资源简介

第二节 电解池
第2课时
教材分析
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，有助于学生更加系统地学习电化学知识，并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。
学情分析
本课时内容选自选择性必修1《化学反应原理》第四章第二节。通过必修2的学习，学生已经掌握了简单的原电池知识；通过选择性必修1《化学反应原理)第四章第一节的学习，学生已经具备借助氧化还原理论、金属活动性顺序和物理学中的电学知识判断原电池正、负极以及设计原电池和书写原电池电极反应的能力。因此，在本节课中，可利用原电池的原理逆向思考自然过渡到电解池的学习中去，并应用氧化还原相关知识拓展和延伸电化学理论。
教学目标
【知识与技能】
(1)了解电解反应的一般规律。
(2)了解氯碱工业、电镀、电冶金、电解精炼铜的原理。
【过程与方法】
(1)通过运用电解原理，分析电冶金以及电解饱和食盐水、电镀、电解精炼等复杂体系中所发生的反应，培养学生的实验能力、观察能力、设计能力、分析能力和利用化学原理解决实际问题的能力。
(2)通过对电解原理的探究和应用，使学生掌握逻辑推理的方法，熟悉归纳化学反应原理的过程和运用相关原理解决问题的演绎过程。
【情感态度与价值观】
(1)通过氯碱工业、电镀、电冶金、电解精炼铜与生产、生活实际的联系，增强学生的学习兴趣。
(2)通过电解原理应用的学习，培养学生勇于创新、积极实践的科学态度。
教学重难点
电解原理的一般规律，氯碱工业、电镀、电冶金、电解精炼铜的电解原理。
教学过程
一、导入新课
【复习提问】
1.电解池的构成条件？
2.水溶解中离子的放电顺序？
3.分析书写电解池电极反应的一般思路？
【学生回答】
1.电解池的构成条件：
①外加直流电源；
②阴、阳电极；
③电解质溶液或熔融电解质；
④形成闭合回路。
2.水溶液中离子的放电顺序：
阴极：氧化性强的离子先得电子
阳极：阳极金属或还原性强的离子先失电子
活性电极
3.分析书写电解池电极反应的一般思路：
①分析电极（确定电极名称；分析电极类别）；
②分析溶液（确定微粒种类；确定微粒物质的量或浓度）；
③确定电极上的放电离子；
④确定放电顺序；
⑤写出电极方程式。
【牛刀小试】
以石墨为电极电解下列溶液，请写出相应的电极反应式及总反应的化学方程式。
(1)CuCl2溶液；(2)NaCl溶液；(3)CuSO4溶液；(4)Na2SO4溶液
【师生互动】
(1)CuCl2溶液：
阳极反应：
阴极反应：
总反应式：
(2)NaCl溶液：
阳极反应：
阴极反应：
总反应式：
(3)CuSO4溶液
阳极反应：
阴极反应：
总反应式：
(4)Na2SO4溶液
阳极反应：
阴极反应：
总反应式：
【交流研讨】
通过对以上电解过程的分析，你发现什么规律？
电解质溶液 电解反应总方程式 规律
CuCl2溶液 CuCl2Cu+Cl2↑
NaCl溶液 2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH
CuSO4溶液 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4
Na2SO4溶液 2H2O2H2↑ +O2↑
【师生互动】
电解质溶液 电解反应总方程式 规律
CuCl2溶液 CuCl2Cu+Cl2↑ 电解电解质
NaCl溶液 2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH 放H2生碱
CuSO4溶液 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4 放O2生酸
Na2SO4溶液 2H2O2H2↑ +O2↑ 电解水
【过渡】下面我们来认识一下电解的规律。
二、推进新课
教学环节一：电解规律
【交流研讨】
试完成下表：
类型 电极反应特点 实例(溶质) 电解对象 电解质浓度 电解质溶液复原需加入物质
电解电解质型
放H2生碱型
放O2生酸型
电解水型
【师生互动】
类型 电极反应特点 实例(溶质) 电解对象 电解质浓度 电解质溶液复原需加入物质
电解电解质型 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 CuCl2 HCl 电解质 减少 CuCl2 HCl
适用于电解无氧酸(氢氟酸除外)溶液、不活泼金属的无氧酸盐溶液
放H2生碱型 阴极： 阳极：电解质阴离子放电 NaCl 电解质和水 生成新电解质 HCl
适用于电解活泼金属的无氧酸盐溶液
放O2生酸型 阴极：电解质阳离子放电 阳极： CuSO4 电解质和水 生成新电解质 CuO
适用于电解不活泼金属的含氧酸盐溶液
电解水型 阴极： 阳极： NaOH H2SO4 Na2SO4 水 增大 H2O
适用于电解含氧酸溶液、可溶性强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液
【过渡】以上是电解质溶液电解的规律，电解原理在工业上有很多重要的应用，下面我们来具体认识几个重要的关于电解原理的应用。
教学环节二：电解原理的应用
1.氯碱工业
习惯上把电解饱和食盐水的工业叫做氯碱工业。
【交流研讨】
