2018-2019年高中化學(xué) 第04章 電化學(xué)基礎(chǔ) 專題4.3.1 電解原理教學(xué)案 新人教版選修4.doc

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4-3-1 電解池（第一課時） 教學(xué)目標(biāo) 1、理解電解原理，會判斷電解池、電極產(chǎn)物、電極周圍溶液pH值及整個溶液pH值的變化； 2、能書寫電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式，培養(yǎng)分析歸納知識的能力。 3、利用惰性電極電解氯化銅的實驗，探究電解原理，了解電解的應(yīng)用，特別是電解在電鍍、電解精煉、電冶煉等方面的應(yīng)用。 教學(xué)重點： 理解電解原理和以電解CuCl2溶液為例得出惰性電極作陽極時的電解的一般規(guī)律。 教學(xué)難點： 理解電解原理，非惰性電極作陽極對電解產(chǎn)物的判斷，電解原理的應(yīng)用。 教學(xué)過程： 【復(fù)習(xí)】在前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了原電池的知識，誰能舉例說明原電池是怎樣的能量轉(zhuǎn)化裝置？ 【學(xué)生討論】學(xué)生討論后回答：原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。 【引入】1799年，當(dāng)意大利人發(fā)明了最原始的電池---伏打電池之后，許多科學(xué)家對電產(chǎn)生了濃厚的興趣，電給世界帶來了太多的不可思議，好奇心驅(qū)使著人們?nèi)ミM(jìn)行各種嘗試，想看看它還能否出現(xiàn)什么奇特的現(xiàn)象。1807年，當(dāng)英國化學(xué)家載維將鉑電極插入熔融的氫氧化鉀并接通直流電源時，奇跡終于產(chǎn)生了，在陰極附近產(chǎn)生一種銀白色的金屬，隨即形成紫色的火焰。這就是發(fā)現(xiàn)鉀元素的主要過程，當(dāng)時在社會上引起了轟動。他隨后用電解法又相繼發(fā)現(xiàn)了鈉、鈣、鍶、鋇、鎂、硼、硅等元素，戴維成為發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素最多的。這其中的奧妙是什么呢？電解時，物質(zhì)的變化是如何發(fā)生的呢？ 電能如何才能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能呢？（展示幾個電解工業(yè)的工廠實景）這就是本節(jié)課我們要共同探討的問題。 【板書】第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第三節(jié) 電解池 一、電解原理 1、電解原理 【設(shè)疑】我們已經(jīng)知道，金屬和電解質(zhì)溶液都能導(dǎo)電，金屬的導(dǎo)電過程是物理變化，電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程是否與金屬的導(dǎo)電過程相同呢？ 【學(xué)生實驗】學(xué)生以學(xué)習(xí)小組為單位完成 【實驗4-1】（也可將該實驗分三步實施），并觀察、記錄實驗現(xiàn)象。教師巡回指導(dǎo)。 （1） 將兩要碳棒分別插進(jìn)U型管內(nèi)的CuCl2溶液中，觀察現(xiàn)象 現(xiàn)象：碳棒表面無明顯現(xiàn)象 （2） 將兩根碳棒用導(dǎo)線相連后，浸入U型管內(nèi)的CuCl2溶液中，觀察現(xiàn)象 現(xiàn)象：碳棒表面無明顯現(xiàn)象 （3） 將兩根碳棒分別跟直流電源的正、負(fù)極相連接，浸入U型管內(nèi)的CuCl2溶液中，接通電源，觀察現(xiàn)象 【實驗現(xiàn)象】陰極：碳棒上逐漸覆蓋了一層紅色物質(zhì)。 陽極：生成有刺激性氣味、能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{(lán)的氣體。 【問】請大家根據(jù)實驗現(xiàn)象和氯化銅溶液的組成成分以及原有知識分析推斷兩極生成物的名稱。 【小結(jié)】兩極產(chǎn)物 陰極——銅 陽極——氯氣 【問】氯化銅溶液在電流的作用下為什么會生成Ｃu和Cl2呢？ 