高中化学集体备课 《第四章 电化学基础》第三节 电解池教案 苏教版选修.docx

1、高中化学集体备课 第四章 电化学基础第三节 电解池教案 苏教版选修高中化学集体备课 第四章 电化学基础第三节 电解池教案 苏教版选修(一 )授课班级 课 时1 教 学 目 的 知识 与 技能1、理解电解原理，会判断电解池、电极产物、电极周围溶液 pH 值及整个溶 液 pH 值的变化；2、能书写电极反应式及总反应式，培养分析归纳知识的能力。过程 与 方法 利用惰性电极电解氯化铜的实验，探究电解原理，了解电解的应用，特 别是电解在电镀、电解精炼、电冶炼等方面的应用。情感 态度 价值观 通过电解知识的学习，发现其在日常生活和工农业生产中的广泛应用， 激发学生勇于创新、积极实践的科学态度。重 点 理解

2、 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。难 点 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。知 识 结 构 与 板 书 设 计第四章第三节 电解池 (electrolytic cell)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 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

3、，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。教学过程 教学步骤、内容 教学方法、手段、 师生活动 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

4、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

5、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 (electrolytic cell)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 （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)将两要碳棒分别插进 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

6、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 u 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 C

7、l2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 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

8、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 投影用惰性电极电解烧杯里的溶液1、电解含氧酸 阳极：4OH4e =2H2O+O2 阴极：4H+4e

9、=2H2 通电 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：2Cl2e = Cl2 阴极：2H+2e =2H2 通电 H2SO4 HCl 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：4OH4e =2H2O+O2 阴极：4H+4e =2H2 通电 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，

10、 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：4OH4e =2H2O+O2 阴极：4H+4e =2H2 通电 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：2Cl2e = Cl2 阴极：Cu2+ +2e = Cu 通电 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。C u2+ +2H2O Cu(OH)2 +2

11、H+6、电解活泼金属的无氧酸盐 阳极：2Cl2e = Cl2 阴极：4H+4e =2H2 通电 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：4OH4e =2H2O+O2 阴极：Cu2+ +2e = Cu CuSO4 Na2SO4 NaOH NaCl CuCl2 通电 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。

12、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

13、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

14、 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

15、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 教学回顾：教 案 课题：第三节 电解池 (二)授课班级 课 时 教 学 目 的 知识 与 技能 了解氯碱工业，电镀，冶金的原理

16、 过程 与 方法 培养学生的实验操作能力，团结协作能力、观察能力、分析能力、归 纳总结能力以及运用知识解决问题的能力 情感 态度 价 值观 通过电镀工业废水处理的简单介绍，增强学生的环境保护意识 重 点 电解池原理 难 点 电解池应用 知 识 结 构 二、电解原理的应用1、电解饱和食盐水制烧碱、氢气和氯气 (1)实验原理：阳极 (放电顺序：Cl OH )：2Cl-离子交换膜法2、电解精炼铜 粗铜作阳极，纯铜作阴极，用 CuSO4溶液作电解液。阳极 (粗铜 )：Cu2e Cu2+ 阴极 (精铜 )：Cu2+2e Cu 比铜活泼的金属杂质 以阳离子形式留于溶液中 比铜不活泼的金属杂质 形成阳极泥

17、电解精炼铜过程中 CuSO4溶液的浓度基本不变。3、电镀铜 (1)电镀是应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。(2)电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。(3)镀层金属：通常是在空气或溶液中 不易起变化的金属，如 Cr、 Zn、 Ag、 Cu 等 (4)在铁制品上镀铜：阳极 铜 阴极 铁制品 电镀液 CuSO4溶液 原理：阳极 (Zn)Zn-2e=Zn2+ 阴极 (Fe)Zn2+2e = Zn4、电冶金 (1)本质：利用电解使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来 (2)适用范围：制取活泼金属单质，如电解 NaCl、 MgCl2、 Al2O3

