高中化学 12《电能转化为化学能电解》教案 鲁科版选修4.docx

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高中化学12《电能转化为化学能电解》教案鲁科版选修4

2019-2020年高中化学1.2《电能转化为化学能—电解》教案鲁科版选修4

知识与能力：

1.通过对熔融氯化钠电解体系的分析，使学生掌握电解、电解池概念，清晰地建立起电极反应的概念并能够正确地判断阴极和阳极；

2.通过运用电解的原理分析食盐水的电解、铜的电解精练，了解这些较复杂体系中所发生的反应以及电解的实用价值；

3.通过学习电镀的内容，使学生了解具有一定特殊性的、另一种电解原理的应用方法，并进一步体会电解对人类社会的重要贡献；

4.通过活动探究，提高学生的实验能力和分析能力；

5.从能量的角度理解化学科学的重要性。

过程与方法：

采用问题驱动的方法，经联想质疑中熟知的反应切入提出问题，将学生引入本节学习；以已知离子在电场中的定向移动为起点，从而分析具体反应中阴阳离子的移向，在渐进的学习中明白电解、电解池，并学会书写电极反应式；在电解原理的应用中，要让学生明白规律是有条件限制的。

情感、态度与价值观：

进一步体会化学的魅力，激发对学习的兴趣；了解方法的重要意义，明白将来实现的重要价值。

教学重点：

电解原理、电极反应

教学难点：

阴极和阳极以及电极反应的概念、正确书写电极反应式

课时安排：

共5课时（新课3课时，复习练习2课时）

教学过程：

（第一课时）

【联想•质疑】已知金属钠与氯气反应的热化学方程式：

2Na（s）+Cl2=2NaCl（s）△H=—822.3kJ•mol—1如果要真个反应反方向进行，则需要外界提供能量，那么大家想一想我们可以采用什么样的外界能量。

