高中化学《化学反应原理》43电解池教案 新人教版选修4.docx

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高中化学《化学反应原理》43电解池教案新人教版选修4

第三节电解池

一、教学目标：

1．理解电解原理，初步掌握一般电解反应产物的判断方法

2．了解氯碱工业，电镀，冶金的原理

3．掌握电解电极方程式的书写。

二、教学重点：

电解原理及应用

三、教学过程：

我们知道化学能可以转变为热能，即反应热。

化学能也能转变为电能，用原电池装置。

今天这节课我们就来学习电能如何转化为化学能。

第三节电解池

一、电解原理

讲：

首先我们来比较金属导电和电解质导电的区别。

金属

电解质

导电粒子

导电状态

温度影响

导电实质

电子定向移动

过渡：

电解质导电的实质是什么呢？

一起看实验。

实验：

现象—一极有气泡，检验为氯气；另一极有红色的物质析出，分析为铜。

讲：

要分析此现象我们得研究此装置，首先看电极。

1．电极

阳极—与电源正极相连

阴极—与电源负极相连

隋性电极—只导电,不参与氧化还原反应（C/Pt/Au）

活性电极—既导电又参与氧化还原反应（Cu/Ag）

问：

通电前和通电时分别发生了怎样的过程？

通电前：

CuCl2=Cu2++2Cl-H2O

H++OH-

通电中：

阳离子（Cu2+,H+）向阴极移动被还原；

阴离子（Cl-,OH-）向阳极移动被氧化

讲：

即在电极上分别发生了氧化还原反应，称电极反应。

2．电极反应（阳氧阴还）

阳极：

2Cl--2e-=Cl2（氧化）

阴极：

Cu2++2e-=Cu（还原）

总电极方程式：

___________________

放电：

阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。

3．电解：

电流（外加直流电）通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应（被动的不是自发的）的过程叫电解。

讲：

所以电解质导电的实质便是——电解

电解池：

借助电流引起氧化还原反应的装置，即把电能转化为化学能的装置叫电解池或电解槽。

问：

构成电解池的条件是什么？

电源、电极、电解质构成闭和回路。

思考：

电解CuCl2水溶液为何阳极是Cl-放电而不是OH-放电，阴极放电的是Cu2+而不是H+？

4．离子的放电顺序

阴极：

（阳离子在阴极上的放电顺序（得e-））

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（指酸电离的）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

阳极

（1）是惰性电极时：

阴离子在阳极上的放电顺序（失e-）

S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-（等含氧酸根离子）>F-（SO32-/MnO4->OH-）

