选择性必修1第四章 化学反应与电能第二节 电解池教学设计

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第二节 电解池
教学设计
教学目标
1、了解电解、电解池的概念。理解电解池的工作原理。
2、能够正确书写电解池的电极反应式。
3、掌握电解饱和食盐水的原理。
4、了解电解原理在电镀、金属精炼、电冶金等方面的应用。
5、掌握电解的有关计算。
教学重难点
1、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。
2、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。
教学过程
一、导入新课
［复习导入］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？
［学生活动］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，好奇心驱使着人们去进行各种尝试。1807年，当英国化学家戴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。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？
[投影]展示几个电解工业的工厂实景（电镀以及氯碱工业）。这就是本节课我们要共同探讨的问题。
二、讲授新课
知识点一 电解原理
[师]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？下面让我们一起通过实验来进行探究！
[教师活动]演示实验：电解CuCl2溶液
[师]与电源负极和正极相连的石墨棒上有什么现象，为什么会出现这样的现象呢？
[学生活动]观察实验现象并进行讨论交流尝试解释现象。
[生]与电源负极相连（阴极）的石墨棒上：逐渐覆盖一层红色的铜；与电源正极相连（阳极）的石墨棒上：有气泡产生，湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色。
[讲解]CuCl2在水溶液中完全电离生成Cu2+和Cl-；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。
[板书]电极反应：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu (还原反应)
总反应：CuCl2Cu＋Cl2↑
[小结]电解质溶液在导电过程中有新物质产生，是化学变化。
[投影]
电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
电解池：将电能转化为化学能的装置。
[提问]那么电解池的构成需要哪些条件呢？
[投影]电解池的构成：
(1)有与电源相连的两个电极。(2)电解质溶液(或熔融电解质)。(3)形成闭合回路。
[讲解]通电时，电子从电源的负极沿着导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子定向运动形成内电路，阳离子在阴极得到电子，发生还原反应，阴离子在阳极失去电子，发生氧化反应，电子沿导线流入直流电源的正极。
[师]学习了电解的基本原理，那么阴、阳极应该如何判断，电极反应式又该如何书写呢？
[投影并讲解]
1、阴、阳极的判断
(1)根据外接电源的正、负极判断
电源正极连接阳极，电源负极连接阴极。
(2)根据电极产物判断
电极溶解、逸出O2(或电极区变酸性)或逸出Cl2的一极为阳极；析出金属或逸出H2(或电极区变碱性)的一极为阴极。
2、电极反应式的书写步骤
(1)分析电解质水溶液的组成：找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。
(2)排出阴、阳两极的放电顺序
①阳极
活性电极：金属做阳极(Pt、Au除外)，金属本身被电解；
惰性电极(Pt、Au、石墨等)：还原性强的离子先放电，放电顺序为S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。
②阴极(放电顺序与电极材料无关)
氧化性强的离子先放电，放电顺序为Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水中)。
(3)写出两极电极反应式
①阳极：活性电极失去电子生成相应的金属阳离子；溶液中的阴离子失去电子生成相应的单质或高价态化合物。
②阴极：溶液中的阳离子得到电子生成相应的单质或低价态化合物。
(4)写出电解总反应式
在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应式相加即可得总反应方程式。
[提问]那么电解有哪些规律呢？
[投影并讲解]惰性电极电解电解质溶液的规律
知识点二 电解原理的应用
[过渡]电解的原理在工业上有哪些应用呢？下面就向同学们介绍几个电解原理在工业上应用的事例。
[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。
[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。
[投影]
阳极：2Cl－-2e－==Cl2↑ (氧化反应)。
阴极：2H2O＋2e－==H2↑＋2OH－ (还原反应)。
总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
[强调]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。
[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。
[讲解]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。 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。 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。
[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。
[投影]
[强调]电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。在电解原理的几个常见应用中，电镀铜和电解精炼铜比较相似，但注意区别：电镀铜过程中，溶液中离子浓度不变；电解精炼铜过程中，由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上只有Cu2＋被还原，所以溶液中的阳离子浓度会发生变化，同时阴、阳两极的质量的变化值也不相等。
板书设计
4.2 电解池
一、电解原理
（一）电解CuCl2溶液
（二）电解和电解池
1、电解
2、电解池
3、电解池的构成
（三）电解池工作原理
（四）阴、阳极的判断及电极反应式的书写步骤
（五）惰性电极电解电解质溶液的规律
二、电解原理的应用
1、电解饱和食盐水
2、电镀
3、电冶金类型
实例
电极反应式和总反应式
溶液pH
变化
溶液复原方法
电解
水型
含氧酸
H2SO4
阳极：4OH-－4e-===2H2O+O2↑
阴极：4H++4e-===2H2↑
总反应：2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑
减小
加水
强碱
NaOH
增大
活泼金属的
含氧酸盐
KNO3
不变
电解
电解
质型
无氧酸
(氢氟酸除外)
HCl
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
总反应：2HCleq \(=====,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑
增大
通入
HCl
气体
不活泼金属
的无氧酸盐
CuCl2
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Cu2+＋2e－=Cu
总反应： CuCl2eq \(=====,\s\up7(电解))Cu＋Cl2↑
－
加
CuCl2
固体
放氢
生碱型
活泼金属的无氧酸盐
NaCl
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
总反应：2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
增大
通入
HCl
气体
放氧
生酸型
不活泼金属的含氧酸盐
AgNO3
阳极：4OH-－4e-===2H2O+O2↑
阴极：4Ag++4e-===4Ag
总反应：4AgNO3＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))4Ag+O2↑+4HNO3
减小
加入
Ag2O
固体
总反应化学方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
阳极：6O2－－12e－===3O2↑
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al