【学生】电能。

【提问】那么这样的反应是什么能转化为什么能？

【学生】电能转化为化学能

【教师】对，电能转化为化学能的一中重要方法就是电解，下面我们就来学习电解。

首先我们来以电解熔融NaCl了解一下电解的原理

【板书】一、电解的原理

【阅读交流】

1）、通电前，熔融氯化钠中存在哪些离子？

这些离子的运动情况怎样？

2）、通电后，外电路上的电流方向怎样？

3）、接通电源后，熔融氯化钠中Na+、Cl-各向那个方向运动？

4）、移到两极表面的Na+、Cl-将发生什么变化？

电解熔融NaCl

【讲解】在熔融NaCl中，存在自由移动的Na+和Cl-，做杂乱无章的运动。

通电后，电子由电源的负极流出，聚集到铁电极上。

由于正负电荷相互吸引，Na+要移向铁电极，做定向移动。

Na+在铁电极上得到电子，Na++e-=Na，发生还原反应。

电子要流向正极，那么石墨电极上哪来的电子？

【学生】思考，回答

【讲解】对，Cl-要移到石墨电极上，失去电子，2Cl-—2e-=Cl2↑，发生氧化反应。

为了维持电流，Cl-要不断地失去电子，不断地定向移动到石墨电极上。

这样在通电的情况下NaCl就分解成了Na和Cl2，电能就转化为化学能储存在Na和Cl2里面了。

这个过程就称之为电解。

下面我们看看有关电解的几个概念。

【板书】

（一）概念

1、电解：

【讲解】能够发生电解的装置叫电解池

【板书】2、电解池：

【提问】大家结合电解熔融NaCl的例子，说说构成电解池的条件有哪些？

【学生】回答

【板书】3、构成电解池的条件：

（1）外加直流电源

（2）两个固体电极

【讲解】这两个电极分别叫着阴、阳极，我们来看看阴阳极是怎么定义的？

【学生】阅读回答。

【讲解】结合电解熔融NaCl的例子讲解。

【板书】阴极：

发生还原反应的电极。

判断阴极的方法

与电源“+”相连的电极，

得到电子的电极，

阳离子移到的电极。

阳极：

发生氧化反应的电极。

判断阳极的方法

与电源“—”相连的电极，

失去电子的电极，

阴离子移到的电极。

（3）电解质溶液或熔融电解质

（4）构成闭合的电路

【练习】1.分析下图，属于电解池的有（③⑥）

2.下列说法正确的是（①④）

①电解是把电能转变成化学能；②电解是化学能转变成电能；

③电解质溶液导电是化学变化；

④任何电解过程，必将导致氧化还原反应的发生；

【过渡】如果随便给你一个电解池，你怎么来判断电极的产物和每个电极上所发生的反应呢？

下面我们就来讲讲这个问题。

【板书】

（二）电极产物的判断和电极方程式的书写

【讲解】要讲这个问题，首先我们得明白什么是电极反应，大家阅读课本了解一下。

【板书】1、电极反应：

【举例】2、电解熔融NaCl

电荷要守恒

【板书】阴极：

2Na++2e-=2Na

阳极：

2Cl-—2e-=Cl2↑

总方程式：

2Na++2Cl-2Na+Cl2↑（离子方程式）

2NaCl2Na+Cl2↑（化学方程式）

【举例】电解CuCl2的电极反应的书写。

电解CuCl2溶液

【讲解】对于电极方程式的书写有个一般步骤：

【板书】

（1）明确电解液中存在的离子

【提问】CuCl2溶液中存在哪些自由移动的离子？

【学生】回答

【过渡】对于阳离子，到底是Cu2+先得到电子，还是H+先得到电子呢？

这就涉及到离子的放电顺序的问题了，大家阅读课本，了解以下离子的放电顺序。

【学生】阅读课本。

【板书】

（2）是哪些离子得失电子

放电顺序：

阴极：

阳离子得电子顺序：

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

阳极：

阴离子失电子顺序：

活性电极﹥阴离子。

即：

Cu>Hg>Ag>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>（NO3－、SO42－含氧酸根）>F-

【讲解】那么大家根据放电顺序写出该电解的阴阳两极的电极方程式。

【练习】1.书写用石墨做电极电解硫酸的电极方程式和电解池方程式。

2.用惰性电解Fe2（SO4）3和Cu（NO3）2的混合溶液，写出电解的电极方程式。

【作业】用石墨做电极，电解H2SO4溶液NaSO4溶液NaOH溶液HgCl2溶液CuSO4溶液KI溶液,分别写出电解的电极方程式和总方程式。

为下节课讲电解的几种类型作铺垫！

【板书设计】

一、电解的原理

（一）概念

1、电解：

2、电解池：

3、构成电解池的条件：

（1）外加直流电源

（2）两个固体电极

阴极：

发生还原反应的电极。

判断阴极的方法

与电源“+”相连的电极，

得到电子的电极，

阳离子移到的电极。

阳极：

发生氧化反应的电极。

判断阳极的方法

与电源“—”相连的电极，

失去电子的电极，

阴离子移到的电极。

（3）电解质溶液或熔融电解质

（4）构成闭合的电路

（二）电极产物的判断和电极方程式的书写

阴极：

2Na++2e-=2Na

阳极：

2Cl-—2e-=Cl2↑

总方程式：

2Na++2Cl-2Na+Cl2↑（离子方程式）

2NaCl2Na+Cl2↑（化学方程式）

（1）明确电解液中存在的离子

（2）是哪些离子得失电子

放电顺序：

阴极：

阳离子得电子顺序：

Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

阳极：

阴离子失电子顺序：

活性电极﹥阴离子。

即：

Cu>Hg>Ag>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>（NO3－、SO42－含氧酸根）

（第二课时）

【复习提问】

1、什么叫电解？

2、什么叫电解池？

3、判断阴、阳极的方法有哪些？

4.以石墨作电极分别电解下列溶液，在阴极不能得到氢气的是（B）

A.Na2SO4B.AgNO3C.NaClD.NaOH

【讲解】电解的几种类型

（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；

（2）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；

（3）电解不活泼金属的含氧酸盐，放氧生酸型；

（4）电解活泼金属（K/Ca/Na）的无氧酸盐，放氢生碱型；

【板书】二、电解原理的应用

电解的类型：

1.电解水型

2.分解电解质型

3.放氧生酸型

4.放氢生碱型

【过渡】下面我们结合几个例子看看电解原理的应用

（一）电解食盐水

【预习提示】1、预测电解食盐水的现象是有哪些？

2、电解食盐水的产物是什么？

3、在电解食盐水时，溶液中各离子的移向何极？

4、在电解食盐水的过程中，溶液的PH值如何变化？

【学生】预习后回答

【视频】电解食盐水

【讲解并板书】现象：

电流流向：

电子流向：

阴阳极反应方程式（滴加酚酞红，红色先出现在哪？

）：

阴极：

2H++2e-→H2↑阳极：

2Cl-→Cl2↑+2e-

总方程式（阴极产物，阳极产物各是什么？

）：

总反应式：

2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑（条件:

