CuCl2溶液在电流的作用下为什么会分解生成Cu和Cl2呢？这是因为，CuCl2是强电解质，在水溶液中电离生成Cu2+和Cl－：CuCl2→Cu2＋＋2Cl－通电前，Cu2+和Cl－在溶液里自由地移动着：通电后，在电场的作用下，这些自由移动的离子，改作定向移动。带负电的阴离子向阳极移动，带正电的阳离子向阴极移动。在阳极，Cl－失去电子被氧化成氯原子，并两两结合成Cl2，从阳极放出。在阴极，Cu2+获得电子被还原成铜原子，覆盖在阴极石墨棒上。在两个电极上发生的反应可以表示如下：阳极：2Cl－－2e→Cl2↑（氧化反应）阴极：Cu2+＋2e→Cu（还原反应）4.实验总结①把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。②跟直流电源的负极相连的电极是电解池的阴极。通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极。③跟直流电源的正极相连的电极是电解池的阳极，通电时，电子从电解池的阳极流出，沿导线流回电源的正极。这样，电流就依靠溶液里阴离子和阳离子的定向移动而通过溶液。电解CuCl2溶液的化学反应方程式就是阳极上的反应和阴极上的反应的总和。在上述电解过程中，没有提到溶液里的H+和OH－。实际上，在水溶液中，还存在着水的电离平衡：H2O⇌H++OH－因此，在CuCl2溶液中，存在着四种离子：Cu2+、Cl－、H+和OH－。通电时，移向阴极的离子有Cu2+和H+，因为Cu2+比H+容易得到电子，所以Cu2+在阴极得到电子生成金属铜从溶液中析出。通电时，移向阳极的离子有Cl－和OH－，在这样的实验条件下，Cl－比OH－容易失去电子，所以Cl－在阳极失去电子，生成Cl2。5.原电池和电解池的比较原电池电解池能量转化化学能→电能电能→化学能组成条件①活泼性不同两电极用导线连接②两电极插入电解质溶液(自发反应)③形成闭合回路①两电极与电源连接②两电极插入电解质溶液③形成闭合回路装置特征异无电源；两极材料不同有电源；两极材料可相同，也可不同同两极上发生氧化还原反应电极名称由电极本身决定负极：较活泼金属正极：较不活泼金属(或其它导电性材料)由电源决定阳极：与电源正极连接阴极：与电源负极连接电极反应正极：得电子还原反应负极：失电子氧化反应阳极：失电子氧化反应阴极：得电子还原反应电子流向负极→正极电源负极→阴极电源正极←阳极6.铜的电解精炼一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。铜的电解精炼原理示意图铜的电解精炼原理电解时，用粗铜板作阳极，与直流电源的正极相连，用纯铜片作阴极，与电源的负极相连，用CuSO4溶液（加入一定量的硫酸）作电解液。当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子，如：Zn－2e→Zn2＋Ni－2e→Ni2+但是它们的阳离子比Cu2+难以还原，所以它们并不在阴极获得电子析出，而只是留在电解液里。而位于金属活动性顺序铜之后的银、金等金属杂质，因为给出电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，当阳极上的Cu失去电子变成离子溶解之后，它们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）。这样，在阴极就得到了纯铜。电解时，两极发生如下反应：阴极Cu2++2e→Cu阳极Cu－2e→Cu2+由于阳极上铜溶解的速率与阴极上铜沉积的速率相同，所以溶液中CuSO4的浓度基本保持不变，但需定时除去其中的杂质。用电解精炼法所得到的铜叫做电解铜，它的纯度很高，可以达到％～％。这种铜的导电性能良好，符合电气工业的要求，因此电解铜被广泛用以制作导线和电器等。7．电镀铜①电镀电镀是利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，它是电解原理的又一重要应用。电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。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。②电镀的原理与电解精炼铜的原理是一致的。电镀时，一般都是用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液；把待镀金属制品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极；而用镀层金属作为阳极，与直流电源正极相连。通入低压直流电，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，这些离子在阴极获得电子被还原成金属，覆盖在需要电镀的金属制品上。③铜有许多优良性能，被广泛应用于工业中，如人们常在钢铁表面镀铜来改善金属制件的性能。镀铜层虽然可以直接用作表层，但通常则主要用于电镀其他金属前的预镀层。