新授课
第四章 化学反应与电能
第6课时 电解原理的应用
【学习目标】
1.了解电解原理在工业生产中的应用，掌握电解饱和食盐水的原理。 2.认识电解在电镀、精炼铜、电冶金等方面的应用。
【学习活动】
学习任务
目标一：了解电解原理在工业生产中的应用，掌握电解饱和食盐水的原理。 任务1：实验——在U形管中装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用石墨棒作阳极，铁棒作阴极。把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近。接通直流电源后，观察U形管内产生的现象及试纸颜色的变化。【视频】电解饱和食盐水实验 实验现象： （1）电解液中存在的离子有哪些？通电后离子移动的方向如何？分别在两极上放电的离子是什么？ （2）电解时两极得到的产物分别是什么？写出电极反应式和总的电解化学方程式。 （3）电解一段时间后，得到的混合液能使红色布条褪色的原因是什么？用上述电解法制得的NaOH纯净吗？ （4）工业制取烧碱时，如何避免Cl2与NaOH溶液反应，从而提高NaOH的纯度？如何充分利用两极产生的气体，变废为宝？ 任务2：烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。工业电解食盐水制备烧碱时必须阻止OH－移向阳极，以使氢氧化钠在阴极溶液中富集，常用阳离子交换膜将两极溶液分开，使阳离子能通过阳离子交换膜，而阴离子不能通过。 分析下图各进出口对应物质分别是什么？
目标二：认识电解在电镀、精炼铜、电冶金等方面的应用。 任务1：阅读教材p104内容，完成下列问题。 1.请你设计一个实验:在铁钥匙表面镀上一层铜。指出阴极、阳极材料和电解质溶液,写出电极反应式,并画出装置示意图,叙述实验现象。 2.电镀铜实验装置中若两极上的材料互换，能在铁钥匙的表面镀上一层铜吗？为什么？ 3.电镀时,若用镀层金属作阳极材料,电镀液中的阳离子浓度是否会发生明显的变化 4.为了使镀层厚度均匀、光滑致密、与镀件的附着力强，通常可采用哪些措施？ 任务2：1.粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用硫酸铜溶液作电解质溶液。绘制铜的电解精炼示意图，写出阴、阳极发生的电极反应。 2.电解精炼过程中，粗铜中的杂质（Zn、Fe、Ag、Au等）是如何被除去？电解液的浓度是否不变？ 3.金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程，从它们的化合物中还原出来。如Mn＋＋ne－===M。电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼钠、镁、铝等活泼金属。写出分别电解熔融NaCl、熔融MgCl2和熔融Al2O3制钠、镁、铝的电极反应。 总方程式阳极、阴极反应式冶炼钠冶炼镁冶炼铝
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
2新授课
第四章 化学反应与电能
第6课时 电解原理的应用
【学习目标】
1.了解电解原理在工业生产中的应用，掌握电解饱和食盐水的原理。 2.认识电解在电镀、精炼铜、电冶金等方面的应用。
【学习活动】
学习任务
目标一：了解电解原理在工业生产中的应用，掌握电解饱和食盐水的原理。 任务1：实验——在U形管中装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用石墨棒作阳极，铁棒作阴极。把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近。接通直流电源后，观察U形管内产生的现象及试纸颜色的变化。【视频】电解饱和食盐水实验 实验现象：电流表的指针发生偏转，U形管内阴极区溶液变红且有无色无味的气体产生，阳极放出有刺激性气味的黄绿色气体，湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 （1）电解液中存在的离子有哪些？通电后离子移动的方向如何？分别在两极上放电的离子是什么？ 参考答案：电解液中存在的离子是Na＋、H＋、Cl－、OH－；通电后，U形管中的Cl－、OH－移向阳极，依据放电顺序：Cl－>OH－可知，Cl－在阳极上先放电，Na＋、H＋移向阴极，依据放电顺序：H＋>Na＋可知，H＋在阴极上先放电。 在阴极H2O电离出的H+放电,使c(OH-)增大,即阴极区产生碱,阴极先使酚酞变红色。 （2）电解时两极得到的产物分别是什么？写出电极反应式和总的电解化学方程式。 参考答案：阳极产物是Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极产物是H2和NaOH，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 总反应式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 （3）电解一段时间后，得到的混合液能使红色布条褪色的原因是什么？