通电）

溶液PH值变化：

【学生】预习氯碱工业

【讲解】氯碱工业示意图及阳离子交换膜的两个优点。

【讲解】在电解过程中，由于阴极区OH浓度变小，水的电离平衡向生成H和OH的方向移动，随着H不断变为氢原子并最终形成氢气逸出，使阴极区溶液中的OH越来越多。

用隔膜就可以阻止OH移向阳极，则使氢氧化钠可以在阴极附近的溶液中富集，由阴极溶液可以得到烧碱。

还可以得到另外两种重要的化工产品—氯气和氢气。

【指导学生阅读资料在线】水的电离和离子放电顺序

【强调】离子放电顺序是对在一定条件下，离子并不都能在电极上发生反应。

而且所给的离子放电顺序是一定条件下的经验规律，不同的实验条件会存在不同的顺序，规律是有条件限制的。

【阅读】工业电解食盐水制备烧碱

【课堂练习】练习册P131、2、4、13

【作业】P181

【板书设计】

二、电解原理的应用

电解的类型：

5.电解水型

6.分解电解质型

7.放氧生酸型

8.放氢生碱型

（一）电解食盐水

现象：

电流流向：

电子流向：

阴阳极反应方程式（滴加酚酞红，红色先出现在哪？

）：

阴极：

2H++2e-→H2↑阳极：

2Cl-→Cl2↑+2e-

总方程式（阴极产物，阳极产物各是什么？

）：

总反应式：

2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑（条件:

通电）

溶液PH值变化：

（第三课时）

【知识回顾】上节课我们学习了哪些知识点？

【学生】

【预习提示】1、在铜的电解精练中，阴阳极材料各是什么？

能不能换成其他的材料？

2、对电解质溶液是有什么要求？

3、阴阳极反应方程式是什么？

4、可以得到什么副产物？

【学生】预习后回答

【板书】

（二）铜的电解精练

【视频】铜的电解精练

【讲解并板书】现象：

电流流向：

电子流向：

阴阳极反应方程式：

阴极：

Cu2++2e-→Cu阳极：

Cu→Cu2+＋2e-

电解的副产物

（三）电镀

【预习提示】【讲解】一件表面镀有其他金属的制品，我们可以把它的结构大致分为两大部分：

镀件和镀层金属。

那么这个镀层金属是这么镀在这个镀件上的呢？

这节课我们就来看看这个问题。

【活动探究】在铁钉上镀铜

【板书】电镀：

是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。

注意点:

①电极：

阴极——镀件（待镀金属制品）阳极——镀层金属或惰性电极

②电镀液：

含有镀层金属离子的电解质溶液。

【投影小结】电解池、电解精练池、电镀池的比较

电解池

电解精练池

电镀池

定义

将电能转变成化学能的装置

应用电解原理将不纯的金属提纯的装置

应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属的装置

形成条件

①两电解接直流电源

②电极插入电解质溶液或熔融电解质中

③形成闭合回路

①不纯金属接电源正极，纯的金属接电源负极

②电解质溶液须待提纯金属的离子

①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极

②电镀液须含有镀层金属的离子

电极名称

阳极：

电源正极相连

阴极：

电源负极相连

阳极：

不纯金属

阴极：

纯金属

阳极：

镀层金属

阴极：

镀件

电极反应

阳极：

氧化反应

阴极：

还原反应

【投影练习】

1.

（1）a、b哪一极为正极？

（2）若要给铁叉镀锌，a极选用什么材料？

选择何种溶液？

（3）若要给铁叉镀金，a极选用什么材料？

选择何种溶液？

2.工业上采用Fe、C为电极电解K2MnO4溶液制KMnO4

（1）电解时,应以作阴极，电解过程中

阴极附近溶液pH将会,

（2）阳极反应式为，

（3）总电解反应式为.

答案:

Fe增大MnO42——e-=MnO4—2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+2KOH+H2↑

【讲解】

例一：

铂电极电解1LCu（NO3）2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L（S.T.P）气体.求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的量.

解析：

阳极4OH--4e-=2H2O+O2↑

阴极Cu2++2e-=Cu↓2H++2e-=H2↑

阳极转移电子的物质的量为:

0.5×4=2mol,消耗4OH-2mol,即产生H+2mol.

阴极生成0.5molH2,消耗H+1mol;所以溶液中C（H+）=1mol/LpH=0

生成H2转移的电子:

0.5×2=1mol,故还有1mole-用于还原Cu2+,可析出铜为0.5mol.

