电解池教学设计.docx

电解池教学设计.docx

《电解池教学设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电解池教学设计.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电解池教学设计

第三节电解池

一、教材分析

本节课是人教版高中化学选修4《化学反应原理》中第四章电化学基础第三节电解池的第1课时。

本章着重研究化学反应与电能的关系。

电解池是将理论与实际相联系的实体，通过电解实验引出电解原理，又在理解电解原理的基础上介绍相关化工生产方面的应用。

通过学习帮助学生了解电能转化为化学能的条件和方法，加深对氧化还原反应的认识，提高辩证思维能力，同时帮助学生牢固树立理论联系实际的学风。

电解池是借助于电能，使不能自发进行的氧化还原反应能够发生，从而使电能转化为化学能的装置。

它的应用相当广泛，由此形成的工业也很多，如电镀、电解、电冶金、电池充电等。

本节课是学生学习“原电池”知识后的自然延伸，为后续学习电化学知识在生产生活和科研中的重要作用打好理论基础。

二、教学目标

1、知识与技能

（1）认识电解概念，辨别电解池与原电池；

（2）了解电解池的工作原理。

2、过程与方法

（1）动手实验，体验电能与化学能转化的探究过程；

（2）应用实验、观察等手段获取信息，应用分析、推理、归纳、概括等方法加工信息。

3、情感态度价值观

（1）分组实验与讨论，体会小组合作学习的乐趣，培养团结协作的精神；

（2）通过探究实验的操作，现象的观察、记录和分析，感受实验方法在化学研究中的重要作用，体验科学研究的严谨与艰辛。

三、教学重点

（1）理解电解原理和以电解CuCl2溶液为例得出惰性电极作阳极时的电解的一般规律。

（2）电解池的工作原理。

四、教学难点

（1）理解电解原理，非惰性电极作阳极对电解产物的判断，电解原理的应用。

（2）电解池的工作原理。

五、教学方法

情景创设确定问题——自主学习解决问题——小组协作知识应用——课下探究知识延伸

六、课时安排

2课时

七、教学过程

第一课时电解原理

教学内容

教学活动

［复习］在前面我们已经学习了原电池的知识，谁能举例说明原电池是怎样的能量转化装置？

［学生讨论］学生讨论后回答：

原电池是把化学能转变成电能的装置。

［引入］1799年，当意大利人发明了最原始的电池---伏打电池之后，许多科学家对电产生了浓厚的兴趣，电给世界带来了太多的不可思议，好奇心驱使着人们去进行各种尝试，想看看它还能否出现什么奇特的现象。

1807年，当英国化学家载维将铂电极插入熔融的氢氧化钾并接通直流电源时，奇迹终于产生了，在阴极附近产生一种银白色的金属，随即形成紫色的火焰。

这就是发现钾元素的主要过程，当时在社会上引起了轰动。

他随后用电解法又相继发现了钠、钙、锶、钡、镁、硼、硅等元素，戴维成为发现化学元素最多的。

这其中的奥妙是什么呢？

电解时，物质的变化是如何发生的呢？

电能如何才能转变成化学能呢？

（展示几个电解工业的工厂实景）这就是本节课我们要共同探讨的问题。

［板书］第四章第三节电解池

一、电解原理

1、电解原理

［设疑］我们已经知道，金属和电解质溶液都能导电，金属的导电过程是物理变化，电解质溶液的导电过程是否与金属的导电过程相同呢？

［学生实验］学生以学习小组为单位完成

［实验４—１］（也可将该实验分三步实施），并观察、记录实验现象。

教师巡回指导。

（1）将两根碳棒分别插进U型管内的CuCl2溶液中，观察现象

现象：

碳棒表面无明显现象

（2）将两根碳棒用导线相连后，浸入U型管内的CuCl2溶液中，观察现象

现象：

碳棒表面无明显现象

（3）将两根碳棒分别跟直流电源的正、负极相连接，浸入U型管内的CuCl2溶液中，接通电源，观察现象

［实验现象］阴极：

碳棒上逐渐覆盖了一层红色物质。

　　阳极：

生成有刺激性气味、能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体。

［问］请大家根据实验现象和氯化铜溶液的组成成分以及原有知识分析推断两极生成物的名称。

［小结］两极产物　阴极——铜阳极——氯气

［问］氯化铜溶液在电流的作用下为什么会生成Ｃu和Cl2呢？

［讲］CuCl2在水溶液中完全电离生成Cu2+和Cl-

［板书］　　　　CuCl2＝Cu2+＋2Cl－

［讲］通电前，Cu2+和Cl－在溶液里自由运动；通电后，在电场的作用下，带负电的Cl－移向阳极，并失去电子被氧化成氯原子，进而结合成Cl2放出，带正电的Cu2+移向阴极，并得到电子被还原成铜原子，覆盖在阴极上。

