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1、2022年高中化學(大綱版)第三冊 第四單元 電解原理及其應(yīng)用 第一節(jié)電解原理(第一課時)
●教學目標
1.使學生理解電解原理。
2.使學生了解銅的電解精煉。
3.使學生了解電鍍銅。
4.培養(yǎng)學生觀察、分析推理、歸納總結(jié)、探究、自學等能力。
5.使學生認識電解原理在實際生活中的應(yīng)用。
●教學重點
電解原理。
●教學難點
1.離子放電的實質(zhì)。
2.原電池和電解池的比較。
●教學方法
實驗、探究、比較、討論、自學等。
●教學用具
電腦、投影儀
25% CuCl2溶液、水、CuSO4溶液(或銅氨溶液)、鐵制鑰匙、電鍍制品(如鍍件首飾、水龍頭等)、小燒杯(3個)
2、、電流表、直流電源、石墨電極(3個)、鋅電極、銅片、KI淀粉試紙。
●課時安排
共兩課時。
第一課時:電解原理
第二課時:電解原理的應(yīng)用
●教學過程
第一課時
[實驗引入]
[師]請大家仔細觀察下面兩個實驗的組成裝置(如圖),并分析實驗產(chǎn)生的現(xiàn)象。
[演示實驗1]把一根鋅電極和一根碳電極平行地插入盛有CuCl2溶液的小燒杯中,用導線連接,并在導線中間接入一個電流計,如圖Ⅰ,觀察發(fā)生的現(xiàn)象。
[演示實驗2]在另一個小燒杯中注入CuCl2溶液,插入兩根石墨棒作電極,如圖Ⅱ連接,觀察現(xiàn)象。
[演示實驗3]把圖Ⅱ裝置改成圖Ⅲ樣,并把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在與電源正極相連的電極附近
3、,接通直流電源(向?qū)W生指明電源的正負極),觀察現(xiàn)象。
[甲同學回答Ⅰ的現(xiàn)象]電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),碳電極上有紅色物質(zhì)出現(xiàn)。
[乙同學回答Ⅱ的現(xiàn)象]實驗Ⅱ中沒有明顯現(xiàn)象發(fā)生。
[丙同學回答Ⅲ的現(xiàn)象]與電源負極相連的碳電極上有紅色物質(zhì)析出,與電源正極相連的碳電極上有氣泡放出,該氣體能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{。
[教師對學生的回答作出評價]
[師]請大家思考并回答實驗1、2所發(fā)生現(xiàn)象的原因。
[學生思考后回答]實驗1的裝置為原電池裝置,其中鋅電極為負極,碳電極為正極,形成閉合回路時,鋅失去電子變?yōu)殇\離子進入溶液,電子沿導線流入碳電極,溶液中的銅離子在碳電極上得電子變成銅析出,這也是碳
4、電極上析出紅色物質(zhì)的原因。電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)是由于化學能轉(zhuǎn)變成了電能的緣故。
實驗2因不符合構(gòu)成原電池的條件,故不發(fā)生化學反應(yīng)。
[追問]形成原電池的條件是什么?
[生]兩根活性不同的電極;電解質(zhì)溶液;形成閉合回路。
[教師總結(jié)]很好!原電池是我們高二學過的內(nèi)容,其特點是可把化學能自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽渲须娮恿鞒龅囊粯O為負極,發(fā)生氧化反應(yīng)(草板書:Zn-2e-===Zn2+),電子流入的一極為正極(草板書:Cu2++2e-===Cu),發(fā)生還原反應(yīng),而電流的方向與電子的流動方向恰恰相反,即由正極經(jīng)導線流向負極。
[想一想]原電池的電解質(zhì)溶液中,陰、陽離子的運動方向如何?
答案:電解
5、質(zhì)溶液中的陽離子向正極移動,陰離子向負極移動(如在圖Ⅰ中,Cu2+離子移向正極碳電極上得電子,為保持電荷平衡,Cl-移向負極鋅電極,因其周圍有較多的陽離子——鋅離子)。
[議一議]實驗2和3的裝置有何區(qū)別?引起它們實驗現(xiàn)象不同的原因是什么?對于實驗3中出現(xiàn)的現(xiàn)象你能解釋嗎?
[學生分組討論,并匯報討論結(jié)果,進行交流]
答案:實驗2和3的裝置區(qū)別在于:實驗3比實驗2多了一個直流電源裝置;這說明實驗3產(chǎn)生的現(xiàn)象皆是因通直流電的緣故。
與電源負極相連的碳電極上出現(xiàn)的紅色物質(zhì),分明是銅,這說明溶液中的Cu2+在該電極上得電子被還原成了銅單質(zhì);與電源正極相連的碳棒上有氣體放出,且該氣體能使?jié)駶櫟?/p>
6、碘化鉀淀粉試紙變藍,分析溶液的組成并結(jié)合已知現(xiàn)象,可推得該氣體一定是氯氣,且必定是溶液中的Cl-在電極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)所致。
[教師總結(jié)]由以上的討論我們可知,實驗3中發(fā)生的化學變化是由于通了直流電的緣故,即通電導致了化學反應(yīng)的發(fā)生,亦即,電能轉(zhuǎn)變成了化學能,在這個能量轉(zhuǎn)化的過程中,氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個電極上進行?;瘜W上,我們把這個過程叫做電解。而電解原理及其應(yīng)用便是我們本單元所要學習的重點內(nèi)容。
[板書]第四單元 電解原理及其應(yīng)用
[過渡]本節(jié)課我們重點學習電解原理。
[板書]第一節(jié) 電解原理
一、電解原理
[講解]我們剛才所做的實驗3,實際上就是在電解CuCl2
7、溶液。電解時,兩根相同的碳電極上分別發(fā)生了不同的反應(yīng),產(chǎn)生了不同的現(xiàn)象。為了區(qū)別這兩根電極,我們把與電源負極相連的電極叫陰極,把與電源正極相連的電極稱陽極。
請大家以電解CuCl2溶液為例,寫出陰、陽兩極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式,并標出是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)。
[學生練習,請一位同學上黑板寫出]
[學生板書]陰極:Cu2++2e-===Cu(還原反應(yīng))
陽極:2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反應(yīng))
[師]上述電解反應(yīng)的總反應(yīng)式可寫為:
[板書]CuCl2Cu+Cl2↑
[師]于是,我們可以把電解定義為:
[講解并板書]1.電解:使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)
8、的過程叫做電解。
[講解]這種借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置,也就是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置叫做電解池或電解槽。
[板書]2.電解池(電解槽):把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置。
[想一想]電解池通電發(fā)生反應(yīng)時,其陰極得到的電子總數(shù)和陽極失去的電子總數(shù)是否相等?
