高中化学人教版化学反应原理第四章电化学基础第三节电解池 优秀奖

课题电解池(一)课型新授课主备人授课人授课班级授课时间2023.教学目标知识与技能：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。情感态度与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。教学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。教学难点理解电解原理，非惰性电极作阳极对电解产物的判断，电解原理的应用。教学方法教学过程【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(electrolyticcell)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４—１】（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。【提问】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【提问】氯化铜溶液在电流的作用下为什么会生成Ｃu和Cl2呢？【讲解】CuCl2在水溶液中完全电离生成Cu2+和Cl-【板书】CuCl2＝Cu2+＋2Cl－【讲解】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1—2名学生到黑板上书写，然后讲评）【板书】CuCl2Cu＋Cl2↑【过渡】下面我们再分析电解池的两个电极。【板书】２、电解池的两极【讲解】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】３、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【讲解】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。【提问】从上已知CuCl2溶液中存在的离子有：Cu２＋、Cl－、OH－、H＋为什么电解时，只有Cu２＋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【讲解】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【讲解】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。【讲解】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。【讲解】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。【过渡】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、电解含氧酸阳极：4OH——4e—=2H2O+O2↑阴极：4H++4e—=2H2↑H2H2SO4总的方程式：2H2O=====2H2↑+O2↑HClNaOH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。HClNaOH2、电解无氧酸阳极：2Cl——2e—=Cl2↑阴极：2H++2e—=2H2↑通电总的方程式：2HCl=====H2↑+Cl2↑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。Na2Na2SO4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。CuCl2CuCl2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+NaCl6、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↑CuSO4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。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。【讲解】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―CuCl2Cu＋Cl2↑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板书设计第四章第三节电解池(electrolyticcell)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CuCl2Cu＋Cl2↑２、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）３、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。教学反思课后习题【巩固练习】1．下列关于电解池的叙述中，不正确的是A．与电源正极相接的是电解池的阴极B．与电源负极相接的是电解池的阴极C．电解池的阳极发生氧化反应 D．电子从电源的负极沿导线流向电解池的阴极2A．CuCl2 B．AgNO3 C．NaCl D．H2SO3．用铂电极分别电解KCl溶液和K2SO4溶液时，都会出现的现象或实验结果是（）A．溶液中K+离子浓度都不变B．溶液的pH都不变C．阳极上都生成能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色的气体D．阴极上都生成可燃的气体4．下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是（）A．精铜板作阳极，纯铜片作阴极，CuSO4溶液作电解液B．电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为：Cu2++2e－＝CuC．粗铜中的多数杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥D．电解铜的纯度可达%～%甲、乙两个电解池均以Pt为电极，且互相串联，甲池盛有AgNO3溶液，乙池中盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池中某电极质量增加2.16g，乙池中某电极上析出0.64g金属，则乙池中溶质可能是6．有一电解池中X，Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是XYaXYabZ溶液a极板b极板X电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl27．对于冶炼像钠、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。下列有关说法中正确的是A．电解熔融Al2O3制备金属铝时，要加入冰晶石，使Al2O3在较低温度下熔解。B．电解熔融CaCl2时，金属钙在阳极生成ZnSO4溶液隔膜ZnSO4溶液隔膜(只允许SO－通过)CuSO4溶液滤纸(滴加了Na2SO4、酚酞溶液)表面皿YZnCu铜丝X的方法获得金属镁D．熔融NaOH可生成金属钠、O2以及H28．如图所示，下列叙述正确的是A．Y与滤纸接触处有氧气生成B．X为正极，发生氧化反应铂片滤纸铅笔祝你成功铂片滤纸铅笔祝你成功ab直流电源9．某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是A．铅笔端作阳极，发生还原反应B．铂片端作阴极，发生氧化反应C．铅笔端有少量的氯气产生D．a点是负极，b点是正极10．电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则①电解池中X极上的电极反应是。在X极附近观察到的现象是。②Y电极上的电极反应式是，检验该电极反应产物的方法是。（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则①X电极的材料是，电极反应式是。②Y电极的材料是，电极反应式是。（说明：杂质发生的电极反应不必写出）=3\*GB3③假若电路中有摩尔电子通过时，阴极增重克。11．下图A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的（1）电源A的a为极。（2）滤纸B发生的总反应方程式为（3）欲在电解槽中实现铁上镀锌，接通K后，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为，电极f上发生的反应为，槽中盛放的电镀液可CDNa2SO4溶液CDNa2SO4溶液FePtPtCuAB·电源EF·AgNO3溶液【能力提升】12．用图所示的装置进行电解。通电一会儿，发现湿润的淀粉KI试纸的C端变为蓝色。（3）室温下，若从电解开始到时间ts，A、B装置中共收集到气体0.168L(标况)，若电解过程中无其他副反应发生，经测定电解后A中溶液体积恰为1000mL，则A溶液的pH为。13．X、Y、Z、W为按原子序数由小到大排列的四种短周期元素。已知：X可分别与Y、W形成X2Y、X2Y2、XW等共价化合物；Z可分别与Y、W形成Z2Y、Z2Y2、ZW等离子化合物。请回答：（1）Z2Y2的化学式是，所含有的化学键类型为，它与水反应的离子方程式为。如图所示装置，两玻璃管中盛满滴有酚酞的溶液的ZW饱和溶液，C（Ⅰ）、C（Ⅱ）为多孔石墨电极。接通S1后，C(Ⅰ)附近溶液变红，两玻璃管中有气体生成。则此时总反应的离子方程式为。（3）如果接通S1，断开S2时，铅蓄电池中消耗的硫酸的物质的量为2mol，则两极得到气体体积在标准状况下共为