2020年高中化学 第04章 电化学基础

2020年高中化学 第04章 电化学基础

‎4-3-1‎‎ 电解池（第一课时）‎ 教学目标 ‎1、理解电解原理，会判断电解池、电极产物、电极周围溶液pH值及整个溶液pH值的变化；‎ ‎2、能书写电极反应式及总反应式，培养分析归纳知识的能力。‎ ‎3、利用惰性电极电解氯化铜的实验，探究电解原理，了解电解的应用，特别是电解在电镀、电解精炼、电冶炼等方面的应用。‎ 教学重点：‎ 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。‎ 教学难点：‎ 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。‎ 教学过程：‎ ‎【复习】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？‎ ‎【学生讨论】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，电给世界带来了太多的不可思议，好奇心驱使着人们去进行各种尝试，想看看它还能否出现什么奇特的现象。1807年，当英国化学家载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。他随后用电解法又相继发现了钠、钙、锶、钡、镁、硼、硅等元素，戴维成为发现化学元素最多的。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？（展示几个电解工业的工厂实景）这就是本节课我们要共同探讨的问题。‎ ‎【板书】第四章 电化学基础 ‎ 第三节 电解池 ‎ 一、电解原理 ‎1、电解原理 ‎【设疑】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？‎ ‎【学生实验】学生以学习小组为单位完成 8‎ ‎【实验4-1】（也可将该实验分三步实施），并观察、记录实验现象。教师巡回指导。‎ ‎（1） 将两要碳棒分别插进U型管内的CuCl2溶液中，观察现象 ‎ ‎ 现象：碳棒表面无明显现象 ‎（2） 将两根碳棒用导线相连后，浸入U型管内的CuCl2溶液中，观察现象 ‎ 现象：碳棒表面无明显现象 ‎（3） 将两根碳棒分别跟直流电源的正、负极相连接，浸入U型管内的CuCl2溶液中，接通电源，观察现象 ‎【实验现象】阴极：碳棒上逐渐覆盖了一层红色物质。‎ ‎ 阳极：生成有刺激性气味、能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体。‎ ‎【问】请大家根据实验现象和氯化铜溶液的组成成分以及原有知识分析推断两极生成物的名称。‎ ‎【小结】两极产物 阴极——铜 阳极——氯气 ‎【问】氯化铜溶液在电流的作用下为什么会生成Ｃu和Cl2呢？ ‎ ‎【讲】CuCl2在水溶液中完全电离生成Cu2+和Cl-‎ ‎【板书】 CuCl2 ＝Cu2+＋2Cl－‎ ‎【讲】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。‎ ‎【投影】播放课前制作的多媒体课件，模拟CuCl2溶液中Cu2+和Cl－在通电前后的运动、变化情况。‎ ‎【板书】 阴极： Cu2+＋2e－=Cu （还原反应）‎ 阳极： 2Cl－-2e－=Cl2↑（氧化反应）‎ ‎【小结】电解质溶液在导电过程中有新物质产生，是化学变化。‎ ‎【板书】2、基本概念 ‎（1） 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。 ‎ ‎（2） 把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。‎ ‎（3） 当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程 ‎【学生活动】让学生独立书写电解CuCl2溶液的化学反应方程式。（可以请1—2名学生到黑板上书写，然后讲评）‎ ‎【板书】 CuCl2Cu＋Cl2↑‎ ‎【过渡】下面我们再分析电解池的两个电极。‎ ‎【板书】2、电解池的两极 ‎【讲】电解池的两极是由与之相连的电源电极的极性决定的。‎ ‎【板书】阴极：与电源负极相连的电极。（发生还原反应）‎ 8‎ 阳极：与电源正极相连的电极。（发生氧化反应）‎ ‎【设疑】电解质溶液是如何将电路沟通的呢？‎ ‎【板书】３、电解池中的电子的移动方向 ‎【学生活动】请学生讨论、总结并回答上面提出的问题。‎ ‎【板书】电源负极 →电解池阴极 →电解液中的阳离子（被还原） 电解池中阴离子（被氧化）→电解池阳极 →电源正极 ‎【讲】由上面分析可知：电解质溶液的导电过程必须有阴阳离子的参与，如果溶液中的离子不参加反应，电路就不能沟通，所以电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程。