2019-2020年人教版高中化學選修四 4-3-2 電解的應用（教案）.doc

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2019-2020年人教版高中化學選修四 4-3-2 電解的應用（教案） 教學目標 知識與技能：了解氯堿工業(yè)，電鍍，冶金的原理 過程與方法：培養(yǎng)學生的實驗操作能力，團結協(xié)作能力、觀察能力、分析能力、歸納總結能力以及運用知識解決問題的能力 情感態(tài)度與價值觀：通過電鍍工業(yè)廢水處理的簡單介紹，增強學生的環(huán)境保護意識 教學重點：電解池原理 教學難點：電解原理的應用 教學過程： 【引言】上節(jié)課我們學習了電解的原理，電解是通過電流引起化學反應的過程，即將電能轉變成了化學能。電解的原理在工業(yè)上有哪些應用呢？這節(jié)課就向同學們介紹兩個電解原理在工業(yè)上應用的事例. 【板書】二、電解原理的應用 【講】電解飽和食鹽水以制備燒堿、氫氣和氯氣，電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫氯堿工業(yè)。 【板書】1、電解飽和食鹽水制燒堿、氫氣和氯氣 【投影】 實驗裝置 實驗裝置及原理 按上圖裝置，在U形管里倒入飽和食鹽水，插入一根石墨棒做陽極，一根鐵棒做陰極。同時在兩邊管中各滴入幾滴酚酞試液，并用濕潤的碘化鉀淀粉試紙檢驗陽極放出的氣體。接通直流電源后，注意管內發(fā)生的現(xiàn)象。 【講】在這個反應中，由于H＋在陰極上得到電子而生成H2，破壞了附近的水的電離平衡，促進了水繼續(xù)電離，結果陰極區(qū)溶液里OH―濃度增大而呈堿性。 【板書】(1) 實驗原理： 陽極(放電順序：Cl―>OH―)：2Cl―-2e == Cl2 ↑ (氧化反應) 陰極(放電順序：H＋>Na＋)：2H＋+2e==H2 ↑(還原反應) 總反應：2NaCl+2H2O2NaOH +H2↑+ Cl2↑ 陰極 陽極 【注意】在學習電解食鹽水的化學原理時，學生往往不容易理解堿為什么在陰極區(qū)生成。這點可以從H＋在陰極上大量被還原，從而引起水的電離平衡被破壞，來分析在陰極區(qū)積累大量OH―的理由。 【板書】(2)工業(yè)制備方法---離子交換膜法 【講】由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成，每臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。 將電解槽隔成陰極室和陽極室和陰極室，它只允許陽離子(Na＋)通過，而阻止陰離子(Cl―、OH―)和氣體通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO 而影響燒堿的質量。 【講】其原料粗鹽中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42―等雜質，不符合電解要求，因此必須經(jīng)過精制。 【投影】 【講】除雜質時所加試劑的順序要求是Na2CO3必須在BaCl2之后，加入鹽酸在過濾之后。 【問】工業(yè)上為什么要對粗銅進行電解精煉呢？ 【學生活動】指導學生查找閱讀教材中相關內容，請學生代表回答。 【問】怎樣利用電解的原理精煉粗銅呢？ 【板書】2、電解精煉銅 粗銅作陽極，純銅作陰極，用CuSO4溶液作電解液。 【投影】見下頁 【學生活動】請學生討論分析電解液中離子的種類，通電后溶液中離子的移動情況和陰極反應。 【學生總結】CuSO4溶液中有Cu2+、H+、SO42-、OH-等四種離子,通電后Cu2+、H+移向陰極，SO42-、OH-移向陽極，陰極上Cu2+放電變成Cu聚集在陰極板（精銅）上。 【板書】 陰極(精銅)：Cu2+＋2e－＝Cu 【講】SO42-和OH-雖然移向了陽極，但是由于陽極板（粗銅）表面的Cu原子失電子能力強于二者，故陽極上Cu原子失電子被溶解。 【板書】陽極(粗銅)：Cu－2e－＝Cu2+ 【問】粗銅中所含的雜質（如：Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）是如何除去的呢？ 【講】比銅活潑的金屬雜質，在銅溶解的同時也會失電子形成金屬陽離子而被溶解掉。如： Zn－2e－＝Zn2+；Ni－2e－＝Ni2+；由于這些離子比Cu2+難以還原，故它們不能在陰極上得電子析出而存留在溶液中。比銅不活潑的金屬雜質，在銅失電子溶解時,不能失電子而溶解，故它們以單質形式沉積于電解槽底部，形成陽極泥。 【板書】比銅活潑的金屬雜質——以陽離子形式留于溶液中 比銅不活潑的金屬雜質——形成陽極泥 【投影】播放課前制作的多媒體課件,模擬電解精煉銅的過程中兩極和電解液中離子的變化情況。 【問】請大家根據(jù)兩極上所發(fā)生的主要反應分析電解精煉銅過程中的電解液有無變化。 【學生活動】學生分析、討論并回答。 【板書】電解精煉銅過程中CuSO4溶液的濃度基本不變。 【過渡】以上我們學習了銅的電解精煉原理，下面我們再共同學習電解原理的另一個應用實例——電鍍銅。 【板書】3、電鍍銅 【問】什么是電鍍？電鍍的優(yōu)點有哪些？ 【學生活動】指導學生查找閱讀教材中相關內容，請學生代表回答。 【板書】(1) 電鍍是應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。 (2) 電鍍的主要目的是使金屬增強抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。 (3) 鍍層金屬：通常是在空氣或溶液中不易起變化的金屬，如Cr、Zn、Ag、Cu等 【講】電鍍時，把待鍍金屬制品作為陰極；把鍍層金屬作為陽極；用含有鍍層金屬離子的電解質配成電鍍液。通低壓直流電，陽極金屬在溶液中成為陽離子，移向陰極，在陰極獲得電子被還原成金屬，在待鍍件表面上覆蓋上一層均勻光潔而致密的鍍層。 【講】例如，鋼鐵是人們最常用的金屬，但鋼鐵有個致命的缺點，就是它們易被腐蝕。防止鋼鐵發(fā)生腐蝕的一種最常用方法就是在其表面鍍上其他金屬，如鋅、銅、鉻、鎳等。。 【問】請大家根據(jù)電解精煉銅過程中所發(fā)生的兩極反應，選擇在鐵制品上鍍銅裝置的陰極材料、陽極材料和電鍍液。 【學生活動】學生分析、討論并回答。 【板書】(4) 在鐵制品上鍍銅：陽極——銅 　　　 　 陰極——鐵制品 　　　　　　　　　　　 電鍍液——CuSO4溶液 原理：陽極(Zn) Zn-2e==Zn2+ 陰極(Fe) Zn2++2e == Zn 【講】陽極的鋅不斷氧化成Zn2+進入溶液，陰極溶液中Zn2+被還原成鋅鍍層，因此電鍍液中C(ZnCl2)保持不變。 【講】電鍍的特點是“一多、一少、一不變”。一多指陰極上有鍍層金屬沉積，一少指陽極上有鍍層金屬溶解，一不變指電解液濃度不變。 【講】這里還需要我們注意的是，電鍍生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣中含有多種對環(huán)境有害的物質，處理后應符合國家規(guī)定的排放標準，對其中的有用成分要回收利用。 【過】Na、Mg、Al等活潑金屬都可用電解它們的熔融鹽或氧化物制得。這種方法是利用電解法來冶煉活潑金屬，我們將其稱之為電冶金。 【板書】4、電冶金 (1) 本質：利用電解使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來 (2) 適用范圍：制取活潑金屬單質，如電解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al 【小結】本節(jié)課我們學習了銅的電解精煉和電鍍銅的知識，銅的電解精煉類似于“在銅上鍍銅”，故掌握電鍍的原理是本節(jié)的重點。下面請同學們根據(jù)所學知識填寫課前所發(fā)放的表格。 【投影】原電池、電解池與電鍍池的比較 原電池 電解池 電鍍池 定義 將化學能轉變成電能的裝置 將電能轉變成化學能的裝置 應用電解原理在某些金屬表面上鍍一層其他金屬的裝置 形成條件 活潑性不同的兩電極連接，電解質溶液，形成閉合電路 兩電極接直流電源，并插入電解質溶液中，形成閉合回路 鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接電源負極，電鍍液必須含有鍍層金屬的離子 電極名稱 負極：較活潑金屬 正極：較不活潑金屬或能導電的非金屬 陽極：與電源正極相連 陰極：與電源負極相連 同電解池，但陽極：必須是鍍層金屬 陰極： 鍍件 電極反應 負極：氧化反應，金屬失電子 正極：還原反應，溶液中陽離子得電子 陽極：氧化反應，溶液中的陰離子失電子，或電極金屬失電子 陰極：還原反應，溶液中的陽離子得電子 陽極：金屬電極失電子 陰極：電鍍液中陽離子得電子 電子流向 負極—導線—正極 電源負極—導線—陰極—(陽離子向陰極移動，得電子；陰離子向陽極移動，失電子)—陽極—電源正極 板書設計： 二、電解原理的應用 1、電解飽和食鹽水制燒堿、氫氣和氯氣 (1) 實驗原理： 陽極(放電順序：Cl―>OH―)：2Cl―-2e == Cl2 ↑ (氧化反應) 陰極(放電順序：H＋>Na＋)：2H＋+2e==H2 ↑(還原反應) 總反應：2NaCl+2H2O2NaOH +H2↑+ Cl2↑ 陰極 陽極 (2)工業(yè)制備方法---離子交換膜法 2、電解精煉銅 粗銅作陽極，純銅作陰極，用CuSO4溶液作電解液。 陽極(粗銅)：Cu－2e－＝Cu2+ 陰極(精銅)：Cu2+＋2e－＝Cu 比銅活潑的金屬雜質——以陽離子形式留于溶液中 比銅不活潑的金屬雜質——形成陽極泥 電解精煉銅過程中CuSO4溶液的濃度基本不變。 3、電鍍銅 (1) 電鍍是應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。 (2) 電鍍的主要目的是使金屬增強抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。 (3) 鍍層金屬：通常是在空氣或溶液中不易起變化的金屬，如Cr、Zn、Ag、Cu等 (4) 在鐵制品上鍍銅：陽極——銅 　　　 　陰極——鐵制品 　　　　　　　　　　　電鍍液——CuSO4溶液 原理：陽極(Zn) Zn-2e==Zn2+ 陰極(Fe) Zn2++2e == Zn 4、電冶金 (1) 本質：利用電解使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來 (2) 適用范圍：制取活潑金屬單質，如電解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al 教學回顧： 學生用肉眼是看不見微觀粒子的運動的，中學階段實驗室設備又達不到要求，所以要充分發(fā)揮多媒體的作用，通過觀看氯化銅溶液電解過程的電腦動畫了解離子的移動情況，物質的生成情況，把微觀的內容宏觀化，讓學生更直觀地理解電解原理。