【练习】1.用石墨电极电解100mLH2SO4与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（）

A.1mol/LB.2mol/LC.3mol/LD.4mol/L

2.某硝酸盐晶体化学式为M（NO3）x·nH2O，式量为242，将1.21g该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性电极进行电解。

当有0.01mol电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。

求：

①金属M的相对原子质量及x、n值；

②电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL）。

Mx++xe-=M

0.005mol0.01mol0.32g

所以：

x=2；Ar（M）=64；n=3产生H+为0.01mol，pH=1

3.右图中x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无臭气体放出,符合这一情况的

4.根据金属活动顺序表，Cu不能发生如下反应：

Cu+2H2O=Cu（OH）2↓+H2↑。

但选择恰当电极材料和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。

下列四种电极材料和电解液中，能实现该反应最为恰当的是

A

B

C

D

阳极

石墨

Cu

Cu

Cu

阴极

石墨

石墨

Fe

Pt

电解液

CuSO4溶液

Na2SO4溶液

H2SO4溶液

H2O

5.按下图的装置进行电解实验：

A极是铜锌合金，B极

为纯铜，

电解质中含有足量的铜离子。

通电一段时间后，若A极恰好

全部溶解，此时B极质量增加7.68克，溶液质量增加0.03

克，A合金中Cu、Zn原子个数比为

A4︰1B3︰1C2︰1D任意比

【板书设计】

（二）铜的电解精练

现象：

电流流向：

电子流向：

阴阳极反应方程式：

阴极：

Cu2++2e-→Cu阳极：

Cu→Cu2+＋2e-

电解的副产物

（三）电镀

电镀：

是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。

注意点:

①电极：

阴极——镀件（待镀金属制品）阳极——镀层金属或惰性电极

②电镀液：

含有镀层金属离子的电解质溶液。

三、电解池、电解精练池、电镀池的比较

【作业】P182

【教学反思】

（第四课时）

【知识总结】

【典例精析】

【例1】如右图是电解CuCl2溶液的装置，其中

c、d石墨电极，则下列有关判断正确的是（C）

A.a为负极，b为正极

B.a为阳极，b为阴极

电极的放电顺序

C.电解过程中，d电极质量增加

D.电解过程中，Cl-物质的量浓度不变

【解析】依据电流方向，可推出a为电源正极，b为负极，则c是电解池的阳极，Cl－失电子转化为Cl2；d是电解池的阴极，产生Cu，d电极质量会增加。

【例2】.用石墨电极持续电解下列溶液（电流强度不变），阳极上产生气体的的量可能发生如下图所示变化的是（D）

A.KI溶液B.Na2SO4溶液

C.CuSO4溶液D.NaCl溶液

【解析】电解KI溶液时，I－优先在阳极失去电子生成I2，起初没有气体放出。

电解Na2SO4溶液相当于电解水，在阳极生成氧气，图象中不可能出现拐点。

电解CuSO4溶液时，一直是OH－在阳极失去电子生成O2，图象中同样不可能出现拐点。

电解NaCl溶液时，Cl－优先在阳极失去电子生成Cl2，当

Cl－消耗完时，转换为OH－放电而生成O2，每转移1mol电子，可生成0.5molCl2，但只能生成0.25molO2，也就是说，前半段斜率较大，后半段斜率较小，与图象完全吻合。

【例3】.有X、Y、Z、M四种金属，已知：

X可以从Y的盐溶液中置换出Y；X和Z组成原电池时，Z为正极；Y和Z的离子共存于电解液中，Y离子先放电；M的离子氧化性强于Y的离子。

则这四种金属的活动性由强到弱的顺序是（D）

A.X>Y>Z>MB.X>Z>M>YC.M>Z>X>YD.X>Z>Y>M

【解析】X可以置换出Y，说明金属活动性X>Y；X和Z作原电池电极时，Z为正极，说明金属活动性X>Z；Y和Z的离子共存，Y离子先放电，说明金属活动性Z>Y；M的离子氧化性强于Y的离子，说明金属活动性MZ>Y>M。

【例4】.用指定材料做阳极和阴极来电解一定物质的量浓度的溶液甲，然后加入物质乙能使溶液复原。

则合适的组合是（B）

阳极

阴极

溶液甲

物质乙

A.Pt

Pt

NaOH

NaOH固体

B.Pt

Pt

H2SO4

H2O

C.C

Pt

NaCl

盐酸

D.粗铜

精铜

CuSO4

Cu（OH）2

【解析】电解NaOH、H2SO4溶液，都是电解水，所以加水就可以复原，A错误；B正确；电解NaCl溶液后应加入氯化氢使之复原，如果加盐酸，会使NaCl溶液物质的量浓度减小，C错误；D选项，阳极：

