2019-2020年高中化學(xué) 4.1《電解原理》教案 舊人教版選修.doc

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2019-2020年高中化學(xué) 4.1《電解原理》教案 舊人教版選修 重點難點: 1．理解電解的基本概念和原理。 2．了解銅的電解精煉、電鍍銅。 3．會寫電極反應(yīng)式、電解方程式，掌握圍繞電解的計算。 知識點講解: 基礎(chǔ)知識導(dǎo)引 電解 電解CuCl2 使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解。如用惰性電極電解CuCl2溶液時，電極反應(yīng)式： 陽極 2Cl——2e—=Cl2↑（氧化反應(yīng)） 陰極 Cu2++2e—=Cu（還原反應(yīng)） 電解方程式為：CuCl2 Cu+Cl2↑ 電解池 把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池或電解槽。 電解池與直流電源的連接 其中跟直流電源或原電池的負極相連的電極是電解池的陰極；跟直流電源或原電池的正極相連的電極是電解池的陽極。 重點難點點撥 一、電解原理 1．電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電 我們知道，金屬導(dǎo)電時，是金屬內(nèi)部的自由電子發(fā)生的定向移動，而電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電與金屬導(dǎo)電不同。 通電前電解質(zhì)溶液中陰、陽離子在溶液中自由地移動；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，帶負電荷的陰離子由于靜電作用向陽極移動，帶正電荷的陽離子則向陰極移動，并在兩極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。我們把： 借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置，也就是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫電解池。 電解池中與直流電源負極相連的電極叫陰極，與直流電源正極相連的電極叫陽極。 物質(zhì)能否導(dǎo)電是由其內(nèi)部能否形成定向移動的自由電荷所決定的，對金屬就是自由電子，而對電解質(zhì)溶液就是自由移動的陰陽離子。 2．電解 （1）概念： 使電流流過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫電解。 （2）電子流動的方向： 電子從外接直流電源的負極流出，經(jīng)導(dǎo)線到達電解池的陰極，電解池溶液中的陽離子移向陰極，并在陰極獲得電子而被還原，發(fā)生還原反應(yīng)；與此同時，電解池溶液中的陰離子移向陽極，并在陽極上失去電子（也可能是陽極很活潑而本身失去電子）而被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)。這樣，電子又從電解池的陽極流出，沿導(dǎo)線而流回外接直流電源的正極。 （3）電極反應(yīng)的類型： 陽極反應(yīng)為氧化反應(yīng)，陰極反應(yīng)為還原反應(yīng)，故而陰極處于被保護的狀態(tài)，而陽極則有可能被腐蝕。 3、電極名稱的進一步理解 原電池： 根據(jù)電子流動的方向可以把電極分成正、負極。流出電子的電極（或發(fā)生氧化反應(yīng)的電極）為負極、流入電子的電極為（或發(fā)生還原反應(yīng)的電極）正極； 電解池： 根據(jù)離子的遷移方向可以把電極分成陽極、陰極。陽離子移向的電極（或與直流電源負極相連的電極）為陰極、陰離子移向的電極（或與直流電源正極相連的電極）為陽極。 ⑴在原電池中，稱正極、負極，其中負極流出電子 ⑵在電解池中，稱陽極、陰極，其中陰極流入電子 ⑶電解池的陽極與原電池的正極相連，電解池的陰極與原電池的負極相連 4、電極反應(yīng)式和電解方程式的書寫 <1>化學(xué)變化的表示表示方法 為了表示化學(xué)變化的不同側(cè)面，化學(xué)變化主要用化學(xué)方程式表示。