18、制取 Na、 Mg、 Al 教学过程 教学步骤、内容 教学方法 、手 段、师生活动 引言 上节课我们学习了电解的原理，电解是通过电流引起化学反应的 过程，即将电能转变成了化学能。电解的原理在工业上有哪些应用呢？这 节课就向同学们介绍两个电解原理在工业上应用的事例 、 板书 二、电解原理的应用 讲电解饱和食盐水以制备烧碱、氢气和氯气，电解饱和食盐水的工业 生产叫氯碱工业。板书1、电解饱和食盐水制烧碱、氢气和氯气 投影 实验装置及原理 按上图装置，在 U 形管里倒入饱和食盐水，插入一根石墨棒做阳极， 一根铁棒做阴极。同时在两边管中各滴入几滴酚酞试液，并用湿润的碘 化 钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。

19、接通直流电源后，注意管内发生的现象。讲在这个反应中，由于 H 在阴极上得到电子而生成 H2，破坏了附近的 水的电离平衡，促进了水继续电离，结果阴极区溶液里 OH 浓度增大而呈 碱性。板书 (1)实验原理：阳极 (放电顺序：Cl OH )：2Cl-离子交换膜法 讲由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电 解槽由若干个单元槽串联或并联组成。将电解槽隔成阴极室和阳极室和阴极室，它只允许阳离子 (Na )通过， 而阻止阴离子 (Cl 、 OH )和气体通过。这样既能防止阴极产生的 H2和阳极 产生的 Cl2相混合而引 起爆炸，又能避免 Cl2和 NaOH 作用生成 NaClO 而影

20、响烧碱的质量。讲其原料粗盐中含有泥沙、 Ca2 、 Mg2 、 Fe3 、 SO42 等杂质，不符合电 解要求，因此必须经过精制。投影 实验装置 粗盐的成份：泥沙、 Ca2+ 、 Mg2+ 、 Fe3+ 、 SO42 杂质，会与 碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜 杂质的除去过程：粗盐水 含少量 Ca2+ 、M g2+ 精制 盐水 )SO( B aC l242 除 过量 )( 除泥沙及沉淀 过滤 )Ba、Ca( CONa2232 除 过量 )CO(23 除 适量盐酸 )Mg、Ca(22 除 阳离子交换塔 )Fe、Mg( N aO H32 除 过量 讲除杂质时所加试剂的顺序要求是 Na2CO3

21、 必须在 BaCl2 之后，加入盐 酸在过滤之后。问 工业上为什么要对粗铜进行电解精炼呢？学生活动 指导学生查找阅读教材中相关内容，请学生代表回答。问 怎样利用电解的原理精炼粗铜呢？板书2、电解精炼铜 粗铜作阳极，纯铜作阴极，用 CuSO4溶液作电解液。投 影见下页 学生活动 请学生讨论分析电解液中离子的种类，通电后溶液中离子的 移动情况和阴极反应。学生总结 CuSO4溶液中有 Cu2+、 H+、 SO42-、 OH-等四种离子 ,通电后 Cu2+、 H+移向阴极， SO42-、 OH-移向阳极，阴极上 Cu2+放电变成 Cu 聚集在阴极板（精 铜）上。板书 阴极 (精铜 )：Cu2+2e C

22、u 讲 SO42-和 OH-虽然移向了阳极，但是由于阳极板（粗铜）表面的 Cu 原子 失电子能力强于二者，故阳极上 Cu 原子失电子被溶解。板书 阳极 (粗铜 )：Cu2e Cu2+ 问 粗铜中所含的杂质（如：Zn、 Fe、 Ni、 Ag、 Au 等）是如何除去的呢？讲 比铜活泼的金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而 被溶解掉。如：Zn2e Zn2+； Ni2e Ni2+；由于这些离子比 Cu2+难以 还原，故它们不能在阴极上得电子析出而存留在溶液中。比铜不活泼的金 属杂质，在铜失电子溶解时 ,不能失电子而溶解，故它们以单质形式沉积于 电解槽底部，形成阳极泥。板书 比铜活泼的金属