Cu-2e－→Cu2＋，阴极Cu2＋＋2e－→Cu，电解质溶液物质的量浓度没变，不用加任何物质。

【例5】某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。

通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（B）

A.a为正极，b为负极：

NaClO和NaCl

B.a为负极，b为正极：

NaClO和NaCl

C.a为阳极，b为阴极：

HClO和NaCl

D.a为阴极，b为阳极：

HClO和NaCl

【解析】用石墨作电极时，在阳极上应是Cl－放电，2Cl－－2e－→Cl2，在阴极上是水电离出的H＋放电，2H＋＋2e－→H2，水电离出的H＋消耗后，产生的OH－与Cl2反应产生ClO－，则消毒液为NaClO和NaCl，如果Cl2在上端产生，则Cl2直接向外排出，不能与OH－反应，故Cl2应在下端产生，即b为电源的正极，与之相连的碳棒为阳极。

【练习讲评】

【题1】下图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。

通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。

下列实验现象中正确的是（D）

Na2SO4溶液

A.逸出气体的体积，a电极的小于b电极的

B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体

C.a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色

D.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色

【解析】电解硫酸钠实质上只电解水。

根据阳失氧、阴得还，可知阴极（a电极）产生氢气，阳极（b电极）产生氧气，所以a电极附近富集着氢氧根离子，使石蕊呈蓝色，4H2O+4e－→2H2↑+4OH－；而b电极附近发生2H2O－4e－→O2↑+4H+而使石蕊呈红色。

【题2】下列关于电解池中形成的闭合回路的叙述中，正确的是（D）

A.电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的

B.金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阳极，从电解池的阴极流向电源的正极

C.在电解质溶液中，阴离子向阴极运动，阳离子向阳极运动

D.相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相同

【解析】在电解池中，导线和电极上是由电子的定向移动，而溶液中则靠离子的定向移动，才使整个电解池形成一个闭合回路；导线中电子的方向与电流方向相反，故电子从电解池的阳极流向电源的正极，从电源的负极流向电解池的阴极；电解质溶液中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动；不论如何，两极上转移的电子数总是相等的。

【题3】下列叙述中不正确的是（D）

A.电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应

B.不能自发进行的氧化还原反应可通过电解实现

C.电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应

D.电解饱和食盐水时，阳极得到NaOH溶液和氢气

【解析】电解饱和食盐水时，在阳极得到氯气，在阴极得到氢气和NaOH溶液。

【题4】用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解质溶液的pH下降的是（B）

A.CuCl2溶液B.AgNO3溶液C.BaCl2溶液D.H2SO4溶液

【解析】4AgNO3＋2H2O==4Ag+O2↑+4HNO3阴极产物为Ag，阳极产物为氧气和氢氧化钠。

【题5】电解溶液时，如果阴极上有1.6g铜析出，则阳极上产生气体的体积（标准状况）约为（A）

A.0.28LB.0.56LC.014LD.11.2L

【解析】本题首先要判断阳极上产生什么气体，依据阳失氧，阴得还，可推知阳极上产生的气体是氧气，从电子转移的角度可知电子转移0.05mol，故氧气有028L。

【题6】用含少量银和锌的粗铜做阳极，纯铜片做阴极，CuSO4溶液做电解液，电解一段时间后，阳极质量减少了xg，则（D）

A.电解液质量增加xgB.阴极质量增加xg

C.阴极质量增加ag，a>xD.阴极质量增加bg，b

【解析】电极反应式为：

阳极：

Zn→Zn2++2e－Cu→Cu2++2e－

阴极：

Cu2++2e－→Cu，故阳极失去的质量大于阴极增加的质量，使溶液质量增加，但增加值小于x。

【题7】当用铜做电极电解CuSO4溶液时，在阴极的产物是（A）

A.铜B.铜和氧气C.氧气D.氢气

【解析】本题相当于在铜上镀铜，与电解质溶液无关，也就是阳极铜减少，阴极铜增加。

【题8】下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是（C）

A.粗铜极做阳极

B.电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为Cu2++2e－→Cu

C.粗铜中所含Ni、Fe、Zn等金属杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥D.电解铜的纯度可达99.95%~99.98%

【解析】Ni、Fe、Zn等金属的金属性比Cu强，在阳极首先是金属性强的金属失电子，故Ni、Fe、Zn应变为对应阳离子进入溶液。

【题9】海水提镁的最后一步是将氯化镁电解获取金属镁，下列有关该电解过程的叙述中，正确的是（BC）

A.两个电极必须都用惰性电极

B.阳极必须用惰性电极，阴极可以是惰性电极；也可以是金