高二化学 专题一 电解池的工作原理及应用教学案.docx

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高二化学专题一电解池的工作原理及应用教学案

福建省漳州市芗城中学高二化学专题一电解池的工作原理及应用教案

一、教学目标：

知识与技能：

了解电解池工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式，初步了解溶液中微粒放电顺序

。

过程与方法：

利用惰性电极电解水和氯化铜的实验，探究电解原理。

通过观察、实验、阅读资料获取信息，运用科学方法对信息进行加工，提高科学探究能力。

情感态度价值观：

学会在思考分析过程中相互讨论，相互启发，体会到合作

交流的重要性。

通过电解在生产、生活中的应用实例，感受化学学科的实际应用价值。

二、教学重、难点

教学重点：

理解电解原理，惰性电极作阳极时电解的一般规律。

教学难点：

理解电解原理，电极反应式书写。

三、教学过程：

【复习提问】我们知道，金属钠、钙、热水器里的镁棒、各种铝合材，都是极为活泼的金属，这些金属是怎么冶炼出来的呢？

这就涉及到我们今天研究的课题：

电解的原理及其应用（板书）

【复习】1molNa在氯气中燃烧放出411kJ的热量，试写出该反应的热化学方程式。

2Na（s）+Cl2（g）==2NaCl（s）∆H=-822.3kJ/mol

那么氯化钠能否分解生成金属钠呢？

【设问】如果要让氯化钠分解生成金属钠，就必须提供能量，比如电能。

实践证明，熔融氯化钠在通电条件下就可以分解生成金属钠。

它的原理是怎样的呢？

【讲述】金属钠是在1807年通过电解氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在1891年才获得成功。

1921年电解氯化钠制钠的工业方法实现了。

由于金属钠在现代技术上得到重要应用，它的产量显著地增

加。

目前，世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。

【过渡】下面我们以就以电解熔融NaCl为例来分析电解的原理。

【交流研讨】P18

1.通电后，熔融氯化钠中Na+和Cl-各向哪个方向移动？

2.移动到两极表面的Na+和Cl-将发生什么变化？

【分析】通电前熔融NaCl中存在Na+和Cl-，作无规则运动，接通电源后，Na+移向与电源负极相连的电极并得到电子（叫放电）被还原为Na，Cl-移向与电源正极相连的电极并失去电子（也叫放电）被氧化。

