2019-2020年高中化學（大綱版）第三冊 第四單元 電解原理及其應用 第一節(jié)電解原理(第一課時).doc

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2019-2020年高中化學（大綱版）第三冊 第四單元 電解原理及其應用 第一節(jié)電解原理(第一課時) ●教學目標 1.使學生理解電解原理。 2.使學生了解銅的電解精煉。 3.使學生了解電鍍銅。 4.培養(yǎng)學生觀察、分析推理、歸納總結、探究、自學等能力。 5.使學生認識電解原理在實際生活中的應用。 ●教學重點 電解原理。 ●教學難點 1.離子放電的實質。 2.原電池和電解池的比較。 ●教學方法 實驗、探究、比較、討論、自學等。 ●教學用具 電腦、投影儀 25% CuCl2溶液、水、CuSO4溶液(或銅氨溶液)、鐵制鑰匙、電鍍制品(如鍍件首飾、水龍頭等)、小燒杯(3個)、電流表、直流電源、石墨電極(3個)、鋅電極、銅片、KI淀粉試紙。 ●課時安排 共兩課時。 第一課時：電解原理 第二課時：電解原理的應用 ●教學過程 第一課時 ［實驗引入］ ［師］請大家仔細觀察下面兩個實驗的組成裝置(如圖)，并分析實驗產(chǎn)生的現(xiàn)象。 ［演示實驗1］把一根鋅電極和一根碳電極平行地插入盛有CuCl2溶液的小燒杯中，用導線連接，并在導線中間接入一個電流計，如圖Ⅰ，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 ［演示實驗2］在另一個小燒杯中注入CuCl2溶液，插入兩根石墨棒作電極，如圖Ⅱ連接，觀察現(xiàn)象。 ［演示實驗3］把圖Ⅱ裝置改成圖Ⅲ樣，并把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在與電源正極相連的電極附近，接通直流電源(向學生指明電源的正負極)，觀察現(xiàn)象。 ［甲同學回答Ⅰ的現(xiàn)象］電流表指針發(fā)生偏轉，碳電極上有紅色物質出現(xiàn)。 ［乙同學回答Ⅱ的現(xiàn)象］實驗Ⅱ中沒有明顯現(xiàn)象發(fā)生。 ［丙同學回答Ⅲ的現(xiàn)象］與電源負極相連的碳電極上有紅色物質析出，與電源正極相連的碳電極上有氣泡放出，該氣體能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{。 ［教師對學生的回答作出評價］ ［師］請大家思考并回答實驗1、2所發(fā)生現(xiàn)象的原因。 ［學生思考后回答］實驗1的裝置為原電池裝置，其中鋅電極為負極，碳電極為正極，形成閉合回路時，鋅失去電子變?yōu)殇\離子進入溶液，電子沿導線流入碳電極，溶液中的銅離子在碳電極上得電子變成銅析出，這也是碳電極上析出紅色物質的原因。電流表的指針發(fā)生偏轉是由于化學能轉變成了電能的緣故。 實驗2因不符合構成原電池的條件，故不發(fā)生化學反應。 ［追問］形成原電池的條件是什么？ ［生］兩根活性不同的電極；電解質溶液；形成閉合回路。 ［教師總結］很好！原電池是我們高二學過的內容，其特點是可把化學能自發(fā)地轉變?yōu)殡娔?，其中電子流出的一極為負極，發(fā)生氧化反應(草板書：Zn－2e－===Zn2＋)，電子流入的一極為正極(草板書：Cu2＋＋2e－===Cu)，發(fā)生還原反應，而電流的方向與電子的流動方向恰恰相反，即由正極經(jīng)導線流向負極。 ［想一想］原電池的電解質溶液中，陰、陽離子的運動方向如何？ 答案：電解質溶液中的陽離子向正極移動，陰離子向負極移動(如在圖Ⅰ中，Cu2＋離子移向正極碳電極上得電子，為保持電荷平衡，Cl－移向負極鋅電極，因其周圍有較多的陽離子——鋅離子)。 ［議一議］實驗2和3的裝置有何區(qū)別？引起它們實驗現(xiàn)象不同的原因是什么？對于實驗3中出現(xiàn)的現(xiàn)象你能解釋嗎？ ［學生分組討論，并匯報討論結果，進行交流］ 答案：實驗2和3的裝置區(qū)別在于：實驗3比實驗2多了一個直流電源裝置；這說明實驗3產(chǎn)生的現(xiàn)象皆是因通直流電的緣故。 與電源負極相連的碳電極上出現(xiàn)的紅色物質，分明是銅，這說明溶液中的Cu2＋在該電極上得電子被還原成了銅單質；與電源正極相連的碳棒上有氣體放出，且該氣體能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{，分析溶液的組成并結合已知現(xiàn)象，可推得該氣體一定是氯氣，且必定是溶液中的Cl－在電極上失電子發(fā)生氧化反應所致。 ［教師總結］由以上的討論我們可知，實驗3中發(fā)生的化學變化是由于通了直流電的緣故，即通電導致了化學反應的發(fā)生，亦即，電能轉變成了化學能，在這個能量轉化的過程中，氧化反應和還原反應分別在兩個電極上進行?