（2）是活性电极时：

电极本身溶解放电

问：

放电能力弱于H+和OH–的物质在水溶液中放电吗？

否，但亚铁离子浓度远大于氢离子浓度时,亚铁离子放电。

问：

电解水时为了增强水的导电性常常需加入氢氧化钠或稀硫酸，为什么？

可以加食盐吗？

练习：

电解碘化汞、硝酸铜、氯化锌、盐酸、硫酸、氢氧化钠的电极方程式。

5．电解规律：

（1）电解含氧酸、强碱溶液及活泼金属的含氧酸盐，实质上是电解水，电解水型。

问：

初中电解水时加硫酸或氢氧化钠增强导电性，影响水的电解吗？

电解硫酸和氢氧化钠时为何H2和O2之比大于2？

氧气溶解度大于氢气

又为何硫酸一定大于2，而氢氧化钠可能等于2？

硫酸根可能放电。

（2）电解不活泼金属的含氧酸盐，阳极产生氧气，阴极析出不活泼金属，放氧生酸型。

练习：

电解硫酸铜方程式。

加入下列哪些物质可以恢复到硫酸铜原来的溶液：

氧化铜、氢氧化铜、铜、碳酸铜。

（3）电解不活泼金属无氧酸盐，实际上是电解电解质本身，分解电解质型。

（4）电解活泼金属（K/Ca/Na）的无氧酸盐，阴极产生氢气，阳极析出非金属，放氢生碱型。

6．电解中电极附近溶液pH值的变化。

（1）电极区域A．阴极H+放电产生H2，阴极区域pH变大。

B．阳极OH-放电产生O2，阳极区域pH变小。

（2）电解质溶液中A．电解过程中,既产生H2,又产生O2,则原溶液呈酸性的pH变小,原溶液呈碱性的pH变大,原溶液呈中性的pH不变（浓度变大）。

B．电解过程中,无H2和O2产生,pH几乎不变。

但象CuCl2变大

C．电解过程中,只产生H2,pH变大。

D．电解过程中,只产生O2,pH变小。

过渡：

如果把阳极换成铜棒，阳极发生的反应就是铜自身溶解，如果电解质是硫酸，阴极析出的是什么？

也是铜，这就是我们的铜的电解精炼法。

二、电解原理的应用

1．铜的电解精炼

阳极：

粗铜棒

阴极：

精铜棒

电解质：

含铜电解质

问：

精炼中硫酸铜的浓度怎样？

基本不变，但变小。

过渡：

若把阴极精铜棒换成铁棒，电解过程变吗？

不变，但不是精炼铜了，而叫电镀铜。

2．电镀铜

阳极：

镀层金属

阴极：

待镀金属（镀件）

电镀液：

含镀层金属的电解质。

3．电解饱和食盐水——氯碱工业

问：

1、电解饱和食盐水的阴极产物、阳极产物分别是什么？

2、转移的电子数和氢氧化钠的物质的量的关系？

3、从Cl-Cl2一定需要加氧化剂吗？

4、阴极产物和阳极产物能接触吗？

5、饱和食盐水为何需要精制？

如何精制？

精制：

步骤一、1）先加过量的BaCl2和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2CO3

2）过滤

3）加盐酸调节pH为7

步骤二、送入阳离子交换塔除去Ca2+、Mg2+等。

4．电冶金

电解熔融氯化钠：

2NaCl（熔融）＝（电解）2Na+Cl2

适用范围：

活泼金属K~Al

练习:

1、在水中加等物质的量的Ag+,Pb2+,Na+,SO42-,NO3-,Cl-,该溶液放在用惰性电极做电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物质量比为（）

A.35.5:

108B.16:

207　C.8:

1　　D.108:

35.5

2、用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质溶液能与原来完全一样的是

氯化铜加硫酸铜、氢氧化钠加氢氧化钠、氯化钠加氯化氢、硫酸铜加氢氧化铜

3、0.1摩氯化铜和0.1摩溴化钠共0.4摩电子转移，分析过程。

4、铁、C/硫酸——C、C/氯化铜用导线相连，分析正负极和阴阳极及两装置的pH的变化。

5、如何判断电解池的阴阳极？

与正极相连的、发生氧化反应的、阴离子移向的一极是阳极，反之是阴极。

如：

高锰酸钾的做电解质，发现红色加深的是什么极？

湿润的淀粉KI试纸并滴有酚酞，变红的是什么极？

变蓝的是什么极？

6、以A、B两根石墨电极电解足量的硝酸银溶液，通电t分钟，在B极收到11.2mL标况下气体，此后将电源反接，以相同的电流强度通电t/2分钟。

问：

（1）A、B分别是什么极？

（2）电源反接后A、B电极质量如何变化？

（3）若溶液体积为200mL，则通电t/2分钟时的溶液pH=？

原电池

电解池

电极名称

正负极

阴阳极

电极材料

负极：

活泼金属

正极：

不活泼金属或可导电的非金属（如C）

惰性材料或活性材料

电流方向：

外电路内电路

组成

原理

功能

化学能到电能

电能到化学能

下方文件为赠送，方便学习参考

第三节酯化反应

教学目标

知识技能：

掌握酯化反应的原理、实验操作及相关问题，进一步理解可逆反应、催化作用。

能力培养：

培养学生用已知条件设计实验及观察、描述、解释实验现象的能力，培养学生对知识的分析归纳、概括总结的思维能力与表达能力。

科学品质：

通过设计实验、动手实验，激发学习兴趣，培养求实、探索、创新、合作的优良品质。

科学方法：

介绍同位素示踪法在化学研究中的使用，通过酯化反应过程的分析、推理、研究，培养学生从现象到本质、从宏观到微观、从实践到理论的科学思维方法。

教学方法：

研究探索式，辅以多媒体动画演示。

课时安排：

第1课时：

乙酸的性质及酯化反应实验（本文略去乙酸的其它性质部分）

第2课时：

酯化反应问题讨论

教学过程

第一课时

【过渡】我国是一个酒的国度，五粮液享誉海内外，国酒茅台香飘万里。

“酒是越陈越香”。

你们知道是什么原因吗？

【板书】乙酸的酯化反应

【学生实验】乙酸乙酯的制取：

学生分三组做如下实验，实验结束后，互相比较所获得产物的量。

第一组：

在一支试管中加入3mL乙醇和2mL乙酸，按教材P71，图3-16连接好装置，用酒精灯缓慢加热，将产生的蒸气经导管通到盛有饱和碳酸钠溶液的接受试管的液面上，观察现象。