阳极：

2Cl--2e-=Cl2↑（氧化反应）

阴极：

2Na++2e-=2Na（氧化反应）

总反应：

2Na++2Cl-

Cl2↑+2Na

2NaCl

Cl2↑+2Na

【点拨】这就是工业上电解冶炼金属的基本原理。

【总结】

一、电解的概念

使直流电通过电解质溶液或熔融电解质而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解

二、电解池：

1、概念：

电能转化成化学能的装

置叫电解池或电解槽。

2、电解池的构成条件

1）直流电源

2）两个固体电极，与电源正极相连的叫阳极，发生氧化反应

与电源负极相连的叫阴极，发生还原反应

3）离子导体离子导体（熔融态电解质或电解质溶液）

4）构成闭合回路

3、电子的流向：

在电解池中，电子从电源的负极流向电解池的阴极，氧化剂在阴极得电子发生还原反应，电子从电解池的阳极流向电源的正极，还原剂在阳极失去电子，发生氧化反应。

在溶液中，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。

[总结归纳]原电池与电解池在能量转换、离子的迁移方向、发生氧化反应的电极、发生还原反应的电极的不同及在反应原理上的相同点。

【过渡与设问】电

解过程不仅可以在熔融电解质中进行，也可以在电解质溶液中进行。

如果我们把上述装置中的离子导体熔融NaCl改成NaCl溶液，电解的结果会怎么样呢？

【活动探究1】三、电解原理的应用

1、电解饱和食盐水

请你分析饱和食盐水中可能存在哪些离子，通电后它们分别移向哪个电极，可能发生的电极反应是什么？

产物如何检验？

现象

电极反应式

阳极

有黄绿色气体，使湿润淀粉KI试纸变蓝

2Cl--2e-=Cl2↑

阴极

有无色气体产生，溶液滴酚酞试液变红

色

2H++2e-=H2↑

电解反应

【演示】电解饱和食盐水。

【教师板演】

通电前：

NaCl=Na++Cl-H2O

H++O

H-

通电后：

Na+、H+移向阴极，Cl-、OH-移向阳极。

那谁放电呢？

【讲解】☆人们根据大量事实总结出了如下规律

1、一般说来，金属越难失电子，其阳离子就越易得电子即

K+Ca2+Na+Mg2+Al3+Zn2+Fe2+Sn2+Pb2+H+Cu2+Fe3+Ag+

得电子越来越易

2、同样，非金属越难得电子，其阴离子就越易失电子即

SO42-OH-Cl-Br-I-S2-

失电子能力越来越易

所以，电解饱和食盐水时，在阴极上H+优先放电2

H++2e-=H2↑（还原反应），而在阳极上Cl-优先放电：

2Cl--e-=Cl2↑（氧化反应）。

在阴极：

由于：

2H++2e-=H2↑，H+不断被消耗，促进H2O

H++OH-向右移动，破坏了水的电离平衡，

c（OH-）的浓度相对地增大了，因此，在阴极附近形成了氢氧化钠溶液。

总的电解化学方程式怎么写？

【板演】

[练习巩固]举例以石墨为两极电解常见的酸、碱、盐溶液，分析放电离子、写出电极反应及产物。

硫酸溶液：

盐酸：

NaOH溶液:

CuCl2溶液：

KCl溶液：

CuSO4溶液：

作业：

P221、2

导学p14知识能力构建一

【

思考】假如你是化工工程师，请从原理上谈谈你将如何生产大量的盐酸、烧碱和84消毒液（次氯酸钠溶液）？

【讲解】：

这就是氯碱工业的核心原理。

具体生产工艺

则属于化学与技术范畴，感兴趣的同学课下可查阅相关资料进一步了解。

【活动探究2】如果我们把上述电解池中的离子导体换成Na2SO4溶液，结果又会怎样？

请同学们根据前面的方法结合离子放电顺序分析两极产物各是什么？

【点评】这实际上就是初中学过的电解水，Na2SO4的作用仅起到增强溶液导电性的作用。

【讲解】电解水获得氢能成本太高，如何通过水廉价获得氢能的技术还有待突破。

【活动探究3】如果将上述装置中的阴阳极均换成Fe电极，结果又会怎么样

？

演示：

演示：

现象：

阳极附近溶液变浅绿色，阴极有无色气泡冒出

电极反应：

阳极：

Fe–2e-=Fe2+

阴极：

2H++2e-=H2↑

总反应：

Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑

★小结：

如果阳极材料为金属时（PtAu等惰性金属除外）

通常金属阳极材料优先失去电子；当阳极材料为石墨（或惰性金属电极）时，才考虑溶液中阴离子失去电子。

阴极材料无论是惰性电极还是活动金属电极，都是溶液中的阳离子在阴极上放电。

【过渡】受此启发，大家想，可否利用电解原理在铝制钥匙上镀上一薄层铜？

请看活动探究4

【活动探究4】在钥匙上镀铜

材料：

铜片，石墨棒，钥匙，CuSO4溶液，导线，电源

请根据电解原理，设计实验方案并检验，然后得出结论

实验方案

内容

电镀原理

阳极：

Cu–2e-=Cu2+

阴极：

Cu2++2e-=Cu

电镀方案

CuSO4溶液

电极材料

阳极：

铜片，阴极：

钥匙

电镀液

CuSO4溶液

镀件

钥匙

【引导学生分析评价】对学生可能的出现的几种情况，如钥匙作阳极、石墨作阳极、铜作阳极等，进行分析评价。

确定最佳方案。

【讲述】：

这就是电镀的原理。

利用电解原理，在金属表面镀上一薄层其它金属或合金的方法叫电镀，电镀的主要目的是增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金属制品的外观。

电镀原理在工业上被大量应用，如电镀拉手，镀镍自行车把等。

★小结：

在电镀槽中，一般把待镀金属（即镀件）作阴极，镀层金属（如用惰性电极作阳极，则电镀不均匀）作阳极，含镀层金属离子的溶液为电镀液。

根据电镀原理可否把一块粗铜提纯？

【活动探究5】电解精炼

若提供一块粗铜（含Zn、Fe、Au、Ag等杂质），一块纯铜，CuSO4溶液，电解池，直流电源，如何根据电镀原理提纯粗铜，请设计实验装置。

【师生分析】：

阳极Zn、Fe比Cu先放电，但Zn2+、Fe2+在阴极上不放电，阴极上只有Cu2+放电，阳极上的Au、Ag等金属不放电而沉积于阳极下面形成阳极泥（可从中回收贵金属）这样阴极上获得的就是高纯度的铜。

★这一原理在工业上叫电解精炼，可制得纯度高达99.95-99.98%的铜，从而满足生产生活中大量的导线需求。

【小结反思】

1、给你一个电解装置如何分析其电极产物？

一看电源（确定阴阳极）

二看阳极材料（是活动金属还是惰性电极）；

三看离子导体（看有什么离子）

四看离子移动（分别移向哪个电极）

五看何种离子放电（依据放电顺序）

【板书设计】

作业：

P223

导学P15知识能力构建二及相关的练习

作业：