【講】CuCl2在水溶液中完全電離生成Cu2+和Cl- 【板書】 CuCl2 ＝Cu2+＋2Cl－ 【講】通電前，Cu2+和Cl－在溶液里自由運動；通電后，在電場的作用下，帶負(fù)電的Cl－移向陽極，并失去電子被氧化成氯原子，進(jìn)而結(jié)合成Cl2放出，帶正電的Cu2+移向陰極，并得到電子被還原成銅原子，覆蓋在陰極上。 【投影】播放課前制作的多媒體課件，模擬CuCl2溶液中Cu2+和Cl－在通電前后的運動、變化情況。 【板書】 陰極： Cu2+＋2e－=Cu （還原反應(yīng)） 陽極： 2Cl－-2e－=Cl2↑（氧化反應(yīng)） 【小結(jié)】電解質(zhì)溶液在導(dǎo)電過程中有新物質(zhì)產(chǎn)生，是化學(xué)變化。 【板書】2、基本概念 （1） 使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極上引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解。 （2） 把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池或電解槽。 （3） 當(dāng)離子到達(dá)電極時，失去或獲得電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程 【學(xué)生活動】讓學(xué)生獨立書寫電解CuCl2溶液的化學(xué)反應(yīng)方程式。（可以請1—2名學(xué)生到黑板上書寫，然后講評） 【板書】 CuCl2Cu＋Cl2↑ 【過渡】下面我們再分析電解池的兩個電極。 【板書】2、電解池的兩極 【講】電解池的兩極是由與之相連的電源電極的極性決定的。 【板書】陰極：與電源負(fù)極相連的電極。（發(fā)生還原反應(yīng)） 陽極：與電源正極相連的電極。（發(fā)生氧化反應(yīng)） 【設(shè)疑】電解質(zhì)溶液是如何將電路溝通的呢？ 【板書】３、電解池中的電子的移動方向 【學(xué)生活動】請學(xué)生討論、總結(jié)并回答上面提出的問題。 【板書】電源負(fù)極 →電解池陰極 →電解液中的陽離子（被還原） 電解池中陰離子（被氧化）→電解池陽極 →電源正極 【講】由上面分析可知：電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程必須有陰陽離子的參與，如果溶液中的離子不參加反應(yīng)，電路就不能溝通，所以電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是電解質(zhì)溶液的電解過程。 【板書】4、電解的本質(zhì)：電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是電解質(zhì)溶液的電解過程 【問】從上已知CuCl2溶液中存在的離子有：Cu２＋、Cl－、OH－、H＋為什么電解時，只有Cu２＋和Cl－放電？這要涉及到離子的放電順序問題。 【板書】5、離子的放電順序 【講】由于各種離子得失電子的能力不同，因此，電解時離子放電難易也不同。 【板書】陽離子：Ag+＞Hg2+＞Cu2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+＞Na+＞K+ 陰離子：S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞含氧酸根 【講】電解電解質(zhì)溶液時，在陰陽兩極上首先發(fā)生放電反應(yīng)的離子分別是溶液里最容易放電的陽離子和最容易放電的陰離子。 【講】我們還要注意的是要先看電極材料，是惰性電極還是活性電極，若陽極材料為活性電極(Fe、Cu)等金屬，則陽極反應(yīng)為電極材料失去電子，變成離子進(jìn)入溶液；若為惰性電極材料，則根據(jù)陽離子的放電順序，依據(jù)陽氧陰還的規(guī)律來書寫電極反應(yīng)式 【板書】6、電極產(chǎn)物的判斷 （1） 陽極放電順序：活潑陽極(金屬)>無氧酸根離子>OH―>含氧酸根離子>F― （2） 陰極放電：溶液中的陽離子放電 【板書】7、電極反應(yīng)式的書寫：列物質(zhì)，標(biāo)得失；選離子，配電荷；配個數(shù)，巧用水；兩式加，驗總式。 【講】首先要分清電極，并分析電極材料和電解質(zhì)溶液中的陰陽離子，確定放電順序，牢記三個守恒。電極反應(yīng)必須寫離子放電，總反應(yīng)中弱電解質(zhì)寫化學(xué)式，且總反應(yīng)中一定要注明條件。 