；瘜W上，我們把這個過程叫做電解。而電解原理及其應用便是我們本單元所要學習的重點內容。 ［板書］第四單元 電解原理及其應用 ［過渡］本節(jié)課我們重點學習電解原理。 ［板書］第一節(jié) 電解原理 一、電解原理 ［講解］我們剛才所做的實驗3，實際上就是在電解CuCl2溶液。電解時，兩根相同的碳電極上分別發(fā)生了不同的反應，產(chǎn)生了不同的現(xiàn)象。為了區(qū)別這兩根電極，我們把與電源負極相連的電極叫陰極，把與電源正極相連的電極稱陽極。 請大家以電解CuCl2溶液為例，寫出陰、陽兩極發(fā)生反應的電極反應式，并標出是氧化反應還是還原反應。 ［學生練習，請一位同學上黑板寫出］ ［學生板書］陰極：Cu2＋＋2e－===Cu(還原反應) 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應) ［師］上述電解反應的總反應式可寫為： ［板書］CuCl2Cu＋Cl2↑ ［師］于是，我們可以把電解定義為： ［講解并板書］1.電解：使電流通過電解質溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫做電解。 ［講解］這種借助于電流引起氧化還原反應的裝置，也就是把電能轉變?yōu)榛瘜W能的裝置叫做電解池或電解槽。 ［板書］2.電解池(電解槽)：把電能轉變?yōu)榛瘜W能的裝置。 ［想一想］電解池通電發(fā)生反應時，其陰極得到的電子總數(shù)和陽極失去的電子總數(shù)是否相等？ 答案：相等 ［思考］電解池通直流電后，電解質溶液中的陰、陽離子怎樣運動？與原電池中的離子運動相比較。 答案：電解池通電時，陰離子向陽極移動，陽離子向陰極移動；在原電池中，陰離子向負極移動，陽離子向正極移動。 ［師］電解質溶液在通電前后的離子運動情況我們可表示如下： ［電腦演示CuCl2溶液在通電前后的運動情況，可按下圖設計成三維動畫］ ［講解］通電前，Cu2＋和Cl－在溶液里自由地移動著(如圖Ⅰ所示)；通電后，在電場的作用下，這些自由移動的離子，改作定向移動。帶負電的陰離子向陽極移動，帶正電的陽離子向陰極移動(如圖Ⅱ所示)。 在陽極，Cl－失去電子被氧化成氯原子，并兩兩結合成Cl2，從陽極放出。在陰極，Cu2＋獲得電子被還原成銅原子，覆蓋在陰極石墨棒上。 這樣，電流就依靠溶液里陰離子和陽離子的定向移動而通過溶液，所以電解質溶液的導電過程，就是該溶液的電解過程。電解質溶液電解時的兩極反應及電子移動的情況我們可圖示如下： ［投影展示下圖］ 電解池與直流電源的連接 ［講解］由上圖可以看出，在電解池中，電子從電源的負極沿導線流入電解池的陰極，陽離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應；陰離子在陽極失去電子，發(fā)生氧化反應，電子從電解池的陽極流出，沿導線流回電源的正極。 電解CuCl2溶液的化學反應方程式實際上就是陽極上的反應和陰極上的反應的總和。 ［思考］金屬的導電和電解質溶液的導電是否一樣？ 答案：不一樣。金屬導電是由于自由電子的定向移動；電解質溶液導電是由于陰、陽離子的定向移動。 ［設問］在CuCl2溶液中，是否只有Cu2＋和Cl－？ ［生］不是！還有水電離出的H＋和OH－。 ［追問］通電時，它們分別向哪一極移動？ ［生］H＋向陰極移動，OH－向陽極移動。 ［進一步追問］那么，在陰極為何是Cu2＋得電子而不是H＋？在陽極為何是Cl－失電子而不是OH－？難道這里有什么規(guī)則嗎？ 請大家討論后回答。 ［學生討論，并回答］一定是Cu2＋比H＋更易得電子，而Cl－比OH－更易失電子，得失電子的性質，實質上就是離子氧化性和還原性的體現(xiàn)，因此，可得出的結論是：氧化性越強的離子越易得電子，還原性越強的粒子越易失電子。 ［教師總結］由大家剛才的討論可知，電解時，當電解質溶液中同時含有多種離子時，應首先考慮何者更易得電子，何者更易失電子，然后再來分析電極上發(fā)生的化學反應。 ［講解］陽離子得電子，陰離子失電子統(tǒng)稱為離子放電。學習電解原理，掌握離子的放電順序是很重要的。 ［板書］3.離子放電順序。 ［講解］離子放電順序實際上是和陰、陽離子的還原性和氧化性相對應的，其大體順序是： ［講解并板書］ (1)陽離子放電順序 (2)陰離子放電順序 ［投影練習］寫出用石墨電解下列溶液的電極反應式 CuSO4 Na2SO4 H2SO4 HCl NaOH H2O ［學生練習，教師巡視］ ［請兩位同學上黑板書寫，各寫3個］ ［學生草板書］ CuSO4:陰極：Cu2＋＋2e－===Cu 陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ HCl:陰極：2H＋＋2e－===H2↑ 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑ ［教師評價］ ［總結］由以上電極反應式并結合離子放電順序可以看出：含氧酸溶液、強堿溶液以及活潑金屬含氧酸鹽溶液的電解，實質為電解水。