化学能与电能的转化.docx

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化学能与电能的转化

化学能与电能的转化

化学能与电能的转化（第三课时）

台州一中范永钊

省新课程指导意见：

基本要求：

通过对电解CuCl2溶液的实验探究，认识电能转化为化学能的装置，初步认识电解反应原理，并能正确书写电极反应式。

发展要求：

认识电解原理在电解饱和食盐水、电解氧化铝、电镀和铜的电解精炼中的应用，了解可用电解法制备一些活泼金属和非金属单质。

说明：

对电解反应中离子在电极上的放电顺序不作要求。

先行组织材料

1、电解质是指在_____________能够导电的_______________。

2、电离是指电解质_____________或__________状态下离解成____________过程。

3、下列哪些物质能发生电离

硫酸、蔗糖、水、氯化铜、食盐

4、写出下列物质电离的化学方程式

CaCl2CuSO4

CH3COOHNaOH

5、物质得到电子的反应叫（氧化反应、还原反应），物质失去电子的反应叫_______________（氧化反应、还原反应）。

6、、下列离子的氧化性由强到弱顺序为

Na＋、Cu2＋、H＋、Mg2+、Ag＋、Pb2＋

。

下列离子的还原性由强的弱顺序为

Cu、Mg、Br－、S2-、I－、OH－

。

7、氢气和氧气反应生成。

反应物的能量高还是生成物的能量高？

该反应是放热反应还是吸热反应？

水在通电条件下生成。

反应物的能量高还是生成物的能量高？

该反应是吸收能量还是放出能量？

8、

（1）原电池由_________________组成。

较活泼的金属是_____极，较不活泼的金属（或能导电的非金属）是_______极。

（2）原电池是把______能转化为________能的装置。

8、铜片、锌片和稀硫酸组成的原电池，正极是，负极是。

正极反应，负极反应。

伏打电池和水的电解

　　在电化学发展历史中的第一个发明是利用电流分解水。

1800年3月，英国伦敦皇家学会会长接到伏打关于发明了电堆的信件后，便把这封信给了他的好朋友，英国化学家尼科尔森（Nicholson,W.1753-1815）和卡里斯尔（Carlisle,A.1768-1840），并在皇家学会上公开宣读了。

尼科尔森和卡里斯特尔立即着手利用伏打电池进行施电流于水的试验。

他们的电堆是利用36枚英国半克朗（Crown）银币及一些锌片和硬纸片，用白金箔丝做电极和导线。

当电极导线和电堆两极接触时，两极上都有气体逸出，他们用排水集气法加以收集。

这样电解了13小时，他们才得到1.1立方米的气体。

与电堆负极相连的铂电极上产生的气体的体积恰好为另一铂电极上逸出气体的二倍。

经鉴定，证明这两种气体分别是氢气和氧气，它们的体积比和氢气、氧气合成水时一致。

他们的文章《利用电池电解水》1800年发表后，这一消息立即轰动了科学界。

水的电解和氢、氧化合成水，这两个科学事实完全证实了水是氢和氧的化合物的正确论断，在化学史上有重要意义。

在1800年以后几年内，化学家们利用伏打电堆研究了许多电化学问题，如电解水时水中为什么产生出酸和碱，一些金属盐类水溶液电解时产生的现象及其原因等；英国化学家戴维（Davy,H.1778-1829）并于1807-1808年通过电解法发现了元素钾、钠、钙、锶、钡和镁。