例如，在钢铁表面电镀其他金属时，往往要先预镀上一薄层铜，然后再镀所需镀的金属，这样可以使镀层更加牢固和光亮，因此镀铜是应用最广的电镀方法。在烧杯里放入CuSO4溶液，用一铁制品（用酸洗净）作阴极，铜片作阳极（如图）。通电，观察铁制品表面颜色的变化。通过实验，我们可以发现，银白色的铁制品变成紫红色的了。当然，在电镀的实际生产中，反应过程远比这个实验复杂得多。为了使镀层致密、坚固、光亮，生产中要采取很多措施。例如，在电镀前要对镀件进行抛光、除油、酸洗、水洗等预处理，并且还常在电镀液中加入一些其他盐类，以增加溶液的导电性，促进阳极的溶解，还要在电镀液中加入一些添加剂；在电镀时，要不断搅拌，并控制温度、电流、电压和使电解液的pH在一定范围之内。在电镀工业的废水中常含有剧毒物质，如氰化物、重金属等。这些有毒物质如随废水流入自然水域，会严重污染水体。氰化物会毒死水中生物，而重金属会被贝类等吸收，最终危害人类健康。因此，绝不允许将电镀废水直接排入自然水域，必须经过处理，回收其中的有用成分，把有毒有害物质的浓度降低到基本无害的水平，符合工业废水排放标准。减小电镀污染的另一重要途径是改进电镀工艺，尽量使用污染少的原料，如改变电镀液成分，采用无氰电镀工艺等。8．电解产物的判断:阳极产物：①若为金属电极，则金属失去电子：M–ne→Mn+②若为惰性电极，则比较溶液中阴离子放电顺序，容易失电子的阴离子优先放电。[结论]1.阳离子放电顺序:Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+依次减弱阴极产物:与电极材料无关，比较溶液中阳离子放电顺序，容易得电子的阳离子优先放电。[结论]2.阴离子放电顺序:阴离子失电子能力依次减弱S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根F-9．电化学基本原理①原电池、电解池、电镀池的判断原电池无外接电源、符合原电池的形成条件电解池有外接电源、阳极不参加反应为电解池、阳极参加反应一般为电镀池当两电池串联时，原电池两极材料明显不同，而且有一极能和电解质溶液发生反应，而电解池一般来说两极材料是一样的或与电解质溶液不发生反应②可逆电池电极的判断:例：某蓄电池放电、充电时的反应为：Fe+Ni2O3+3H2O⇌Fe(OH)2+2Ni(OH)2，下列推断中不正确的是()A.放电时，Fe为正极，Ni2O3为负极B.充电时，阴极上的电极反应式是Fe(OH)2+2e-→Fe+2OH-C.充电时，Ni(OH)2为阳极D.蓄电池的电极必须浸在某种碱性电解质溶液中原电池电解池正+负阳+阴③电极反应式的书写方法：对于燃料电池：可根据电解液写出燃料电池总反应，再写出正极的电极反应式(一般较简单如：O2+2H2O+4e-=4OH-)，然后由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极的电极反应式(但要注意电极反应式中不能有氧化剂)，或根据电荷守恒直接写出负极反应式。例如:甲烷燃料电池负极反应式：CH4+2O2+2OH-→CO32-+3H2O—)(O2+2H2O+4e-→4OH-)×2CH4-8e-+10OH-→CO32-+7H2O注意问题：正、负极上发生电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢-氧燃料电池，它的负极是多孔的镍电极，正极为覆盖氧化镍的镍电极，电解质溶液是KOH溶液，在负极通入H2，正极通入O2，电极反应：负极：2H2+4OH--4e-→4H2O正极：O2+2H2O+4e-→4OH-负极的反应我们不能写成：2H2-4e-→4H+。因为生成的H+会迅速与OH-生成H2O。另外，当电解质溶液为稀H2SO4溶液时，正极为：O2+4H++4e-→2H2O④电解的基本类型:例：某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3:1。用石墨做电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是()A.阴极自始至终只析出H2 B.阳极先析出Cl2，后析出O2C.电解最后阶段为电解水D.溶液pH不断增大，最后为7用惰性电极进行电解时溶液中的各种变化情况简析类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH溶液复原电解水型阴：4H++4e-→2H2↑阳：4OH--4e-→2H2O+O2↑NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水分解电解质型电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大氯化氢CuCl2电解质减小氯化铜电解NaCl溶液型阴极:H2O放H2生碱阳极:电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大氯化氢电解CuSO4溶液型阴极:电解质阳离子放电阳极:H2O放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小CuO或CuCO3例：现在200mL食盐水，其中含有少量的NaOH，该溶液的pH等于10，用石墨电极电解，当阴极产生的气体体积为(标准状况)时停止电解。