［投影］播放课前制作的多媒体课件，模拟CuCl2溶液中Cu2+和Cl－在通电前后的运动、变化情况。

［板书］　阴极：

　Cu2+＋2e－=Cu　（还原反应）

阳极：

　2Cl－-2e－=Cl2↑（氧化反应）

［小结］电解质溶液在导电过程中有新物质产生，是化学变化。

［板书］2、基本概念

（1）使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。

（2）把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。

（3）当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程

［学生活动］让学生独立书写电解CuCl2溶液的化学反应方程式。

（可以请1—2名学生到黑板上书写，然后讲评）

［板书］CuCl2

Cu＋Cl2↑

［过渡］下面我们再分析电解池的两个电极。

［板书］２、电解池的两极

［讲］电解池的两极是由与之相连的电源电极的极性决定的。

［板书］　阴极：

与电源负极相连的电极。

（发生还原反应）

阳极：

与电源正极相连的电极。

（发生氧化反应）

［设疑］电解质溶液是如何将电路沟通的呢？

［板书］３、电解池中的电子的移动方向

［学生活动］请学生讨论、总结并回答上面提出的问题。

［板书］电源负极→电解池阴极→电解液中的阳离子（被还原）　　电解池中阴离子（被氧化）→电解池阳极→电源正极

［讲］由上面分析可知：

电解质溶液的导电过程必须有阴阳离子的参与，如果溶液中的离子不参加反应，电路就不能沟通，所以电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程。

［板书］4、电解的本质：

电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程

［问］从上已知CuCl2溶液中存在的离子有：

Cu２＋、Cl－、OH－、H＋，为什么电解时，只有Cu２＋和Cl－放电？

这要涉及到离子的放电顺序问题。

［板书］5、离子的放电顺序

［讲］由于各种离子得失电子的能力不同，因此，电解时离子放电难易也不同。

［板书］阳离子：

Ag+＞Hg2+＞Cu2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+＞Na+＞K+

　　阴离子：

S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞含氧酸根

［讲］电解电解质溶液时，在阴阳两极上首先发生放电反应的离子分别是溶液里最容易放电的阳离子和最容易放电的阴离子。

［讲］我们还要注意的是要先看电极材料，是惰性电极还是活性电极，若阳极材料为活性电极（Fe、Cu）等金属，则阳极反应为电极材料失去电子，变成离子进入溶液；若为惰性电极材料，则根据阳离子的放电顺序，依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式