用上述电解法制得的NaOH纯净吗？ 参考答案：电解饱和食盐水时阴极区生成NaOH，阳极区生成Cl2，二者发生反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，NaClO具有漂白性，故能使有色布条褪色。用上述方法制得的NaOH溶液中混有NaCl和NaClO，纯度较低。 （4）工业制取烧碱时，如何避免Cl2与NaOH溶液反应，从而提高NaOH的纯度？如何充分利用两极产生的气体，变废为宝？ 参考答案：工业用离子交换膜电解槽来制烧碱，阳离子交换膜把电解池分成阳极室和阴极室，从而避免了Cl2与NaOH溶液的接触反应，提高了NaOH的纯度。电解时两极产生H2和Cl2，可以使二者发生反应生成HCl，得到盐酸副产品。 任务2：烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。工业电解食盐水制备烧碱时必须阻止OH－移向阳极，以使氢氧化钠在阴极溶液中富集，常用阳离子交换膜将两极溶液分开，使阳离子能通过阳离子交换膜，而阴离子不能通过。 分析下图各进出口对应物质分别是什么？ 参考答案： A：稀氯化钠溶液（淡盐水）；B：饱和氯化钠溶液；C：水（含少量NaOH）；D：浓NaOH溶液；E：H2；F：Cl2。
目标二：认识电解在电镀、精炼铜、电冶金等方面的应用。 任务1：阅读教材p104内容，完成下列问题。 1.请你设计一个实验:在铁钥匙表面镀上一层铜。指出阴极、阳极材料和电解质溶液,写出电极反应式,并画出装置示意图,叙述实验现象。 参考答案：阳极材料:铜片;阴极材料:铁钥匙;电解质溶液:CuSO4溶液。阳极反应式:Cu-2e-Cu2+;阴极反应式:Cu2++2e-Cu。装置示意图如下: 现象:铜片不断溶解,铁钥匙表面镀上一层红色物质。 2.电镀铜实验装置中若两极上的材料互换，能在铁钥匙的表面镀上一层铜吗？为什么？ 参考答案：不能。若两极材料互换，则铁钥匙作阳极，其电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故在铁钥匙的表面不会镀上铜而是被消耗。 3.电镀时,若用镀层金属作阳极材料,电镀液中的阳离子浓度是否会发生明显的变化 参考答案：不会;因为阳极上生成阳离子的物质的量与阴极上消耗阳离子的物质的量相等,所以溶液中阳离子浓度不会发生明显变化。 4.为了使镀层厚度均匀、光滑致密、与镀件的附着力强，通常可采用哪些措施？ 参考答案：用镀层金属作阳极，及时补充溶液中的离子，使溶液中离子浓度保持不变，从而使电镀的速率保持不变，使镀层厚度均匀；适当降低电镀时直流电源的电压；在电镀液中加入少量的表面活性剂；镀件表面要洁净、平整等。 任务2：1.粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用硫酸铜溶液作电解质溶液。绘制铜的电解精炼示意图，写出阴、阳极发生的电极反应。 参考答案：粗铜作为阳极材料，精铜（纯铜）作为阴极材料，离子导体为硫酸酸化的CuSO4溶液。 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 阳极：Cu(粗铜)－2e－===Cu2＋（主要） Zn－2e－===Zn2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Ni－2e－===Ni2＋ 2.电解精炼过程中，粗铜中的杂质（Zn、Fe、Ag、Au等）是如何被除去？电解液的浓度是否不变？ 参考答案：粗铜中比Cu活泼的金属Zn、Fe等失去电子，产生的阳离子残留在溶液中，不如Cu活泼的Ag、Au等以金属单质的形式沉积在电解槽的底部，形成阳极泥，粗铜中的Cu在精铜上析出。 由于在阳极上，Fe、Zn、Ni比Cu活泼，都能失电子而进入溶液，而在阴极上，溶液中氧化性较强的Cu2＋会优先于H＋、Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋得电子，所以CuSO4溶液浓度会略有降低。 3.金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程，从它们的化合物中还原出来。如Mn＋＋ne－===M。电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼钠、镁、铝等活泼金属。写出分别电解熔融NaCl、熔融MgCl2和熔融Al2O3制钠、镁、铝的电极反应。 总方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑， 阴极：2Na＋＋2e－===2Na冶炼镁MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑， 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
【学习总结】
回顾本课所学，画出思维导图
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