具體分類如下： ⑴（普通）化學(xué)方程式 ⑵氧化還原方程式（標出電子轉(zhuǎn)移方向、數(shù)目等） ⑶離子方程式 ⑷電離方程式 ⑸水解方程式 ⑹熱化學(xué)方程式（標明反應(yīng)物、生成物的狀態(tài)及對應(yīng)的熱效應(yīng)） ⑺電極反應(yīng)式 ⑻電解方程式 <2>電極反應(yīng)式與電解方程式的書寫 書寫電極反應(yīng)，首先要搞清楚電極材料，然后分析溶液中離子情況，再根據(jù)陰、陽極放電的規(guī)律，得出相應(yīng)的結(jié)論。 電解過程總反應(yīng)方程式叫電解方程式(指電解時總的化學(xué)方程式或離子方程式)。要正確書寫電解方程式，首先要正確寫出電極反應(yīng)式，然后分析參加電極反應(yīng)的離子來自何種物質(zhì)，這樣才能正確寫出反應(yīng)物、生成物，配平且在等號上方注明“電解”或“通電”。 書寫的具體步驟： ⑴先查陽極電極材料和確定溶液中的離子種類 如用C電極電解CuSO4溶液：溶液中有CuSO4=Cu2++SO42—；H2O H++OH-。 溶液中存在Cu2+、H+、OH—、SO42—共4種離子。 ⑵由放電順序確定放電產(chǎn)物和電極反應(yīng) C電極為惰性電極，不參加反應(yīng)。 放電能力　 Cu2+＞H+　 Cu2+放電生成Cu OH—＞SO42—，OH—放電生成O2 電極反應(yīng)： 陰極　2Cu2++4e—=2Cu 陽極　4OH—-4e—＝2H2O+O2↑ 溶液中余下的H+和SO42—結(jié)合成新物質(zhì)H2SO4。 ⑶由電極反應(yīng)產(chǎn)物，寫出總反應(yīng)式――電解方程式 如上述反應(yīng)中的反應(yīng)物為CuSO4和H2O，產(chǎn)物是Cu、O2和H2SO4， 電解方程式為：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4 5、電離、水解和電解的比較 　 發(fā)生條件 變化實質(zhì) 實　　例 　 電　離 ①適用于電解質(zhì) ②在溶液或熔化狀態(tài)中發(fā)生 電解質(zhì)分離成自由移動的離子（在水溶液中形在水合離子） CuSO4=Cu2++SO42- ①電離是鹽類發(fā)生水解反應(yīng)和電解反應(yīng)的先決條件 ②電解要通入直流電才能發(fā)生 ③一般說，鹽類的水解反應(yīng)是可逆的、微弱的；其他物質(zhì)（如CaC2、醇鈉、鹵代烴、酯、多糖、蛋白質(zhì)等）的水解程度與物質(zhì)自身有關(guān)。 水 解 ①與水電離產(chǎn)生的H+或OH-結(jié)合成難電離物質(zhì)等 ②在水溶液中發(fā)生 組成鹽的酸根陰離子或金屬陽離子（包括NH4+）和水電離出的H+或OH—結(jié)合成弱電解質(zhì) CN-+H2OHCN+OH- Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+ 電 解 ①只有電解質(zhì)處于熔融狀態(tài)或溶液中才能發(fā)生 ②要通入直流電，才發(fā)生電解 在直流電作用下，組成電解質(zhì)的陰、陽離子（或水中的H+、OH—）在電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng) 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4 6、電離方程式、離子方程式和電極反應(yīng)式、電解方程式的比較 　 表示內(nèi)容 書寫特點 實　　例 電離方程式 表示電解質(zhì)在熔融狀態(tài)或溶液中的離解的式子 強電解質(zhì)完全電離，用“=”表示，弱電解質(zhì)不完全電離，用“”表示。多元酸、堿分步電離分步書寫（中學(xué)階段中多元弱堿的電離可一步書寫） NaHSO4=Na++H++SO42- H2S+H2OH3O++HS- HS-+H2OH3O++S2- NaHCO3=Na++HCO3- HCO3-H++CO32- Al(OH)3Al3++3OH- 離子方程式 表示弱電解質(zhì)等在溶液中的反應(yīng)。可以表示同一類的反應(yīng) 反應(yīng)物、生成物中易溶且易電離的寫離子形式（包括弱酸、弱堿、難電離物質(zhì)等）；其他物質(zhì)寫分子式。