【過】下面，我們來重點介紹幾組有代表性的電解池及其電極反應(yīng)式的書寫 【投影】用惰性電極電解燒杯里的溶液 1、電解含氧酸 陽極：4OH— —4e— = 2H2O+O2↑ 陰極：4H++ 4e— = 2H2↑ 總的方程式：2H2O 2H2↑+O2↑ 結(jié)論：用惰性電極電解含氧酸實質(zhì)是電解水。電解后，酸的濃度增大，即[H+]增大，故溶液的PH減小。 2、電解無氧酸 陽極：2Cl— —2e— = Cl2↑ 陰極：2H++ 2e— = 2H2↑ 總的方程式：2HCl H2↑+Cl2↑ 結(jié)論：用惰性電極電解無氧酸(除HF)，溶質(zhì)消耗。電解的結(jié)果消耗了HCl，即[H+]減小，溶液的PH增大。 3、電解可溶性堿 陽極：4OH— —4e— = 2H2O+O2↑ 陰極：4H++ 4e— = 2H2↑ 總的方程式：2H2O 2H2↑+O2↑ 結(jié)論：用惰性電極電解強堿實質(zhì)是電解水。電解后，堿的濃度增大，即[OH-]增大，故溶液的PH增大。 4、電解活潑金屬的含氧酸鹽 陽極：4OH— —4e— = 2H2O+O2↑ 陰極：4H++ 4e— = 2H2↑ 總的方程式：2H2O 2H2↑+O2↑ 結(jié)論：用惰性電極電解活潑金屬的含氧酸鹽實質(zhì)是電解水。電解后溶液的PH不變，等于7。 5、電解不活潑金屬的無氧酸鹽 陽極：2Cl— —2e— = Cl2↑ 陰極：Cu2+ + 2e— = Cu 總的方程式：CuCl2 2Cu + Cl2↑ 結(jié)論：用惰性電極電解不活潑金屬的無氧酸鹽(除氟化物)，溶質(zhì)消耗。電解的結(jié)果使[Cu2+]減小，溶液的[H+]減小，溶液的PH略有增大。 Cu2+ +2H2OCu(OH)2 + 2H+ 6、電解活潑金屬的無氧酸鹽 陽極：2Cl— —2e— = Cl2↑ 陰極：4H++ 4e— = 2H2↑ 總的方程式：2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2↑+ Cl2↑ 結(jié)論：用惰性電極電解活潑金屬的無氧酸鹽，溶質(zhì)、水同時消耗。電解的結(jié)果生成堿，電解后溶液的PH增大。 7、電解不活潑金屬的含氧酸鹽 陽極：4OH— —4e— = 2H2O+O2↑ 陰極：Cu2+ + 2e— = Cu 總的方程式：2CuSO4 +2H2O 2H2SO4+2Cu+O2↑ 結(jié)論：用惰性電極電解不活潑金屬的含氧酸鹽，溶質(zhì)、水同時消耗。電解的結(jié)果生成酸，溶液的PH減小。 【講】判斷溶液中pH的變化，先分析原溶液的酸堿性，再看電極產(chǎn)物，如果只產(chǎn)生H2沒有O2則pH變大。如果只產(chǎn)生O2而無H2，則pH變小。如果既產(chǎn)生O2又有H2，若原溶液呈酸性，則pH減??；若原溶液呈堿性則pH增大；若原溶液呈中性則pH 不變。如果既無O2產(chǎn)生也無H2產(chǎn)生，則溶液的pH均趨于7 【板書】8、電解規(guī)律 （1） 電解質(zhì)分解型：無氧酸、不活潑金屬的無氧酸鹽溶液的電解，水不參加反應(yīng) （2） 電解水型：強堿、活潑金屬的含氧酸、含氧酸等溶液的電解，只有水參加 （3） 放氫生堿型：電解活潑金屬的無氧酸鹽時，電解質(zhì)的陰離子和水電離的H＋放電，溶質(zhì)和水都參加反應(yīng)，pH增大 （4） 放氧生酸型：電解不活潑金屬的含氧酸鹽時，電解質(zhì)電離的陽離子和水電離的OH―離子放電，溶質(zhì)和水都參加反應(yīng)，pH減小。 【小結(jié)】本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電解的原理，認(rèn)識了電解池的功能，下面請同學(xué)們在總結(jié)本節(jié)知識以及回憶前面所學(xué)的原電池知識的前提下，填寫課前所發(fā)放的表格，并注意比較。 