2022-2023学年鲁科版（2019）高中化学选择性必修一 1.3电能转化为化学能-电解（第一课时）课件（共34张PPT）

(共34张PPT)
电能转化为化学能-电解（第一课时）
自制“84”消毒机
随着疫情防控常态化，“84” 消毒液成为居家必需品，有时会缺货和限购。居家制作84消毒机成为应急之选。
“84”消毒液有效成分为NaClO
“84”消毒液有效成分是什么？
任务一：确定原理
【思考】制备“84”消毒液，利用哪些原理？
将氯气通入氢氧化钠溶液中
Cl2 ＋2NaOH＝NaCl+NaClO+H2O
【思考1】在家里能直接找到Cl2和NaOH吗？
如果直接找不到Cl2和NaOH，能否通过化学反应间接找到并制备呢？
家中有NaCl和H2O，能否通过NaCl和H2O制备Cl2和NaOH，再将Cl2通入NaOH溶液中？
任务一：确定原理
家中无Cl2和NaOH
【思考1】 NaCl中存在Na+和Cl-，如何由NaCl制备Cl2？
【质疑】回顾氯化钠导电性实验
高一：从离子视角认识，通电→灯泡亮→离子定向移动→NaCl=Na++Cl-
高二：从物质视角认识，通电→有无新物质产生？ Na+与Cl-发生了何种变化？
任务一：确定原理
依据“价-类”二维图，如何实现 2Cl— —2e—=Cl2↑？
任务一：确定原理
任务一：确定原理
在家庭中通过此方法制备Cl2合理吗？
该方法需要较高的温度，且无法制备NaOH，不合适
NaCl=Na++Cl—
如何将Cl—转化为Cl2 ，实现2Cl— —2e—=Cl2↑？
如何消除Ｈ+？H2O→OH— 从而生成OH— ？
【思考2】NaCl 水溶液中存在Na+、Cl—、OH—、Ｈ+，根据电解相关知识，如何转化成Cl2 和NaOH？
任务一：确定原理
H2O OH—+H+
结合初中电解水的实验 2 H2O＝2H2↑+O2↑
H2O H++OH— 2Ｈ+＋2e—＝H2↑
根据相关资料，也可写作 2H2O＋2e—＝2OH—＋H2↑
通电
确定电解NaCl 水溶液的电极反应
阳极：2Cl— —2e—=Cl2↑
阴极：2H2O+2e—=2OH—+H2↑
总反应：2H2O+2NaCl=2NaOH+Cl2↑+H2↑
通电
任务一：确定原理
【思考3 】相比于熔融氯化钠，NaCl溶液为多微粒体系，体系中的其他微粒，如Na+、OH—会不会也放电？
饱和食盐水中放电顺序 Cl— ＞OH—，同理 H+ ＞Na+
经过分析，Na+不会影响H+放电，
OH—不会影响Cl—放电
任务一：确定原理
【评价任务】实验室中通过该装置，电解饱和食盐水制备NaOH H2 Cl2，产物在哪一极产生？
阴极产物：NaOH H2
阳极产物：Cl2
【思考】该装置可否用于大规模工业化生产？
任务一：确定原理
氯碱工业 可以分别制得Cl2 NaOH H2
工业大规模电解食盐水的装置是怎样的？
可以制得哪些产品？
任务一：确定原理
1.防止Cl2与NaOH和H2接触，防止防止副反应发生影响产品质量，防止引发不安全因素
2.用于物质的分离、提纯等
【评价任务】阳离子交换膜的作用有哪些？
任务一：确定原理
阳离子交换膜只允许阳离子通过，例如Na+；阴离子不能通过，例如OH-
【思考4】利用电解原理制备Cl2 和NaOH，需要哪些居家原材料？
由电解池的构成要素可知，电解池包括：
电源，电子导体，离子导体，电极材料
任务二：寻找原料
电源：220V交流电 、充电宝（5V直流电）
从安全性和电解池电流方向稳定性考虑，哪种电源合适？
选择充电宝（5V直流电）
电子导体：铜导线
任务二：寻找原料
离子导体：食盐水
电极材料：由电解熔融NaCl装置可知， 选择石墨棒，从废旧5号电池中取出正极
从实验安全性考虑，还要注意哪些问题？
Cl2 有毒，注意防止泄漏污染空气
防止Cl2 与H2混合爆炸
用橡皮筋将铜导线捆扎在石墨棒上
任务三：设计原创
①先制备Cl2和NaOH
制备NaOH
收集Cl2
②再将Cl2通入NaOH中