方程式兩邊原子個數(shù)和電荷均應(yīng)守恒，固態(tài)物質(zhì)間反應(yīng)不用離子方程式表示（濃溶液間的反應(yīng)一般也不用） NH4++OH-NH3↑+H2O NH4++OH- NH3H2O Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+ Al3++3H2OAl(OH)3+3H+ Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3 2H++SO42-+Ba2++2OH-=BaSO4↓+2H2O CH3CH2Cl+OH- CH3CH2OH+Cl- C6H5O-+CO2+H2O C6H5OH+HCO3- CH3COOCH2CH3+OH- CH3COO-+CH2CH3OH CaC2+2H2O Ca2++2OH-+C2H2↑ 4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+ 電極反應(yīng)式 表示原電池或電解池中的電極反應(yīng) 要注明電極名稱，得（失）電子數(shù) ①用惰性電極電解CuSO4溶液 陽極 4OH-—4e-=2H2O+O2↑ 陰極　 Cu2++2e-=Cu ②鋼鐵的吸氧腐蝕（鐵本身是活潑電極，參加反應(yīng)） 負極Fe—2e—=Fe2+ 正極O2+2H2O+4e-=4OH- ③電解飽和食鹽水（用惰性電極） 陽極：2Cl--2e-=Cl2↑ 陰極：2H++2e-=H2↑ 電解方程式 表示電解時物質(zhì)變化的化學(xué)方程式 條件是“電解” 用惰性電極電解硫酸銅時： 2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑ 用惰性電極電解飽和食鹽水時： 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 7、電解時電極放電順序的判斷 離子在電極上得失電子的能力與離子的性質(zhì)、溶液的濃度和溫度、電流的大小、電極的材料及電極間的距離等都有關(guān)系。中學(xué)階段我們一般只討論電極材料的性質(zhì)、離子的氧化性強弱和還原性強弱對它們得失電子能力的影響。 ⑴陽極放電順序 看電極，如果是活性電極（指金屬活動順序表Ag及Ag以前的金屬）則電極材料失電子，電極被溶解，溶液中的陰離子不能失電子。 ②如果是惰性電極(Pt、Au、石墨)，則要再看溶液中的陰離子的失電子能力，此時根據(jù)陰離子放電順序加以判斷。 陰離子放電順序： S2—＞I—＞Br—＞Cl—＞OH—＞含氧酸根＞F—（實際上在水溶液中的電解，OH—后面的離子是不可能放電的，因為水提供的OH—會放電） ⑵陰極放電順序 陰極本身被保護，直接根據(jù)陽離子放電順序進行判斷，陽離子放電順序： Ag+＞Fe3+＞Cu2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+＞Mg2+（類似，在水溶液中的電解，H+后面的離子一般是不放電的，因為水提供的H+會放電；離子的放電順序往往還與溶液的酸堿性、溫度、離子的濃度等有關(guān)） 8、電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律（惰性電極） 被電解的物質(zhì) 電解質(zhì)實例 陰　　極 陽　　極 總方程式 溶液的pH 備注 H2O 強堿的含氧酸鹽Na2SO4 4H++4e—=2H2↑ 4OH——4e—=O2↑+2H2O 2H2O2H2↑＋O2↑ 不　　變 電解質(zhì)起導(dǎo)電作用，其量不變，水減少 含氧酸H2SO4 降　　低 強堿KOH 升　　高 電解質(zhì)自身 弱堿的非含氧酸鹽(氟化物除外)CuCl2 Cu2++2e—=Cu↓ 2Cl——2e—=Cl2↑ CuCl2Cu+Cl2↑ 具體看金屬陽離子水解能力與生成的氣體溶于水后的反應(yīng)。此處Cl2溶于水的酸性強于Cu2+水解的酸性，所以pH下降 相當(dāng)于電解質(zhì)分解，水不參加反應(yīng) 非含氧酸（HF除外）HBr 2H++2e—=H2↑ 2Br——2e—=Br2 2HBr Br2+H2↑ 升　　高 電解質(zhì)自身和水 強堿的非含氧酸鹽NaCl 2H++2e—=H2↑ 2Cl——2e—=Cl2↑ 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 升　　高 產(chǎn)生堿或酸 弱堿的含氧酸鹽CuSO4 Cu2++42e—=2Cu↓ 4OH——4e—=O2↑+2H2O 2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑ 降　　低 9、電解質(zhì)溶液電解時（均為惰性電極），pH變化情況，電解液復(fù)原所需加入物質(zhì)及電解類型（與上面的8相互對照補充） （1）分解水型： 含氧酸、強堿、活潑金屬的含氧酸鹽（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的電解。 