［板书］6、电极产物的判断

（1）阳极放电顺序：

活泼阳极（金属）>无氧酸根离子>OH―>含氧酸根离子>F―

（2）阴极放电：

溶液中的阳离子放电

［板书］7、电极反应式的书写：

列物质，标得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。

［讲］首先要分清电极，并分析电极材料和电解质溶液中的阴阳离子，确定放电顺序，牢记三个守恒。

电极反应必须写离子放电，总反应中弱电解质写化学式，且总反应中一定要注明条件。

［过］下面，我们来重点介绍几组有代表性的电解池及其电极反应式的书写

用惰性电极电解烧杯里的溶液

1、电解含氧酸

阳极：

4OH——4e—=2H2O+O2↑

阴极：

4H++4e—=2H2↑

总的方程式：

2H2O

2H2↑+O2↑

结论：

用惰性电极电解含氧酸实质是电解水。

电解后，酸的浓度增大，即[H+]增大，故溶液的PH减小。

2、电解无氧酸

阳极：

2Cl——2e—=Cl2↑

阴极：

2H++2e—=2H2↑

总的方程式：

2HCl

H2↑+Cl2↑

结论：

用惰性电极电解无氧酸（除HF），溶质消耗。

电解的结果消耗了HCl，即[H+]减小，溶液的pH增大。

3、电解可溶性碱

阳极：

4OH——4e—=2H2O+O2↑

阴极：

4H++4e—=2H2↑

总的方程式：

2H2O

2H2↑+O2↑

结论：

用惰性电极电解强碱实质是电解水。

电解后，碱的浓度增大，即[OH-]增大，故溶液的pH增大。

4、电解活泼金属的含氧酸盐

阳极：

4OH——4e—=2H2O+O2↑

阴极：

4H++4e—=2H2↑

总的方程式：

2H2O

2H2↑+O2↑

结论：

用惰性电极电解活泼金属的含氧酸盐实质是电解水。

电解后溶液的PH不变，等于7。

5、电解不活泼金属的无氧酸盐

阳极：

2Cl——2e—=Cl2↑

阴极：

Cu2++2e—=Cu

总的方程式：

CuCl2

2Cu+Cl2↑

结论：

用惰性电极电解不活泼金属的无氧酸盐（除氟化物），溶质消耗。

电解的结果使[Cu2+]减小，溶液的[H+]减小，溶液的pH略有增大。

Cu2++2H2O

Cu（OH）2+2H+

6、电解活泼金属的无氧酸盐

阳极：

2Cl——2e—=Cl2↑

阴极：

4H++4e—=2H2↑

总的方程式：

2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑

结论：

用惰性电极电解活泼金属的无氧酸盐，溶质、水同时消耗。

电解的结果生成碱，电解后溶液的pH增大。

7、电解不活泼金属的含氧酸盐

阳极：

4OH——4e—=2H2O+O2↑

阴极：

Cu2++2e—=Cu

总的方程式：

2CuSO4+2H2O

2H2SO4+2Cu+O2↑

结论：

用惰性电极电解不活泼金属的含氧酸盐，溶质、水同时消耗。

电解的结果生成酸，溶液的PH减小。

［讲］判断溶液中pH的变化，先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物，如果只产生H2没有O2则pH变大。

如果只产生O2而无H2，则pH变小。

如果既产生O2又有H2，若原溶液呈酸性，则pH减小；若原溶液呈碱性则pH增大；若原溶液呈中性则pH不变。

如果既无O2产生也无H2产生，则溶液的pH均趋于7

［板书］8、电解规律

（1）电解质分解型：

无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液的电解，水不参加反应

（2）电解水型：

强碱、活泼金属的含氧酸、含氧酸等溶液的电解，只有水参加

（3）放氢生碱型：

电解活泼金属的无氧酸盐时，电解质的阴离子和水电离的H＋放电，溶质和水都参加反应，pH增大

（4）放氧生酸型：

电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质电离的阳离子和水电离的OH―离子放电，溶质和水都参加反应，pH减小。