23、杂质 以阳离子形式留于溶液中 比铜不活泼的金属杂质 形成阳极泥 投影 播放课前制作的多 媒体课件 ,模拟电解精炼铜的过程中两极和电解 液中离子的变化情况。问 请大家根据两极上所发生的主要反应分析电解精炼铜过程中的电解 液有无变化。学生活动 学生分析、讨论并回答。板书 电解精炼铜过程中 CuSO4溶液的浓度基本不变。过渡 以上我们学习了铜的电解精炼原理，下面我们再共同学习电解原 理的另一个应用实例 电镀铜。板书3、电镀铜 问 什么是电镀？电镀的优点有哪些？学生活动 指导学生查找阅读教材中相关内容，请学生代表回答。板书 (1)电镀是应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。(2

24、)电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。(3)镀层金属：通常是在空气或溶液中不易起变化的金属，如 Cr、 Zn、 Ag、 Cu 等 讲电镀时，把待镀金属制品作为阴极；把镀层金属作为阳极；用含有 镀层金属离子的电解质配成电镀液。通低压直流电，阳极金属在溶液中成 为阳离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成金属，在待镀件表面上覆 盖上一层均匀光洁而致密的镀层。讲 例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它 们易被腐蚀。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其 表面镀上其他 金属，如锌、铜、铬、镍等。问 请大家根据电解精炼铜过程中所发生的两极反应，选择在铁制品上 镀

25、铜装置的阴极材料、阳极材料和电镀液。学生活动 学生分析、讨论并回答。板书 (4)在铁制品上镀铜：阳极 铜 阴极 铁制品 电镀液 CuSO4溶液 原理：阳极 (Zn)Zn-2e=Zn2+ 阴极 (Fe)Zn2+2e = Zn 讲阳极的锌不断氧化成 Zn2+进入溶液，阴极溶液中 Zn2+被还原成锌镀 层，因 此电镀液中 C(ZnCl2)保持不变。讲电镀的特点是“一多、一少、一不变”。一多指阴极上有镀层金属 沉积，一少指阳极上有镀层金属溶解，一不变指电解液浓度不变。讲这里还需要我们注意的是，电镀生产过程中产生的废水、废气、废 渣中含有多种对环境有害的物质，处理后应符合国家规定的排放标准，对 其中的有

26、用成分要回收利用。过 Na、 Mg、 Al 等活泼金属都可用电解它们的熔融盐或氧化物制得。这 种方法是利用电解法来冶炼活泼金属，我们将其称之为电冶金。板书4、电冶金 (1)本质：利用电解使矿石中的金属离子获得电 子，从它们的化合物中还 原出来 (2)适用范围：制取活泼金属单质，如电解 NaCl、 MgCl2、 Al2O3制取 Na、 Mg、 Al 小结 本节课我们学习了铜的电解精炼和电镀铜的知识，铜的电解精炼 类似于“在铜上镀铜”，故掌握电镀的原理是本节的重点。下面请同学们 根据所学知识填写课前所发放的表格。投影原电池、电解池与电镀池的比较 原电池 电解池 电镀池 定 义 将化学能转变成 电能

27、的装置 将电能转变成化学 能的装置 应用电解原理在某些金 属表面上镀一层其他金 属的装置 形 成 条 件 活泼性不同的两 电极连接，电解质 溶 液，形成闭合电 路 两电极接直流电 源，并插入电解质 溶液中，形成闭合 回路 镀层金属接电源正极， 待镀金属接电源负极， 电镀液必须含有镀层金 属的离子 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 阳极：与电源正极 相连 阴极：与电源负极 相连 同电解池，但阳极：必 须是镀层金属 阴极：镀件 电 极 反 应 负极：氧化反应， 金属失电子 正极：还原反应， 溶液中阳离子得 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 阳极：金属电极失电子 阴极：电镀液中阳离子 得电子 电 子 流 向 负极 导线 正 极 电源负极 导线 阴极 (阳离子向阴极移 动，得电子；阴离子向阳极移动，失电子 )阳极 电源正极 教学回顾：