陰極：4H++4e-=2H2↑ 陽極：4OH--4e-=O2↑+2H2O 總反應(yīng)：2H2O 2H2↑+O2↑ 陰極產(chǎn)物：H2；陽極產(chǎn)物：O2。 電解質(zhì)溶液復(fù)原加入物質(zhì)：H2O。 pH變化情況：原來酸性的溶液pH變小，原來堿性的溶液pH變大，強酸（含氧酸）強堿的正鹽溶液pH不變。 （2）分解電解質(zhì)型： 無氧酸（除HF外）、不活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）的電解，如HCl、CuCl2等。 　陰極：Cu2++2e-=Cu 陽極：2Cl--2e-=Cl2↑ 總反應(yīng)：CuCl2 Cu+Cl2↑ 陰極產(chǎn)物：酸為H2，鹽為金屬；陽極產(chǎn)物：鹵素等非金屬單質(zhì)。 電解液復(fù)原加入物質(zhì)為原溶質(zhì)，如電解CuCl2溶液，需加CuCl2。 pH變化情況：如電解無氧酸溶液pH變大但不會超過7；如為鹽溶液的電解則視無氧酸根的情況而定（如：電解CuCl2溶液時，由于生成的Cl2溶于水產(chǎn)生的酸性強于Cu2+水解產(chǎn)生的酸性，所以pH下降；電解Na2S溶液時，由于生成NaOH使pH升高）。 （3）放氫生堿型： 活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）溶液的電解，如NaCl、MgBr2等。 陰極：2H++2e-=H2↑ 陽極：2Cl--2e-=Cl2↑ 總反應(yīng)：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 陰極產(chǎn)物：堿和H2；陽極產(chǎn)物：鹵素等非金屬單質(zhì)。電解飽和食鹽水的產(chǎn)物分別為NaOH和H2以及Cl2。 電解液復(fù)原加入物質(zhì)為鹵化氫。電解飽和食鹽水，要使電解質(zhì)溶液復(fù)原需加入HCl。 pH變化情況：電解液pH顯著變大 （4）放氧生酸型： 不活潑金屬的含氧酸鹽溶液的電解，如CuSO4、AgNO3等。 陰極：2Cu2++4e-=Cu 陽極：4OH--4e-=O2↑+2H2O 總反應(yīng)：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4 陰極產(chǎn)物：析出不活潑金屬單質(zhì)；陽極產(chǎn)物是該鹽對應(yīng)的含氧酸和氧氣，本例中分別是Cu以及H2SO4、O2。 電解液復(fù)原加入物質(zhì)為不活潑金屬的氧化物（金屬價態(tài)與原鹽中相同）。如電解CuSO4溶液，復(fù)原需加入CuO。 pH變化情況：溶液pH顯著變小。 10、實驗分析：電解CuCl2溶液 （1）電極材料 陰極可用惰性電極，甚至較活潑的金屬，但陽極需使用惰性電極，否則會發(fā)生氧化反應(yīng)而溶解。 （2）惰性電極一般指金、鉑、石墨電極，而銀、銅等均是活性電極。 （3）實驗現(xiàn)象：通電后，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，陰極石墨棒上析出一層紅色固體，陽極表面有氣泡放出，可聞到刺激性氣味。 （4）淀粉碘化鉀試紙的作用：檢驗陽極產(chǎn)物是否為Cl2。使用時應(yīng)先潤濕并纏于玻棒端或用鑷子夾持，作用時間不宜太久，否則變藍后的試紙又會失去藍色。 【隨堂練習(xí)】 1、 電解CuSO4溶液時，若要求達到以下三點要求：①陽極質(zhì)量減少；②陰極質(zhì)量增加；③電解液中[Cu2+]不變，則可選用的電極是 A．用含Zn、Ag的銅合金作陽極，純銅作陰極 B．純銅作陽極，含Zn、Ag的銅合金作陰極 C．用純鐵作陽極，用純銅作陰極 D．用石墨作陽極，用隋性電極(Pt)用陰極 2、用石墨作電極，電解1molL－1下列物質(zhì)的溶液，溶液的pH保持不變的是 A．HCl B．NaOH C．Na2SO4 D．NaCl 3、用惰性電極電解下列溶液，電解一段時間后，陰極質(zhì)量增加，電解質(zhì)溶液的pH下降的是 A．CuCl2 B．AgNO3 C．BaCl2 D．H2SO4 4、當(dāng)兩極都用銀片作電極電解AgNO3溶液時，在陽極上的產(chǎn)物是 A．只有銀 B．銀和氧氣 C．只有氫氣 D．上述都不對 答案 1、B 2、C 3、B 4、D