［小结］本节课我们学习了电解的原理，认识了电解池的功能，下面请同学们在总结本节知识以及回忆前面所学的原电池知识的前提下，填写课前所发放的表格，并注意比较。

［投影］1、电解与电离的比较

电离

电解

条件

电解质溶于水或熔化状态

电解质电离后，再通直流电

过程

电解质电离成为自由移动的离子

阴、阳离子定向移动，

在两极上放电

举例

CuCl2==Cu2＋+2Cl―

CuCl2

Cu＋Cl2↑

特点

只产生自由移动的离子

发生氧化还原反应，形成新物质

联系

电解必须建立在电离的基础上

2、原电池与电解池的比较

装置类别

原电池

电解池

举例

锌铜原电池

电解氯化铜溶液

形成条件

1、活泼性不同的两电极（用导线连接）

2、电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）

3、形成闭合回路

1、两电极接直流电源

2、两电极插入电解质溶液中

3、形成闭合回路

电极名称

负极：

较活泼金属

正极：

较不活泼金属（或能导电的非金属）

由电极本身决定

阳极：

与电源正极相连的极

阴极：

与电源负极相连的极

由外加电源决定

电极反应

负极：

氧化反应，金属失电子

正极：

还原反应，溶液中的阳离子得电子

阳极：

氧化反应，溶液中的阴离子失电子或电极金属失电子

阴极：

还原反应，溶液中的阳离子得电子

电子流向

负极---导线---正极

电源负极—阴极

电源正极—阳极

能量转变

化学能转换为电能

电能转换为自由能

能否自发进行

反应能够自发进行

反应不能够自发进行

主要应用

1、金属电化腐蚀分析

2、金属牺牲阳极的阴极保护法

3、制造多种新化学电源

1、电解食盐水（氯碱工业）

2、冶炼活泼金属

3、电解精炼

实质

使氧化还原反应中的电子通过导线定向转移形成电流

使电流通过电解质溶液而阴阳两极引起氧化还原反应的过程

知

识

结

构

与

板

书

设

计

第四章第三节电解池

一、电解原理

1、电解原理：

　CuCl2＝Cu2+＋2Cl－

　阴极：

　Cu2+＋2e－=Cu　（还原反应）

阳极：

　2Cl－-2e－=Cl2↑（氧化反应）

2、基本概念

（1）使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。

（2）把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。

（3）当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程

CuCl2

Cu＋Cl2↑

２、电解池的两极

　阴极：

与电源负极相连的电极。

（发生还原反应）

阳极：

与电源正极相连的电极。

（发生氧化反应）

３、电解池中的电子的移动方向

电源负极→电解池阴极→电解液中的阳离子（被还原）　　电解池中阴离子（被氧化）→电解池阳极→电源正极

4、电解的本质：

电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程

5、离子的放电顺序

阳离子：

Ag+＞Hg2+＞Cu2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+＞Na+＞K+

　　阴离子：

S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞含氧酸根

6、电极产物的判断

（1）阳极放电顺序：

活泼阳极（金属）>无氧酸根离子>OH―>含氧酸根离子>F―

（2）阴极放电：

溶液中的阳离子放电

7、电极反应式的书写：

列物质，标得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。

8、电解规律

（1）电解质分解型：

无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液的电解，水不参加反应

（2）电解水型：

强碱、活泼金属的含氧酸、含氧酸等溶液的电解，只有水参加

（3）放氢生碱型：

电解活泼金属的无氧酸盐时，电解质的阴离子和水电离的H＋放电，溶质和水都参加反应，pH增大

（4）放氧生酸型：

电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质电离的阳离子和水电离的OH―离子放电，溶质和水都参加反应，pH减小。

九、教学反思：

【随堂练习】

1.下列关于电解池的叙述中正确的是（　　）

A.电解池中的闭合回路仅是由电子的定向移动形成的

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等

解析:

在电解池中,外电路上是靠电子的定向移动形成电流,而电解质溶液中是靠阴、阳离子的定向移动而形成电流,因此A项错误。

在电解池中,电子由电源的负极流向电解池的阴极,由电解池的阳极流向电源的正极;在电解质溶液中,阴离子向着阳极移动,阳离子向着阴极移动,因此B、C两项都错误,只有D项正确。

答案:

D

2.下列有关电解池的说法正确的是（　　）

A.在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极

B.电解任何物质阳极上失电子数与阴极上得电子数相等

C.电解氯化铜溶液时在阴极上有气体生成

D.电解NaCl、CuCl2两种溶液参加反应的物质是相同的

解析:

与负极相连的是阴极;电解氯化铜溶液时阳极上有氯气生成,阴极上有铜析出;电解NaCl溶液时水参加了反应,而电解CuCl2溶液时水没有参加反应。

答案:

B

3.右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（　　）

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电极附近溶液呈红色,b电极附近溶液呈蓝色

D.a电极附近溶液呈蓝色,b电极附近溶液呈红色

解析:

a为阴极:

4H++4e-

2H2↑,b为阳极:

4OH--4e-

O2↑+2H2O。

对照分析A、B两项不正确;a极附近溶液由于H+放电呈碱性,石蕊溶液显蓝色,b极附近溶液由于OH-放电呈酸性,石蕊溶液显红色,故C项错误,D项正确。

答案:

D

4.若某电能与化学能的转化装置（电解池或原电池）中发生的总反应的离子方程式是Cu+2H+

Cu2++H2↑,则下列关于该装置的有关说法中正确的是（　　）

A.该装置可能是原电池,也可能是电解池

B.该装置只能是原电池,且电解质溶液为硝酸

C.该装置只能是电解池,且金属铜为该电解池的阳极

D.该装置只能是原电池,电解质溶液不可能是盐酸

解析:

原电池是将化学能转化为电能的装置,电解池是将电能转化为化学能的装置。

由题给总方程式知,Cu失电子,H+得电子。

如果是原电池,Cu是负极,它的金属活动性排在氢之后,不可能发生反应,所以只能是电解池。

答案:

C

5.某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。

滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上写字,会出现红色字迹。

据此,下列叙述中正确的是（　　）

A.铅笔端作阳极,发生还原反应

B.铂片端作阴极,发生氧化反应

C.铅笔端有少量的氯气产生

D.a点是负极,b点是正极

解析:

铅笔在滤纸上写字,出现红色字迹,说明铅笔端产生OH-,则铅笔端为阴极,H+放电发生还原反应生成H2,故A项错误;铂片作阳极发生氧化反应,故B项错误;铅笔端产生H2而不是Cl2,故C项错误。

答案:

D

6.用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液,一段时间后,向剩余电解质溶液中加入适量水能使溶液恢复到电解前的浓度的是（　　）

A.AgNO3B.Na2SO4C.CuCl2D.HCl

解析:

既然电解一段时间后,向剩余溶液中加水,就能使溶液恢复到电解前的浓度,这说明电解过程中消耗的是水,那么,在两个电极上放电的离子分别是H+和OH-,即溶液中阳离子的放电能力只能小于H+;溶液中阴离子的放电能力也只能小于OH-。