【评价方案】该装置存在哪些优点？从安全性角度分析，存在哪些缺点？
任务三：设计原创
制备NaOH
收集Cl2
缺点：步骤繁琐，收集Cl2的过程容易泄漏污染空气
优点：可以分别制备Cl2 H2 NaOH
【改进方案】如何改进？
任务三：设计原创
将阳极生成的Cl2通过上方导管插入阴极生成的NaOH溶液中
【学习借鉴】现在市面上有很多“84”消毒液制备机，老师也购买了一部，这些消毒机为何省略了将Cl2通入NaOH溶液中呢？
拆解购买的“84”消毒液制备机，发现阳极和阴极距离较小，让阳极产物Cl2与阴极产物NaOH直接接触反应，省略将Cl2通入NaOH
任务三：设计原创
【改进方案】参照市面上的“84”消毒液制备机，
如何改进该装置呢？
任务三：设计原创
缩短电极间距离
【思考】这个装置的优点有哪些？
棕色瓶，
防止H2与Cl2光照爆炸
任务三：设计原创
【思考】这个装置的优点有哪些？
阳极在阴极的下方，
Cl2在底部生成后，往上冒出，
增加与NaOH溶液接触时间
任务三：设计原创
实验验证
为何产生蓝色沉淀？
任务四：查找原因
预期现象 实际现象
阳极
阴极
产生蓝色沉淀
产生无色气体
产生黄绿色气体
产生无色气体
【思考】有的同学制作完电解食盐水装置后，阳极产生气体极少，未制得84消毒液且瓶中产生蓝色沉淀，为何阳极附近产生蓝色沉淀？
阳极没有产生氯气 蓝色为Cu2+
连接石墨电极的铜丝裸露在NaCl溶液中
Cu—2e—=Cu2+
Cu2++2OH—=Cu(OH)2↓
【归纳总结】
放电顺序：活性金属电极（如Cu Fe Zn）>Cl—＞OH—＞含氧酸根
任务四：查找原因
Cu
【思考】如何设计实验验证你的猜想？
【改进方案】如何进一步改进实验装置？
将铜导线连接在瓶子外部
铜导线不插入NaCl溶液中，观测到预期现象，
缺点：
①两个电极接触容易短路
②电解质溶液较少，制备消毒液量少
任务四：查找原因
任务四：查找原因
【思考】在电解工艺发明之前，通常将Cl2通入NaOH溶液中制备84消毒液。
电解NaCl溶液制备NaClO，原料利用率高
Cl2 ＋2NaOH＝NaCl+NaClO+H2O
电解工艺发明之后，电解总反应为：2H2O+2NaCl=2NaOH+Cl2↑+H2↑
Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O
通电
任务四：查找原因
请分析电解工艺优点
【拓展】从增大电流和离子浓度角度考虑，采取哪些改进措施，制备“84”消毒液效率更高一些？
①提高食盐水浓度，可用饱和食盐水
②增大电极接触面积，换用更粗的碳棒
③减小两电极距离
④提高电源电压
⑤加入导电性物质，如小苏打，但不能加入酸性物质
任务四：查找原因
【思考】加入小苏打NaHCO3溶液会不会改变电极反应，产生杂质？
不会，在水溶液中，含氧酸根HCO3—不会放电
任务四：查找原因
【改进措施】
③减小电极间距离
任务四：查找原因
②换用更粗的碳棒
（从1号废旧电池中取出）
①增加电极数目
4.制作“84消毒机”使用说明书
①100mL水中加入5g左右NaCl
②常温电解
③通电时间10min左右
④84消毒机使用时不能加入酸性物质
⑤反应容器不能为金属
任务四：查找原因
1.构建设计电化学装置的思路模型
1.原理
2.原料
3.原创
4.原因
5.原型
装置维度
任务五：总结原型
制备Cl2和NaOH
充电宝，石墨棒，食盐水
未制得84消毒液，蓝色沉淀如何产生？
设计电解食盐水制备Cl2和NaOH装置
原理维度
现象
电极产物
过程
电极
反应物
失电子场所
电子导体
离子导体
得电子场所
还原剂
氧化剂
氧化产物
还原产物
电子移动方向
阳离子移动方向
阴离子移动方向
失电子
得电子
阳极材料
阴极材料
装置维度
原理维度
2.构建电化学分析模型
疫情防控期间，每天用84消毒液擦拭门把手，久而久之，门把手表面的铜镀层被腐蚀出现破损，如何修补铜镀层呢？需要哪些原料？