电解后溶液的pH约为(忽略溶液的体积变化)。例：用两支惰性电极插入1000mLAgNO3溶液中通电电解.当溶液的pH从变为时(设电解过程没有H2析出,且电解前后溶液的体积变化不计)电极上析出Ag的质量大约是()电解1．电解装置中与电源负极相连的电极叫极，与电源正极相连的电极叫极。2．电镀是通直流电于电解质溶液中，用作阴极，作阳极，用作电镀液，使溶液中的金属离子转化为金属沉积在镀件的表面。某学生想在钥匙环上镀铜，则他应把与电源负极相连，与电源正极相连，把作电镀液。阳极反应式是，阴极反应式是。3．用石墨作电极，电解CuCl2溶液时，有氯气产生的那一极，其电极是（）(A)正极(B)负极(C)阳极(D)阴极4．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，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（）(A)a为正极，b为负极；NaClO和NaCl(B)a为负极，b为正极；NaClO和NaCl(C)a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl(D)a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl5．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述中，正确的是（）(A)两烧杯中铜片表面均无气泡产生(B)甲中铜片是正极，乙中铜片是负极(C)两烧杯中溶液的pH均增大(D)产生气泡的速度甲比乙慢6．氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程如下图：完成下列填空：(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上的电极反应式为。与电源负极相连的电极附近溶液pH(填不变、升高或下降)。(2)工业食盐含Ca2＋、Mg2＋等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为：、。(3)如果粗盐中SO含量较高，必须添加钡试剂除去SO，该钡试剂可以是(选填A、B、C)。A．Ba(OH)2B．Ba(NO3)2C．BaCl2(4)为有效除去Ca2＋、Mg2＋、SO，加入试剂的合理顺序为(选填A、B、C)A．先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂B．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3C．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3(5)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过、冷却、(填写操作名称)除去NaCl。(6)在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，无隔膜电解食盐水的总的化学方程式为。7．用如图所示仪器，设计一个实验装置，用此装置电解饱和食盐水，并测定阴极气体的体积（约6mL）和检验阳极气体的氧化性。（1）必要仪器装置的接口字母顺序是：A接、接；B接、接。（2）电路的连接是：碳棒接电源的极，电极反应方程式；铁棒接电源的极，电极反应方程式为。（3）能说明阳极气体具有氧化性的实验现象是，有关离子方程式是；最后尾气被吸收的离子方程式是。答案:1．阴极，阳极2．被镀金属，镀层金属，含镀层金属离子的电解质溶液。钥匙环，铜棒，硫酸铜溶液，Cu-2e→Cu2+Cu2++2e→Cu3．C4．B5．C6．(1)2Cl－－2e－→Cl2↑升高(2)Ca2＋+CO→CaCO3↓Mg2＋+2OH－→Mg(OH)2↓(3)AC(4)BC(5)蒸发过滤(6)NaCl+H2ONaClO+H2↑(或2NaCl+2H2O2NaOH＋H2↑+Cl2↑Cl2＋2NaOH→NaCl+NaClO+H2O)7．（1）GFIDEC(2分)（2）正极2Cl--2e→Cl2负极2H++2e→H2(4分)（3）淀粉碘化钾溶液变蓝Cl2+2I-→2Cl-+I2Cl2+2OH-→Cl-+ClO-+H2O一、选择题：（每小题只有一个正确选项）1．下列物质的水溶液能导电，但属于非电解质的是（）（A）CH3COOH（B）NH4HCO3（C）SO2（D）Cu2．区别强、弱电解质的标准是（）（A）溶液的导电能力（B）在水溶液中的溶解能力（C）电离程度的大小（D）与酸或碱反应时，消耗酸或碱的物质的量3．