【投影】1、電解與電離的比較 電離 電解 條件 電解質(zhì)溶于水或熔化狀態(tài) 電解質(zhì)電離后，再通直流電 過程 電解質(zhì)電離成為自由移動的離子 陰、陽離子定向移動， 在兩極上放電 舉例 CuCl2 ==Cu2＋+2Cl― CuCl2Cu＋Cl2↑ 特點 只產(chǎn)生自由移動的離子 發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成新物質(zhì) 聯(lián)系 電解必須建立在電離的基礎(chǔ)上 2、原電池與電解池的比較 裝置類別 原電池 電解池 舉例 鋅銅原電池 電解氯化銅溶液 形成條件 1、活潑性不同的兩電極(用導(dǎo)線連接) 2、電解質(zhì)溶液(電極插入其中并與電極自發(fā)反應(yīng)) 3、形成閉合回路 1、兩電極接直流電源 2、兩電極插入電解質(zhì)溶液中 3、形成閉合回路 電極名稱 負(fù)極：較活潑金屬 正極：較不活潑金屬(或能導(dǎo)電的非金屬) 由電極本身決定 陽極：與電源正極相連的極 陰極：與電源負(fù)極相連的極 由外加電源決定 電極反應(yīng) 負(fù)極：氧化反應(yīng)，金屬失電子 正極：還原反應(yīng)，溶液中的陽離子得電子 陽極：氧化反應(yīng)，溶液中的陰離子失電子或電極金屬失電子 陰極：還原反應(yīng)，溶液中的陽離子得電子 電子流向 負(fù)極---導(dǎo)線---正極 電源負(fù)極—陰極 電源正極—陽極 能量轉(zhuǎn)變 化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能 電能轉(zhuǎn)換為自由能 能否自發(fā)進(jìn)行 反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行 反應(yīng)不能夠自發(fā)進(jìn)行 主要應(yīng)用 1、金屬電化腐蝕分析 2、金屬犧牲陽極的陰極保護法 3、制造多種新化學(xué)電源 1、電解食鹽水(氯堿工業(yè)) 2、冶煉活潑金屬 3、電解精煉 實質(zhì) 使氧化還原反應(yīng)中的電子通過導(dǎo)線定向轉(zhuǎn)移形成電流 使電流通過電解質(zhì)溶液而陰陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程 板書設(shè)計： 第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第三節(jié) 電解池 一、電解原理 1、電解原理： CuCl2 ＝Cu2+＋2Cl－ 陰極： Cu2+＋2e－=Cu （還原反應(yīng)） 陽極： 2Cl－-2e－=Cl2↑（氧化反應(yīng)） 2、基本概念 （1） 使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極上引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解。 （2） 把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池或電解槽。 （3） 當(dāng)離子到達(dá)電極時，失去或獲得電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程CuCl2Cu＋Cl2↑ ２、電解池的兩極 陰極：與電源負(fù)極相連的電極。（發(fā)生還原反應(yīng)） 陽極：與電源正極相連的電極。（發(fā)生氧化反應(yīng)） ３、電解池中的電子的移動方向 電源負(fù)極 →電解池陰極 →電解液中的陽離子（被還原） 電解池中陰離子（被氧化）→電解池陽極 →電源正極 4、電解的本質(zhì)：電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是電解質(zhì)溶液的電解過程 5、離子的放電順序 陽離子：Ag+＞Hg2+＞Cu2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+＞Na+＞K+ 陰離子：S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞含氧酸根 6、電極產(chǎn)物的判斷 （1） 陽極放電順序：活潑陽極(金屬)>無氧酸根離子>OH―>含氧酸根離子>F― （2） 陰極放電：溶液中的陽離子放電 7、電極反應(yīng)式的書寫：列物質(zhì)，標(biāo)得失；選離子，配電荷；配個數(shù)，巧用水；兩式加，驗總式。 8、電解規(guī)律 （1） 電解質(zhì)分解型：無氧酸、不活潑金屬的無氧酸鹽溶液的電解，水不參加反應(yīng) （2） 電解水型：強堿、活潑金屬的含氧酸、含氧酸等溶液的電解，只有水參加 （3） 放氫生堿型：電解活潑金屬的無氧酸鹽時，電解質(zhì)的陰離子和水電離的H＋放電，溶質(zhì)和水都參加反應(yīng)，pH增大 （4） 放氧生酸型：電解不活潑金屬的含氧酸鹽時，電解質(zhì)電離的陽離子和水電離的OH―離子放電，溶質(zhì)和水都參加反應(yīng)，pH減小。