人教版高中化学选修4（教案+习题）4.3电解池（一）
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人教版高中化学选修4（教案+习题）4.3电解池（二）.doc
　　课题 4.3电解池(二) 课型 新授课
　　主备人 授课人 授课班级 授课时间 2017.
　　教学目标 知识与技能： 了解氯碱工业，电镀，冶金的原理
　　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
　　情感态度与价值观     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
　　教学重点 电解池原理
　　教学难点 电解池应用
　　教         学          过          程
　　【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
　　【讲解】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。接通直流电源后，注意管内发生的现象。
　　【讲解】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―-2e == Cl2 ↑ (氧化反应)
　　阴极(放电顺序：H＋>Na＋)：2H＋+2e==H2 ↑(还原反应)
　　总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH +H2↑+ Cl2↑
　　阴极         阳极
　　【注意】在学习电解食盐水的化学原理时，学生往往不容易理解碱为什么在阴极区生成。这点可以从H＋在阴极上大量被还原，从而引起水的电离平衡被破坏，来分析在阴极区积累大量OH-的理由。
　　【板书】(2)工业制备方法---离子交换膜法
　　【讲解】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 而影响烧碱的质量。
　　【讲解】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】
　　【讲解】除杂质时所加试剂的顺序要求是Na2CO3必须在BaCl2之后，加入盐酸在过滤之后。
　　【提问】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。
　　【提问】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-＝Cu
　　【讲解】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)：Cu－2e-＝Cu2+
　　【提问】粗铜中所含的杂质（如：Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）是如何除去的呢？
　　【讲解】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： Zn－2e-＝Zn2+；Ni-2e-＝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。
　　【提问】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
　　【提问】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) 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
　　【讲解】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。
　　【讲解】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。。
　　【提问】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
　　【讲解】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。
　　【讲解】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。
　　【讲解】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，对其中的有用成分要回收利用。
　　【过渡】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
　　板书设计 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―-2e == Cl2 ↑ (氧化反应)
　　阴极(放电顺序：H＋>Na＋)：2H＋+2e==H2 ↑(还原反应)
　　总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH +H2↑+ Cl2↑
　　阴极         阳极
　　(2)工业制备方法---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)：Cu－2e－＝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
　　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 == Zn
　　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
　　教学反思
　　课题 4.3电解池(一) 课型 新授课
　　主备人 授课人 授课班级 授课时间 2017.
　　教学目标 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。
　　情感态度与价值观 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。
　　教学重点 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。
　　教学难点 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。
　　教学方法
　　教         学          过          程
　　【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(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。
　　【提问】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
　　【提问】氯化铜溶液在电流的作用下为什么会生成Ｃu和Cl2呢？
　　【讲解】CuCl2在水溶液中完全电离生成Cu2+和Cl-
　　【板书】　　　　 CuCl2 ＝Cu2+＋2Cl－
　　【讲解】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
　　【讲解】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
　　【讲解】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。
　　【提问】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
　　【讲解】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
　　【讲解】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。
　　【讲解】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。
　　【讲解】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。
　　【过渡】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：4OH— —4e— = 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↑
　　通电
　　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↑
　　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，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↑
　　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：2Cl—  —2e— = 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。
　　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↑
　　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：4OH— —4e— = 2H2O+O2↑
　　阴极：Cu2+  + 2e— = Cu
　　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。
　　【讲解】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