下列溶液肯定呈酸性的是（）（A）含H+的溶液（B）酚酞显无色的溶液（C）pH＜7的溶液（D）c（OH-）＜c（H+）4．在硫化钠溶液中，c（Na+）与c(S2-)的关系是（）（A）c（Na+）=c(S2-)（B）c（Na+）︰c(S2-)=2︰1（C）c（Na+）︰c(S2-)＜2︰1（D）c（Na+）︰c(S2-)＞2︰15．有相同温度，相同物质的量浓度的下列四种溶液：①CH3COONa②H2SO4③NaCl④NH4Cl。按pH由大到小的顺序排列正确的是（）（A）④①③②（B）①③④②（C）①②③④（D）④③①②6．在某无色透明的酸性溶液中能大量共存的离子组是（）（A）NH4+、NO3-、Al3+、Cl-（B）Na+、-、NO3-、Cl-（C）Fe3+、K+、SO42-、Na+（D）K+、SO42-、Ba2+、NO3-7．下列物质中，导电能力最差的是（）（A）熔融氢氧化钠（B）石墨棒（C）盐酸（D）固体氯化钾8．在氯化铵溶液中，下列关系式正确的是（）（A）c（NH4+）＞c（Cl-）＞c（H+）＞c（OH-）（B）c（NH4+）=c（Cl-）＞c（H+）=c（OH-）（C）c（Cl-）＞c（NH4+）＞c（H+）＞c（OH-）（D）c（NH4+）=c（Cl-）＞c（H+）＞c（OH-）9．能使H2OH++OH-电离平衡向右移动，且所得溶液呈酸性的方法是（）（A）在水中加入NaHCO3（B）在水中加入CuCl2（C）在水中加入稀硫酸（D）将水加热到90℃10．足量镁粉跟一定量的盐酸反应，为了减慢反应速率但不影响氢气产生的总量，可以加入下列固体物质中的（）（A）CaO（B）Mg(OH)2（C）CH3COONa（D）Na2CO311．25℃,将等体积的盐酸和氨水混合后，若混合液中c（NH4+）=c（Cl-），则溶液的pH为（）（A）大于7（B）小于7（C）等于7（D）无法确定12．将pH等于5的硫酸溶液稀释10000倍后，下列说法正确的是（）（A）pH=9（B）c（H+）约为c（SO42-）的200倍（C）c（H+）约为c（SO42-）的2倍（D）c（H+）约为c（SO42-）的20倍13．硫化氢溶于水形成如下电离平衡：H2SH++HS-，HS-H++S2-，能够使平衡向右移动，且使S2-浓度增大的是（）（A）加入少量固体NaOH（B）加水稀释（C）加入少量CuSO4固体（D）加入少量Na2S固体14．25℃时，在pH=12的某溶液中，由水电离的OH-浓度为（）（A）1×10-7mol/L（B）1×10-6mol/L（C）1×10-8mol/L（D）1×10-12mol/L15．已知甲酸是弱酸，浓度均为mol/L的甲酸和氢氧化钠溶液等体积混合后，下列关系式中，正确的是（）（A）c(Na+)>c(HCOO-)>c(OH-)>c(H+)（B）c(HCOO-)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+)（C）c(HCOO-)>c(Na+)=c(OH-)>c(H+)（D）c(Na+)=c(HCOO-)>c(OH-)>c(H+)16．把固体分别加入到100mL下列液体中，溶液的导电能力变化最小的是（）（A）自来水（B）L盐酸（C）LHAc溶液（D）LKCl溶液17．下列叙述中，正确的是（）（A）配制氯化铁溶液,为了抑制水解常加入稀盐酸（B）盐类都能发生水解（C）不能发生水解的盐,其溶液必呈中性（D）能发生水解的盐,必使水的电离程度变大18．100mL浓度为2mol/L的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（）（A）加入适量的6mol/L的盐酸（B）加入数滴氯化铜溶液（C）加入适量蒸馏水（D）加入适量的氯化钠溶液19．在医院施行外科手术时，常用HgCl2稀溶液作为手术刀的消毒剂，已知有如下性质：①HgCl2晶体熔点较低；②HgCl2在熔融状态下不能导电；③HgCl2在水溶液中可发生微弱电离。下列关于HgCl2的叙述中，正确的是（）（A）HgCl2属于离子化合物（B）HgCl2属于强电解质（C）HgCl2属于非电解质（D）HgCl2属于共价化合物20．室温下，下列溶液等体积混合后，所得溶液的pH一定大于7的是（）（A）L的盐酸和L的氢氧化钠溶液（B）L的盐酸和L的氢氧化钡溶液（C）pH＝4的醋酸溶液和pH＝10的氢氧化钠溶液（D）pH＝4的盐酸和pH＝8的氢氧化钠溶液21．下列离子方程式正确的是（）（A）将硫化亚铁与稀硫酸反应S2-+2H+→H2S↑（B）将醋酸溶液与氨水混合H++NH3·H2O→NH4++H2O（C）硫酸铵溶液中加入氢氧化钡溶液2NH4++SO42-+Ba2++2OH-→BaSO4↓+2NH3·H2O（D）Cl2通入NaBr溶液中Cl2+2NaBr→Na++2Cl-+Br2二、填空题：22．写出下列物质发生水解反应离子方程式，并指出水溶液酸碱性：①NaHS②CuSO4③NH4Cl④NaHSO323．一定温度下，冰醋酸加水稀释过程中溶液的导电能力有如图所示曲线，请回答。(1)“