《原理》第四章 第三节“电解池”教案

第三节电解池教学目标：1．理解电解原理，初步掌握一般电解反应产物的判断方法2．了解氯碱工业，电镀，冶金的原理3．掌握电解电极方程式的书写。教学重点：电解原理及应用教学难点:电解原理实验准备:小烧杯、玻璃棒、碳棒、导线、电流表、直流电源。２５％的氯化铜溶液、碘化钾淀粉试纸、新铁钉、铜片。课时安排：3课时（第一课时：电解原理第二课时：总结电解类型第三课时：电解的应用）教学方法：实验探究与启发讨论法教学过程：第三节电解池（一）［思考回忆］1、电解质是指在_____________能够导电的化合物。2、电离是指电解质在_____________或__________状态下离解成____________的过程。3、原电池是_____________的装置。4、构成原电池的条件是分析初中所学电解水的实验引入主题实践探究：向氯化铜溶液中通入直流电先分析理论［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。［学生总结实验现象］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。［启发引导］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。［学生讨论］（略）［学生总结］两极产物阴极——铜阳极——氯气［设疑］氯化铜溶液在电流的作用下为什么会生成Ｃu和Cl2呢？［讲述］CuCl2在水溶液中完全电离生成Cu2+和Cl-［板书］CuCl2＝Cu2+＋2Cl－［讲述］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。［课件展示］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］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。把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。［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［讲述］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［讲述］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。［设疑］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］４、离子的放电顺序［讲述］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［讲述］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。［投影］：用石墨作电极，分别电解下列溶液，请写出电解过程中所发生的电极反应方程式。（１）NaCl溶液（２）CuSO4溶液提示：OH－放电反应：４OH－4e－＝2H2O＋O2↑学生独立完成练习后，请学生代表回答并解释答案，教师点评。原电池和电解池知识总结比较表内容原电池电解池电极名称

电极反应类型

电子运动方向

能量转变形式

[师生讨论]：试从组成、原理、功能等几个方面对电解池和原电池进行比较。［课堂小结］：我应该学会什么！知道什么是电解池吗？知道什么是电解池的阳极与阴极吗？会分析电解质溶液中存在的阴阳离子吗？知道电解池中阴阳离子的运动吗？知道阳极一般是何种微粒发生反应？发生什么反应吗？阴极又是何种微粒发生反应？发生什么反应吗？给你放电顺序你能书写电极反应式吗？能写出总反应式吗？假如不给呢，你也会吗？［方法小结］1.分析溶液中存在的所有离子（包括水的电离）、并分成阳离子组和阴离子组。2.根据放电规律，阳离子在阴极发生还原反应，而阴离子在阳极发生氧化反应，完成电极反应式。（注意得失电子守恒）3.由阴阳两电极反应式，合并得总反应式。（弱电解质的须保持分子形式）【作业】第三节电解池（二）［提问］：电解水时为了增强水的导电性常常需加入氢氧化钠或稀硫酸，为什么？上一堂课我们主要学习了用惰性电极电解水溶液的反应原理及变化规律。假如我们用较为活泼的金属做为电极来电解，结果一样吗？除了电解水溶液外，有一类物质在何状态下也能发生电离？是否也能发生电解？我们学习过这一类电解吗？请举几例。［总结］阳极①活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放电。②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离子按顺序放电阴极无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。二、电解规律：（1）无氧酸溶液电解就是它本身的电解。例如：（2）含氧酸的溶液电解时，实际上是水的电解。例如：（3）可溶性碱的溶液电解，实际上是水的电解。例如：（4）活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，也是水的电解。例如：（5）活泼金属的无氧酸盐溶液电解时，阴极有单质析出，一般是H2，同时伴随着阴极区呈碱性；阳极则往往析出非金属单质。例如电解饱和食盐水：（6）不活泼的金属无氧酸盐水溶液电解时，其结果是该盐的电解。例如电解氯化铜溶液：（7）比氢不活泼的金属或中等活泼性的金属含氧酸盐溶液电解时，则阴极析出金属，阳极得到氧气，阳极区酸性增强。例如：以上的规律都是以惰性电极为例的，如改用金属（除Au、Pt等外）作电极时，则是阳极金属溶解。电解质溶液电解时（均为惰性电极），pH变化情况，电解液复原所需加入物质及电解类型（1）分解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的电解。阴极：4H++4e-=2H2↑阳极：4OH--4e-=O2↑+2H2O