‎ ‎【板书】4、电解的本质：电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程 ‎【问】从上已知CuCl2溶液中存在的离子有：Cu２＋、Cl－、OH－、H＋为什么电解时，只有Cu２＋和Cl－放电？这要涉及到离子的放电顺序问题。‎ ‎【板书】5、离子的放电顺序 ‎【讲】由于各种离子得失电子的能力不同，因此，电解时离子放电难易也不同。‎ ‎【板书】阳离子：Ag+＞Hg2+＞Cu2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+＞Na+＞K+‎ ‎ 阴离子：S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞含氧酸根 ‎【讲】电解电解质溶液时，在阴阳两极上首先发生放电反应的离子分别是溶液里最容易放电的阳离子和最容易放电的阴离子。‎ ‎【讲】我们还要注意的是要先看电极材料，是惰性电极还是活性电极，若阳极材料为活性电极(Fe、Cu)等金属，则阳极反应为电极材料失去电子，变成离子进入溶液；若为惰性电极材料，则根据阳离子的放电顺序，依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式 ‎【板书】6、电极产物的判断 ‎（1） 阳极放电顺序：活泼阳极(金属)>无氧酸根离子>OH―>含氧酸根离子>F― ‎ ‎（2） 阴极放电：溶液中的阳离子放电 ‎【板书】7、电极反应式的书写：列物质，标得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。‎ ‎【讲】首先要分清电极，并分析电极材料和电解质溶液中的阴阳离子，确定放电顺序，牢记三个守恒。电极反应必须写离子放电，总反应中弱电解质写化学式，且总反应中一定要注明条件。‎ ‎【过】下面，我们来重点介绍几组有代表性的电解池及其电极反应式的书写 ‎【投影】用惰性电极电解烧杯里的溶液 ‎1、电解含氧酸 阳极：4OH— —4e— = 2H2O+O2↑‎ 阴极：4H++ 4e— = 2H2↑‎ 8‎ 总的方程式：2H2O 2H2↑+O2↑‎ 结论：用惰性电极电解含氧酸实质是电解水。电解后，酸的浓度增大，即[H+]增大，故溶液的PH减小。‎ ‎2、电解无氧酸 阳极：2Cl— —2e— = Cl2↑‎ 阴极：2H++ 2e— = 2H2↑ ‎ 总的方程式：2HCl H2↑+Cl2↑‎ 结论：用惰性电极电解无氧酸(除HF)，溶质消耗。电解的结果消耗了HCl，即[H+]减小，溶液的PH增大。‎ ‎3、电解可溶性碱 阳极：4OH— —4e— = 2H2O+O2↑‎ 阴极：4H++ 4e— = 2H2↑‎ 总的方程式：2H2O 2H2↑+O2↑‎ 结论：用惰性电极电解强碱实质是电解水。电解后，碱的浓度增大，即[OH-]增大，故溶液的PH增大。‎ ‎4、电解活泼金属的含氧酸盐 阳极：4OH— —4e— = 2H2O+O2↑‎ 阴极：4H++ 4e— = 2H2↑‎ 总的方程式：2H2O 2H2↑+O2↑‎ 结论：用惰性电极电解活泼金属的含氧酸盐实质是电解水。电解后溶液的PH不变，等于7。‎ ‎5、电解不活泼金属的无氧酸盐 阳极：2Cl— —2e— = Cl2↑‎ 阴极：Cu2+ + 2e— = Cu 8‎ 总的方程式：CuCl2 2Cu + Cl2↑‎ 结论：用惰性电极电解不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物)，溶质消耗。电解的结果使[Cu2+]减小，溶液的[H+]减小，溶液的PH略有增大。‎ Cu2+ +2H2OCu(OH)2 + 2H+‎ ‎6、电解活泼金属的无氧酸盐 阳极：2Cl— —2e— = Cl2↑‎ 阴极：4H++ 4e— = 2H2↑‎ 总的方程式：2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2↑+ Cl2↑‎ 结论：用惰性电极电解活泼金属的无氧酸盐，溶质、水同时消耗。电解的结果生成碱，电解后溶液的PH增大。‎ ‎7、电解不活泼金属的含氧酸盐 阳极：4OH— —4e— = 2H2O+O2↑‎ 阴极：Cu2+ + 2e— = Cu 总的方程式：2CuSO4 +2H2O 2H2SO4+2Cu+O2↑‎ 结论：用惰性电极电解不活泼金属的含氧酸盐，溶质、水同时消耗。电解的结果生成酸，溶液的PH减小。‎ ‎【讲】判断溶液中pH的变化，先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物，如果只产生H2没有O2则pH变大。如果只产生O2而无H2，则pH变小。如果既产生O2又有H2，若原溶液呈酸性，则pH减小；若原溶液呈碱性则pH增大；若原溶液呈中性则pH 不变。