由此可见，伏打电池的发明（以及电解水的成功）对于化学的发展确实具有深远的重要意义。

你能解析上述科学事实吗？

电能转化为化学能（教案）

知识目标：

通过电能转化为化学能的实例——电解和电镀的教学活动，了解电解和电镀的重要应用。

能力目标：

培养观察能力、思维能力（分析能力、综合能力、比较能力）

性感目标：

（1）培养学生参与教与学活动的积极性和主动性；

（2）认识化学学科价值，增强学习化学的动机；

教学重点：

电解原理及阴、阳极发生的电极反应式的书写。

教学难点：

阴、阳极发生的电极反应式的书写。

教学策略：

先行组织者策略

教学方法：

谈话法

教学手段：

实验、多媒体

学法指导：

提出问题，分析问题，建构理论，解析问题，应用检验

【教学过程】

〔新课引入〕在日常生活和生产实践中，许多化学反应是通过电解的方法来实现的。

如电解水制得氢气和氧气；电解食盐水制得烧碱、氯气和氢气；等等。

〔板书〕电能转化为化学能

〔学生活动〕完成课本P41你知道吗？

〔师生互动〕

实例

被电解物质

电解产物

化学方程式

电解水

H2O

H2、O2

2H2O

2H2↑+O2↑

电解食盐水

NaCl、H2O

NaOH、H2、Cl2

2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑

电解熔融氯化钠

NaCl

Na、Cl2

2NaCl

2Na+Cl2↑

电解熔融氧化铝

Al2O3

Al、O2

2Al2O3

4Al+3O2↑

〔设疑〕我们已经知道，在原电池反应中，化学能转化成电能。

例如，在氢氧燃烧电池中，氢气和氧气燃烧生成水的化学能直接转化为电能。

那么，水在通电条件下怎样转化成氢气和氧气。

1、氢气和氧气燃烧生成水，水通电生成氢气和氧气，这两个反应是否为可逆反应？

2、通电前水中存在哪些离子？

如何运动？

3、通电时这些粒子又如何运动？

为什么？

〔师生互动〕联系可逆反应的条件、水的电离、电场力等知识回答，教师板演、小结。

追问：

1、阴极和阳极分别连接电源的哪一极？

2、在电解水实验中，H+在阴极怎样变成H2？

3、在电解水实验中，OH－在阳极怎样变成O2？

4、写出阳极、阴极的电极反应方程式。

5、写出电解水的总化学方程式。

6、反应物的能量与生成物的能量哪一种高？

为什么？

7、通电过程中消耗了电能，电能转化成哪一种能量？

〔师生互动〕结合电性规则、物质的活泼性、能量守恒等知识回答，教师板演小结。

多媒体演示：

水在通电过程中微粒运动变化的过程。

练习、以电解水为例，写出电解熔融氯化钠、熔融氯化镁、熔融氧化铝的电极反应式和化学方程式。

1、电解熔融氯化钠

（1）电极反应

阴极：

2Na++2e-=2Na

阳极：

2Cl--2e-=Cl2↑

（2）电解总的化学方程式

2NaCl（熔融）

2Na+Cl2↑

2、电解熔融氯化镁

（1）电极反应

阴极：

Mg2++2e-=Mg

阳极：

2Cl--2e-=Cl2↑

（2）电解总的化学方程式

MgCl2（熔融）

Mg+Cl2↑

3、电解熔融氧化铝

（1）电极反应

阴极：

4Al3++12e-=4Al

阳极：

6O2-+12e-=3O2↑

（2）电解总的化学方程式

2Al2O3（熔融）=4Al+3O2↑

〔板书〕电解：

电解质溶液在通电条件下，阴、阳两极发生氧化还原反应的过程。

电解池：

通电条件下发生氧化还原反应的装置；把电能转化成化学能的装置。

〔设疑〕：

如果在水中加入CuCl2固体并搅拌使其溶解，再通直流电，产物又是什么呢？

演示实验：

用石墨电极电解氯化铜溶液

回答以下问题。

1、通电前氯化铜溶液中存在哪些离子？

如何运动？

2、通电前和通电时溶液中离子运动有何不同？

3、写出电极反应方程式和总化学方程式。

4、H＋和Cu2+都在阴极附近，为什么是Cu2+得电子而不是H＋得电子？

5、OH－和Cl－都在阳极附近，为什么是Cl－得电子而不是OH－得电子？

〔师生互动〕联系电离、电性规则、氧化性顺序、还原性顺序等知识回答。

多媒体演示：

电解CuCl2溶液（因为已有实验可以不演示）

练习、以电解氯化铜溶液为例，写出电解饱和食盐水的电极反应式和化学方程式。

电解食盐水——氯碱工业

（1）电极反应

阴极：

2H++2e-=H2↑

阳极：

2Cl-+2e-=Cl2↑

（2）电解总的化学方程式和离子方程式

化学方程式：

2H2O+2NaCl

2NaOH+H2↑+Cl2↑

离子方程式：

2H2O+2Cl-

2OH-+H2↑+Cl2↑

〔设疑〕：

1、构成电解池的条件是什么？

2、阳极发生什么反应（氧化，还原）？

阴极发生什么反应（氧化，还原）？

3、结合CuCl2溶液的电解，试分析阴、阳离子的放电顺序？

小结〔板书〕

一、基本概念

1、电解池：

将电能转化为化学能的装置叫电解池。

2、电解原理：

使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。

3、电极名称：

阴极：

与电源负极相连的电极称为阴极，发生还原反应。

阳极：

与电源正极相连的电极称为阳极，发生氧化反应。

〔设疑〕以上都是以惰性电极（石墨或铂）作阳极材料，如果阳极材料是非惰性电极，那么情况会怎样呢？

二、电解原理的应用

1、铜的电解精练

〔教师活动〕

1以铜为材料做的电极属于活性电极。

在一般的电解条件下，活性阳极先于电解质溶液中的成分发生氧化反应。

阳极（粗铜）：

Cu－2e－＝Cu2＋，阴极（纯铜）：

Cu2＋＋2e－＝Cu

②粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时失去电子，如：

Zn－2e－＝Zn2＋，Ni－2e－＝Ni2＋

　　但是它们的阳离子比铜离子难以还原，所以它们并不在阴极获得电子析出，而只是留在电解液里。

而位于金属活动性顺序铜之后的银、金等杂质，因为给出电子的能量比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，当阳极上的铜失去电子变成离子溶解之后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥（阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料）。

③用电解精炼法所得到的铜叫做电解铜，它的纯度可达到99.95%～99.98%。

2、电镀

电镀的原理与电解精炼铜的原理是一致的。

电镀时，一般都是用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液；把待镀金属制品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极；用镀层金属作为阳极，与直流电源正极相连。

通入低压直流电，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，这些离子在阴极获得电子被还原成金属，覆盖在需要电镀的金属制品上。

四、简介溶液中阴、阳离子的放电（失、得电子）顺序

1、阳离子的放电顺序：

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

2、阴离子的放电顺序：

M＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH->含氧酸根

〔学生活动〕（小结）：

原电池和电解池的比较

电极名称

电极反应

能量转化形式

原电池

电解池

巩固练习：

1、在做电解水实验时，通常在水中加入NaOH或H2SO4，为什么？

分析水的电解产物有没有变化。

2、试画出用石墨电极电解CuSO4溶液的装置，写出电极反应方程式和电解反应总方程式。

3、比较金属导电和电解质溶液导电的区别。

4、比较电解和电离

电离

电解

条件

过程

特点

联系

5、比较原电池和电解池

原电池

电解池

装置名称

电极名称

电极反应

总反应方程式

反应现象

能量转化