(1)在NaCl溶液中，NaCl电离出　、　，H2O电离出 、 。通电后，在电场的作用下，　　向阴极移动，　　向阳极移动。在阳极，由于　容易失去电子，被氧化生成　　。阳极反应：　　　。在阴极，由于　　容易得到电子被还原生成　　，使H2O 电离平衡向右移动，因此阴极　　浓度增大，pH　增大　。阴极反应：　　　。
由此，你能得出什么结论？
【结论】氯碱工业发生的电极反应式及总反应方程式为：
阳极反应：
阴极反应：
总反应式：2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH
【拓展延伸】
(1)电解前向溶液中滴加酚酞溶液，通电后现象是什么？
(2)两极极板上都有气体产生，如何检验两种气体？
(3)在氯碱工业中需要注意哪些问题？怎么解决？
【师生互动】
(1)阴极附近的溶液由无色变为红色。
(2)阳极：把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近，产生气体可以使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝色。
阴极：收集纯净气体点燃，并在上方罩一个干冷烧杯，产生淡蓝色火焰，且烧杯内壁有水珠出现。
(3)氯碱工业中必须注意两个主要问题：
①避免Cl2与NaOH溶液接触发生反应，使产品不纯；
②避免生成物H2和Cl2混合，因为两者混合遇火或遇强光易发生爆炸。
解决方法：使用离子交换膜。
2.铜的电解精炼
【交流研讨】
已知粗铜中含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质，试讨论如何通过电解的方法将粗铜提纯。阴、阳极上分别发生什么反应？
【师生互动】
将粗铜为阳极，纯铜为阴极CuSO4溶液为电解液进行电解。
阳极反应：
阴极反应：
3.电镀
应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的过程。
【交流研讨】
试讨论如何通过电解的方法在金属铁上镀铜。阴、阳极上分别发生什么反应？
【师生互动】
电镀将镀件作阴极，镀层金属作阳极，用含镀层金属阳离子的盐溶液作电解液进行电解。
以金属铁上镀铜为例：
阳极反应：
阴极反应：
【交流研讨】
试分析在粗铜精炼和在金属铁上镀铜的过程中，电解液的成分变化是否相同？
【师生互动】
在粗铜精炼过程中，电解液的浓度逐渐减小；
在电镀的过程中，电解液的成分及酸碱性保持不变。
4.电冶金
【交流研讨】
电解饱和NaCl溶液能否得到金属钠？如何能通过电解的方法得到金属钠？
【师生互动】
不能。应用电冶金法(冶炼活泼金属钠、镁、铝等)得到金属钠。
电解熔融状态的氯化钠：
阳极反应：
阴极反应：
总反应式：
结论：电解是最强有力的氧化还原手段,电解法是冶炼金属的一种重要方法。
【练习1】下列说法或实验现象的描述不正确的是( )
A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B.把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
C.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速度加快
D.与电源负极相连的是电解槽的阴极
答案：B
【练习2】在50 mL 0.2 mol·L-1的硫酸铜溶液中插人两个电极，通电电解(不考虑水分蒸发)：
(1)若两极均为铜片，则电解过程中溶液浓度将__________；
(2)若阳极为纯锌，阳极反应式是______________________；
(3)如果两极均为铜片且不考虑H+在阴极上放电，当电路中有0.01 mol电子通过时，阴极增重_____________，阴极上的电极反应式为____________________。
答案：(1)不变；(2)；(3)0.32g
三、课堂小结
本节课学习了电解的规律以及电解原理的应用——氯碱工业、电解精炼铜、电镀及电冶炼。
1.电解规律
类型 电极反应特点 实例(溶质) 电解对象 电解质浓度 电解质溶液复原需加入物质
电解电解质型 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 CuCl2 HCl 电解质 减少 CuCl2 HCl
适用于电解无氧酸(氢氟酸除外)溶液、不活泼金属的无氧酸盐溶液
放H2生碱型 阴极： 阳极：电解质阴离子放电 NaCl 电解质和水 生成新电解质 HCl
适用于电解活泼金属的无氧酸盐溶液
放O2生酸型 阴极：电解质阳离子放电 阳极： CuSO4 电解质和水 生成新电解质 CuO
适用于电解不活泼金属的含氧酸盐溶液
电解水型 阴极： 阳极： NaOH H2SO4 Na2SO4 水 增大 H2O
适用于电解含氧酸溶液、可溶性强碱溶液、活泼金属的含氧酸盐溶液
2.电解原理的应用
(1)氯碱工业
(2)铜的电解精炼
(3)电镀
(4)电冶金
板书设计
第二节 电解池
第2课时 电解原理的应用
一、电解规律
二、电解原理的应用
1.氯碱工业
2.铜的电解精炼
3.电镀
4.电冶金
教学反思
本课时设置内容相对较多，时间的安排一定要合理，在讲解电解规律这部分内容时，要抓典型、多总结、多练习，强化学生的理解；讲解电解原理的应用时要善于联系实际，多运用多媒体动画、图片等辅助工具，充分调动学生的积极性，使全体学生都参与到课堂学习中。

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