第二组：

在一支试管中加入3mL乙醇，然后边振荡边慢慢加入2mL浓硫酸和2mL乙酸，按教材P71，图3-16连接好装置，用酒精灯缓慢加热，将产生的蒸气经导管通到盛有水的接受试管的液面上，观察现象。

第三组：

在一支试管中加入3mL乙醇，然后边振荡边慢慢加入2mL浓硫酸和2mL乙酸，按教材P71，图3-16连接好装置，用酒精灯缓慢加热，将产生的蒸气经导管通到盛有饱和碳酸钠溶液的接受试管的液面上，观察现象。

强调：

①试剂的添加顺序；

②导管末端不要插入到接受试管液面以下；

③加热开始要缓慢。

【师】问题①：

为什么要先加入乙醇，然后边振荡边慢慢加入浓硫酸和乙酸？

【生】此操作相当于浓硫酸的稀释，乙醇和浓硫酸相混会瞬间产生大量的热量,并且由于乙醇的密度比浓硫酸小，如果把乙醇加入浓硫酸中，热量会使得容器中的液体沸腾飞溅，可能烫伤操作者。

【师】问题②：

导管末端为什么不能插入到接受试管液面以下？

【生】防止加热不均匀，使溶液倒吸。

【追问】除了采用这样一种方法防止倒吸外，此装置还有哪些其它改进方法？

【生】可以将吸收装置改为导管连接干燥管，干燥管下端插入液面以下防止倒吸（或其它合理方法）。

【师】问题③：

为什么刚开始加热时要缓慢？

【生】防止反应物还未来得及反应即被加热蒸馏出来，造成反应物的损失。

【师】所以此装置也可以看作是一个简易的蒸馏装置，那么，装置的哪一部分相当于蒸馏烧瓶？

哪一部分相当于冷凝管？

【生】作为反应容器的试管相当于蒸馏烧瓶，导管相当于冷凝管，不是用水冷却而是用空气冷却。

【追问】开始时缓慢加热是不是在产物中就不会混入乙酸和乙醇了？

如何验证？

【生】用蓝色石蕊试纸来检验，如果变红，说明有乙酸；乙醇可以用红热的铜丝与之反应后显红色来检验。

【师】①盛有饱和碳酸钠溶液的试管不能用石蕊来检验是否含有乙酸，其实只要将试管振荡一下，看是否有气泡逸出就可以了；

②接受试管中有大量的水，其中溶解的少量乙醇可能无法通过CuO与乙醇的反应来验证，但可根据有乙酸挥发出来，推知也会有乙醇挥发出来。

【师】接受试管中有什么现象？

所获得产物的量多少如何？

【总结】第一组接受试管内无明显现象，第二、三组实验中接受试管内有分层现象，并有浓厚的果香气味。

从对比结果来看，第一组做法几乎没有收集到产物；第二组做法得到一定量的产物；第三组做法收集到的产物的量最多。

【布置课后讨论题】

①为什么第一组做法几乎没有得到乙酸乙酯？

②第二组做法比第三组做法得到的乙酸乙酯的量明显少，试分析原因，并设计实验证明你的分析是正确的（欢迎大家到实验室进行实验）。

③你对酯化反应有哪些方面的认识？

请查阅相关资料后回答。

第二课时

【引入】回忆上节课的实验和课后讨论题。

问题①：

为什么第一组做法几乎没有得到乙酸乙酯？

【答】CH3COOH跟C2H5OH发生酯化反应是有机物分子间的反应，在不加浓硫酸时，即使在加热条件下，反应速率仍很慢，所以当混合物加热时，蒸气成分是CH3COOH和C2H5OH的蒸气，乙酸乙酯的蒸气极少甚至可以说没有，当然在Na2CO3溶液的液面上不会收集到乙酸乙酯。