電解質本身起增強水的導電性的作用。 ［想一想］若實驗1的裝置通上直流電，其現(xiàn)象與實驗3是否相同呢？ ［學生思考后回答］ 甲種回答：現(xiàn)象一樣，因為電解的同是CuCl2溶液。 乙種回答：現(xiàn)象不一樣，因為它們所用電極不一樣。 ［師］實踐是檢驗真理的惟一標準，下面我們通過實驗來進行甄別。 ［演示實驗4］用碳電極作陰極，鋅電極作陽極電解CuCl2溶液。 ［提示學生和實驗3現(xiàn)象比較］ ［問］上述實驗與實驗3的現(xiàn)象有何異同？ ［生］相同點：陰極均有紅色物質出現(xiàn)； 不同點：實驗3的陽極有氣體產(chǎn)生，實驗4沒有。 ［問］你知道這是為什么嗎？ ［生］必定是因為鋅作陽極之故。 ［師］那么，你能寫出實驗4的電極反應式嗎？ ［教師指導學生書寫，得到下式］ 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu 陽極：Zn－2e－===Zn2＋ ［小結］電解時，若用金屬電極作陽極，則陽極首先是金屬電極失電子發(fā)生氧化反應(金、鉑做電極除外) ［過渡］今天我們所認識的電解池與以前學過的原電池在能量轉換方面正好是相反的。請大家以銅、鋅原電池(稀H2SO4為電解質)和電解CuCl2溶液的電解池為例，比較它們在組成、原理和功能等方面的差別。 ［學生討論、比較］ ［教師板書］4.原電池和電解池的比較。 ［投影展示］原電池和電解池的比較。 ［根據(jù)討論結果，填寫上表］ 答案： ［投影練習］ 指出下列裝置名稱，寫出電極名稱、電極反應式 答案：A為原電池，B為電解池，且A為B的電解提供電能。 A：C正極：2H＋＋2e－===H2↑ Fe負極：Fe－2e－===Fe2＋ B:陰極：Cu2＋＋2e－===Cu 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑ ［過渡］有關電解質溶液電解的知識，常常和物理學中的電學聯(lián)系在一起，例如 ［投影例題］ 用石墨電極電解pH=3的稀硫酸溶液50 mL，通電1 h停止電解。此時測得溶液的pH=2，已知每個電子所帶的電量為1.610－19 C，則下列說法正確的是(溶液密度均為1 gcm－3) A.陰、陽兩極共產(chǎn)生84 L氣體 B.陰、陽兩極共產(chǎn)生3.75 mol氣體 C.電路中電流強度約為134 A D.溶液的質量減少25 g ［學生練習，教師巡視］ ［講解］用石墨電極電解稀H2SO4溶液，實質上是電解水，所以電解前后溶液中的H＋的物質的量不變。設電解后溶液的體積為V，則有10－350=10－2V V=5 mL。故參與電解的水的質量：m(H2O)=(50－5)1=45 g，n(H2O)==2.5 mol，由2H2O===2H2↑＋O2↑,可知所得氣體為2.53=3.75 mol,B項正確，D項錯；由于選項A中氣體未指明狀態(tài)，故A項錯誤；電解2.5 mol水，轉移電子數(shù)為2.52=5 mol，由q=It，可知I=≈134 A,C項正確。 答案：BC ［小結］本節(jié)課我們主要學習了有關電解原理的知識，有關電解原理的應用，我們將在下節(jié)課中學習。 ［布置作業(yè)］ 習題：一、3 三、2 ●板書設計 第四單元 電解原理及其應用 第一節(jié) 電解原理 一、電解原理 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu(還原反應) 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應) CuCl2Cu＋Cl2↑ 1.電解：使電流通過電解質溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫做電解。 2.電解池(電解槽)：把電能轉變?yōu)榛瘜W能的裝置。 3.離子放電順序 (1)陽離子放電順序 (2)陰離子放電順序 4.原電池和電解池的比較。 ●教學說明 本課時主要采用了實驗、比較、探究等教學方法。這樣做的理由是： 1.可使學生對原電池和電解池的反應原理理解得更深入，更透徹，可有效地避免學生對二者的混淆。 2.用實驗做為理論的依據(jù)，可直觀、形象地說明抽象的道理。在本講中用電腦、投影等模仿溶液中離子的運動并形象地表達各極反應，也是為了使學生的印象更加深刻。 3.讓學生觀察思考、討論，并最終自己得出結論的做法可提高學生的學習興趣，同時可培養(yǎng)學生的觀察、分析推理、歸納總結及探究等能力，同時也可提高學生的綜合素質。 另外，本課時還特意補充了金屬電極做陽極的知識，這主要是為下一課時的學習做準備，同時加深學生對電解原理的認識。