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。