由此可见，浓硫酸主要起催化作用，其次，因为制取乙酸乙酯的反应是可逆的，所以浓硫酸也能除去生成物中的水，有利于反应向生成物方向进行。

【板书】1、浓硫酸的作用：

催化剂；除去生成物中的水，使反应向生成物方向进行。

【师】在该反应中，为什么要强调加冰醋酸和无水乙醇，而不用他们的水溶液？

【生】因为冰醋酸与无水乙醇基本不含水，可以促使反应向生成酯的方向进行。

【师】在上一节的实验中，为了获取更多的乙酸乙酯，我们除了利用浓硫酸除去生成物中的水，促使反应向生成物方向进行外，还用到了其它什么方法促使反应向生成物方向进行？

【生】制取乙酸乙酯的实验同时还是一个简易的蒸馏装置，边反应边蒸馏，使生成物及时从反应体系中分离出去，也有利于试管内的反应向生成物方向进行。

问题②：

第二组做法比第三组做法得到的乙酸乙酯的量明显少，试分析原因，并设计实验证明你的分析是正确的。

【答】由于加入了催化剂浓硫酸，反应速率大大加快了。

加热时，蒸馏出的蒸气的成分是乙酸乙酯、乙醇和乙酸，冷凝成液体后收集在盛水的试管中，但乙酸和乙醇是溶于水的，乙酸乙酯作为有机物，又易溶于乙酸和乙醇这样的有机溶剂中，所以必然有部分乙酸乙酯溶在乙酸和乙醇的水溶液中，因而收集量减少；但试管中如果盛放Na2CO3溶液，可以除去乙酸，溶解乙醇，减少乙酸乙酯在溶液中的溶解量，提高收集效率，并提高乙酸乙酯的纯度，因而收集量要多。

【板书】2、饱和碳酸钠溶液可以除去乙酸，溶解乙醇，减少乙酸乙酯在溶液中的溶解量。

【实验证明】取等浓度、等体积的乙酸（或乙醇）溶液和碳酸钠溶液，分别盛放于两支试管中，再分别加入等体积乙酸乙酯，振荡后静置，结果是盛乙酸（或乙醇）溶液的试管中的乙酸乙酯变少，另一个几乎无变化。

（需要注意的是，在此，学生往往会提出乙醇没有与Na2CO3反应的问题，更进一步的解释应是“冷凝液中的乙酸被Na2CO3中和生成CH3COONa，CH3COONa和溶液中大量的Na2CO3都属于离子化合物，增强了溶剂的极性，降低了乙酸乙酯在溶液中的溶解量”。

但考虑到分子的极性和相似相溶原理在选修3《物质结构与性质》中才学习到，因此暂不宜引申）

问题③：

你对酯化反应有哪些方面的认识？

【答】酯化反应是指酸跟醇反应生成酯和水的反应（与将来在选修5中要讲到的醇跟氢卤酸的反应相区别）。

【板书】3、酯化反应：

酸跟醇反应生成酯和水的反应。

【设疑】在上述反应中，生成水的氧原子由乙酸的羟基提供，还是由乙醇的羟基提供？

用什么方法可以证明呢？

【分析】脱水有两种情况，

（1）酸脱羟基醇脱氢；

（2）醇脱羟基酸脱氢。

在化学上为了辨明反应历程，常用同位素示踪法。

即把某些分不清的原子做上记号，类似于侦察上的跟踪追击。

事实上，科学家把乙醇分子中的氧原子换成放射性同位素18O，结果检测到只有生成的乙酸乙酯中才有18O，说明脱水情况为第一种，即乙酸与乙醇在浓硫酸作用下发生酯化反应的机理是“酸脱羟基醇脱氢”。

放射性同位素示踪法可用于研究化学反应机理，是匈牙利科学家海维西（G.Hevesy）首先使用的，他因此获得1943年诺贝尔化学奖。

【板书】反应机理：

酸脱羟基醇脱氢

【动画演示】用3D动画演示乙酸与乙醇发生酯化反应的过程，使学生加深对反应机理的认识。

【师】还记得我们在讲酯化反应的开始提到的问题吗？

为什么“酒是越陈越香”？

请大家结合所学过的醇和酸的知识做出解释。

【生】酒在放置过程中，其中的乙醇有部分逐渐转化为乙酸，乙酸和乙醇缓慢反应生成了具有香味的乙酸乙酯。

【师】很多鲜花和水果的香味都来自酯的混合物。

现在还可能通过人工方法合成各种酯，用作各种饮料、糖果、香水、化妆品等的香料。

【小结】略

【作业布置】略

【板书设计】乙酸的酯化反应

1.浓硫酸的作用：

催化剂；除去生成物中的水，使反应向生成物方向进行。

2.饱和碳酸钠溶液可以除去乙酸，溶解乙醇，减少乙酸乙酯在溶液中的溶解量。

3.酯化反应：

酸跟醇反应生成酯和水的反应。

反应机理：

酸脱羟基醇脱氢