如果既无O2产生也无H2产生，则溶液的pH均趋于7 ‎ ‎【板书】8、电解规律 ‎（1） 电解质分解型：无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液的电解，水不参加反应 ‎（2） 电解水型：强碱、活泼金属的含氧酸、含氧酸等溶液的电解，只有水参加 ‎（3） 放氢生碱型：电解活泼金属的无氧酸盐时，电解质的阴离子和水电离的H＋放电，溶质和水都参加反应，pH增大 8‎ ‎（4） 放氧生酸型：电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质电离的阳离子和水电离的OH―离子放电，溶质和水都参加反应，pH减小。‎ ‎【小结】本节课我们学习了电解的原理，认识了电解池的功能，下面请同学们在总结本节知识以及回忆前面所学的原电池知识的前提下，填写课前所发放的表格，并注意比较。 ‎ ‎【投影】1、电解与电离的比较 电离 电解 条件 电解质溶于水或熔化状态 电解质电离后，再通直流电 过程 电解质电离成为自由移动的离子 阴、阳离子定向移动，‎ 在两极上放电 举例 CuCl2 ==Cu2＋+2Cl― ‎ CuCl2Cu＋Cl2↑‎ 特点 只产生自由移动的离子 发生氧化还原反应，形成新物质 联系 ‎ 电解必须建立在电离的基础上 ‎2、原电池与电解池的比较 ‎ 装置类别 原电池 电解池 举例 锌铜原电池 电解氯化铜溶液 形成条件 ‎1、活泼性不同的两电极(用导线连接)‎ ‎2、电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)‎ ‎3、形成闭合回路 ‎1、两电极接直流电源 ‎2、两电极插入电解质溶液中 ‎3、形成闭合回路 电极名称 负极：较活泼金属 正极：较不活泼金属(或能导电的非金属)‎ 由电极本身决定 阳极：与电源正极相连的极 阴极：与电源负极相连的极 由外加电源决定 电极反应 负极：氧化反应，金属失电子 正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子 阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子或电极金属失电子 阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子 ‎ 电子流向 负极---导线---正极 电源负极—阴极 电源正极—阳极 能量转变 化学能转换为电能 电能转换为自由能 反应能够自发进行 反应不能够自发进行 8‎ 能否自发进行 主要应用 ‎1、金属电化腐蚀分析 ‎2、金属牺牲阳极的阴极保护法 ‎3、制造多种新化学电源 ‎1、电解食盐水(氯碱工业)‎ ‎2、冶炼活泼金属 ‎3、电解精炼 实质 使氧化还原反应中的电子通过导线定向转移形成电流 使电流通过电解质溶液而阴阳两极引起氧化还原反应的过程 ‎ ‎ 板书设计：‎ 第四章 电化学基础 ‎ 第三节 电解池 一、电解原理 ‎1、电解原理： CuCl2 ＝Cu2+＋2Cl－‎ 阴极： Cu2+＋2e－=Cu （还原反应）‎ 阳极： 2Cl－-2e－=Cl2↑（氧化反应）‎ ‎2、基本概念 ‎（1） 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。 ‎ ‎（2） 把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。‎ ‎（3） 当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程CuCl2Cu＋Cl2↑‎ ‎２、电解池的两极 ‎ 阴极：与电源负极相连的电极。（发生还原反应）‎ 阳极：与电源正极相连的电极。（发生氧化反应）‎ ‎３、电解池中的电子的移动方向 电源负极 →电解池阴极 →电解液中的阳离子（被还原） 电解池中阴离子（被氧化）→电解池阳极 →电源正极 ‎4、电解的本质：电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程 ‎5、离子的放电顺序 阳离子：Ag+＞Hg2+＞Cu2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+＞Na+＞K+‎ ‎ 阴离子：S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH－＞含氧酸根 ‎6、电极产物的判断 ‎（1） 阳极放电顺序：活泼阳极(金属)>无氧酸根离子>OH―>含氧酸根离子>F― ‎ ‎（2） 阴极放电：溶液中的阳离子放电 8‎ ‎7、电极反应式的书写：列物质，标得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。‎ ‎8、电解规律 ‎（1） 电解质分解型：无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液的电解，水不参加反应 ‎（2） 电解水型：强碱、活泼金属的含氧酸、含氧酸等溶液的电解，只有水参加 ‎（3） 放氢生碱型：电解活泼金属的无氧酸盐时，电解质的阴离子和水电离的H＋放电，溶质和水都参加反应，pH增大 ‎（4） 放氧生酸型：电解不活泼金属的含氧酸盐时，电解质电离的阳离子和水电离的OH―离子放电，溶质和水都参加反应，pH减小。‎ 8‎