常见的这样的物质有强碱、含氧酸和强碱对应的最高价含氧酸盐。

答案:

B

7.关于下图所示①、②两个装置的叙述,正确的是（　　）

A.装置名称:

①是原电池,②是电解池

B.硫酸浓度变化:

①增大,②减小

C.电极反应式:

①中阳极:

4OH--4e-

2H2O+O2↑　②中正极:

Zn-2e-

Zn2+

D.离子移动方向:

①中H+向阴极方向移动,②中H+向负极方向移动

解析:

①中有外加电源为电解池,②为原电池,A项错误;①中电解水,硫酸浓度增大,②中负极材料消耗硫酸,硫酸浓度减小,B项正确;②中正极反应为2H++2e-

H2↑,C项错误;②中H+向正极移动,D项错误。

答案:

B

8.电解CuCl2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.0.28LB.0.56LC.0.14LD.11.2L

解析:

阴极反应式:

Cu2++2e-

Cu,阳极反应式:

2Cl--2e-

Cl2↑,生成Cu的物质的量:

=0.025mol,生成Cl2的体积:

0.025mol×22.4L·mol-1=0.56L。

答案:

B

9.用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液,若保持温度不变,则一段时间后（　　）

A.溶液的pH变大

B.c（Na+）与c（C

）的比值变大

C.溶液浓度变大,有晶体析出

D.溶液浓度不变,有晶体析出

解析:

用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液,实际是电解水,故Na2CO3会结晶析出,若保持温度不变,则仍为原温度下的饱和溶液,故溶液浓度不变,pH不变,c（Na+）∶c（C

）不变,故选D。

答案:

D

10.从N

、S

、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。

（1）若两极分别放出H2和O2,电解质的化学式是　　　　　　　。

（2）若阴极析出金属,阳极放出氧气,电解质的化学式为　　　　　　　　　　　。

（3）若两极分别放出气体,且体积比为1∶1,电解质的化学式为　　　　　　　　。

解析:

题中提供的电解质离子有七种,这些离子放电的顺序是:

阳极:

Cl->OH-（水电离出的）>（N

、S

）,阴极:

Ag+>Cu2+>H+>Ba2+。

（1）两极分别放出H2和O2,即H+和OH-放电,实质是电解H2O,水中的溶质应是起导电作用,它可以是HNO3、H2SO4、Ba（NO3）2中的任意一种,但不能是BaSO4。

（2）阴极析出金属,即Ag+或Cu2+放电;阳极放出O2,即OH-放电。

水中的溶质可以是AgNO3、Cu（NO3）2、CuSO4中的任意一种。

（3）两极都生成气体,且气体体积比为1∶1,则放电的离子应是Cl-和H+。

水中的溶质可以是HCl、BaCl2中的任意一种。

答案:

（1）HNO3、H2SO4、Ba（NO3）2中的任意一种　

（2）AgNO3、Cu（NO3）2、CuSO4中的任意一种　（3）HCl或BaCl2

11.如图为持续电解含有一定量CaCl2水溶液（含酚酞）的装置（以铂为电极）,A为电流表。

电解一段时间t1后,将CO2连续通入电解质溶液中。

（1）电解时,F极发生　　　　　　反应,电极反应为　　　　　　　,E极发生　　　　　反应,电极反应为　　　　　　　　　　　,电解总反应为　　　　　　　　　　　　。

（2）电解池中产生的现象:

①　。

②　。

③ 

　。

解析:

溶液中含有:

Ca2+、H+、Cl-、OH-,通电时,Ca2+、H+移向阴极,H+放电能力比Ca2+强,在E极上发生反应:

2H++2e-

H2↑,H2O电离出的H+放电,OH-富集在阴极（E极）,则使阴极区溶液变红;Cl-、OH-移向阳极,Cl-在阳极放电,2Cl-

Cl2↑+2e-,总反应方程式:

2Cl-+2H2O

Cl2↑+H2↑+2OH-;电解一段时间t1后,溶液中OH-浓度增大,相当于Ca（OH）2、CaCl2的混合溶液,通入CO2:

Ca2++2OH-+CO2

CaCO3↓+H2O,继续通入CO2:

CaCO3+CO2+H2O

Ca（HCO3）2。

答案:

（1）氧化　2Cl--2e-

Cl2↑　还原　2H++2e-

H2↑　2Cl-+2H2O

2OH-+H2↑+Cl2↑

（2）①通电后E极处溶液呈红色

②通电时,E极、F极均有气体生成

③通入CO2时,溶液中先出现白色沉淀,继续通入CO2沉淀又消失