总反应：2H2O2H2↑+O2↑阴极产物：H2；阳极产物：O2。电解质溶液复原加入物质：H2O。pH变化情况：原来酸性的溶液pH变小，原来碱性的溶液pH变大，强酸（含氧酸）强碱的正盐溶液pH不变。（2）分解电解质型：无氧酸（除HF外）、不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）的电解，如HCl、CuCl2等。阴极：Cu2++2e-=Cu阳极：2Cl--2e-=Cl2↑总反应：CuCl2Cu+Cl2↑阴极产物：酸为H2，盐为金属；阳极产物：卤素等非金属单质。电解液复原加入物质为原溶质，如电解CuCl2溶液，需加CuCl2。pH变化情况：如电解无氧酸溶液pH变大但不会超过7；如为盐溶液的电解则视无氧酸根的情况而定（如：电解CuCl2溶液时，由于生成的Cl2溶于水产生的酸性强于Cu2+水解产生的酸性，所以pH下降；电解Na2S溶液时，由于生成NaOH使pH升高）。（3）放氢生碱型：

活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）溶液的电解，如NaCl、MgBr2等。阴极：2H++2e-=H2↑阳极：2Cl--2e-=Cl2↑总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑阴极产物：碱和H2；阳极产物：卤素等非金属单质。电解饱和食盐水的产物分别为NaOH和H2以及Cl2。电解液复原加入物质为卤化氢。电解饱和食盐水，要使电解质溶液复原需加入HCl。pH变化情况：电解液pH显著变大（4）放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，如CuSO4、AgNO3等。阴极：2Cu2++4e-=Cu阳极：4OH--4e-=O2↑+2H2O总反应：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4阴极产物：析出不活泼金属单质；阳极产物是该盐对应的含氧酸和氧气，本例中分别是Cu以及H2SO4、O2。电解液复原加入物质为不活泼金属的氧化物（金属价态与原盐中相同）。如电解CuSO4溶液，复原需加入CuO。pH变化情况：溶液pH显著变小。［总结及练习］见ppt第三节电解池（三）［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几个电解原理在工业上应用的事例.［板书］三、电解原理的应用1、电解饱和食盐水——氯碱工业［设疑］（1）、电解饱和食盐水的阴极产物、阳极产物分别是什么？（2）、转移的电子数和氢氧化钠的物质的量的关系？（3）、从Cl-Cl2一定需要加氧化剂吗？（4）、阴极产物和阳极产物能接触吗？（5）、饱和食盐水为何需要精制？如何精制？精制：步骤一、1）先加过量的BaCl2和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2CO32）过滤3）加盐酸调节pH为7步骤二、送入阳离子交换塔除去Ca2+、Mg2+等［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。2、铜的电解精炼［设疑］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。［设疑］怎样利用电解的原理精炼粗铜呢？［讲述并板书］粗铜作阳极，纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解液。［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：Cu2+＋2e－＝Cu[讲述]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：Cu－2e－＝Cu2+[设疑]粗铜中所含的杂质（如：Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）是如何除去的呢？[讲述］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－2e－＝Zn2+Ni－2e－＝Ni2+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［课件展示］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。［启发引导］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［设疑］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］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。［讲述］如果要在铁制品上镀铜就是要使铜先溶解后再覆盖在铁制品上。［启发引导］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］在铁制品上镀铜：阳极——铜阴极——铁制品电镀液——CuSO4溶液［学生实验］学生以学习小组为单位完成［实验４—６］，教师巡回指导。[学生活动]请学生独立书写电镀铜过程中所发生的电极反应方程式。［板书］阴极：Cu2+＋2e－＝Cu阳极：Cu－2e－＝Cu2+［启发引导