答案:相等
[思考]電解池通直流電后,電解質(zhì)溶液中的陰、陽離子怎樣運動?與原電池中的離子運動相比較。
答案:電解池通電時,陰離子向陽極移動,陽離子向陰極移動;在原電池中,陰離子向負極移動,陽離子向正極移動。
[師]電解質(zhì)溶液在通電前后的離子運動情況我們可表示如下:
[電腦演示CuCl2溶液在通電前后的運動情況,可按下圖設(shè)計成
9、三維動畫]
[講解]通電前,Cu2+和Cl-在溶液里自由地移動著(如圖Ⅰ所示);通電后,在電場的作用下,這些自由移動的離子,改作定向移動。帶負電的陰離子向陽極移動,帶正電的陽離子向陰極移動(如圖Ⅱ所示)。
在陽極,Cl-失去電子被氧化成氯原子,并兩兩結(jié)合成Cl2,從陽極放出。在陰極,Cu2+獲得電子被還原成銅原子,覆蓋在陰極石墨棒上。
這樣,電流就依靠溶液里陰離子和陽離子的定向移動而通過溶液,所以電解質(zhì)溶液的導電過程,就是該溶液的電解過程。電解質(zhì)溶液電解時的兩極反應(yīng)及電子移動的情況我們可圖示如下:
[投影展示下圖]
電解池與直流電源的連接
[講解]由上圖可以看出,在電解池中
10、,電子從電源的負極沿導線流入電解池的陰極,陽離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng);陰離子在陽極失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),電子從電解池的陽極流出,沿導線流回電源的正極。
電解CuCl2溶液的化學反應(yīng)方程式實際上就是陽極上的反應(yīng)和陰極上的反應(yīng)的總和。
[思考]金屬的導電和電解質(zhì)溶液的導電是否一樣?
答案:不一樣。金屬導電是由于自由電子的定向移動;電解質(zhì)溶液導電是由于陰、陽離子的定向移動。
[設(shè)問]在CuCl2溶液中,是否只有Cu2+和Cl-?
[生]不是!還有水電離出的H+和OH-。
[追問]通電時,它們分別向哪一極移動?
[生]H+向陰極移動,OH-向陽極移動。
[進一步追問]那么,在陰
11、極為何是Cu2+得電子而不是H+?在陽極為何是Cl-失電子而不是OH-?難道這里有什么規(guī)則嗎?
請大家討論后回答。
[學生討論,并回答]一定是Cu2+比H+更易得電子,而Cl-比OH-更易失電子,得失電子的性質(zhì),實質(zhì)上就是離子氧化性和還原性的體現(xiàn),因此,可得出的結(jié)論是:氧化性越強的離子越易得電子,還原性越強的粒子越易失電子。
[教師總結(jié)]由大家剛才的討論可知,電解時,當電解質(zhì)溶液中同時含有多種離子時,應(yīng)首先考慮何者更易得電子,何者更易失電子,然后再來分析電極上發(fā)生的化學反應(yīng)。
[講解]陽離子得電子,陰離子失電子統(tǒng)稱為離子放電。學習電解原理,掌握離子的放電順序是很重要的。
[板書]3.
12、離子放電順序。
[講解]離子放電順序?qū)嶋H上是和陰、陽離子的還原性和氧化性相對應(yīng)的,其大體順序是:
[講解并板書]
(1)陽離子放電順序
(2)陰離子放電順序
[投影練習]寫出用石墨電解下列溶液的電極反應(yīng)式
CuSO4 Na2SO4 H2SO4 HCl NaOH H2O
[學生練習,教師巡視]
[請兩位同學上黑板書寫,各寫3個]
[學生草板書]
CuSO4:陰極:Cu2++2e-===Cu
陽極:4OH--4e-===2H2O+O2↑
HCl:陰極:2H++2e-===H2↑
陽極:2Cl--2e-===Cl2↑
[教師評價]
[總
13、結(jié)]由以上電極反應(yīng)式并結(jié)合離子放電順序可以看出:含氧酸溶液、強堿溶液以及活潑金屬含氧酸鹽溶液的電解,實質(zhì)為電解水。電解質(zhì)本身起增強水的導電性的作用。
[想一想]若實驗1的裝置通上直流電,其現(xiàn)象與實驗3是否相同呢?
[學生思考后回答]
甲種回答:現(xiàn)象一樣,因為電解的同是CuCl2溶液。
乙種回答:現(xiàn)象不一樣,因為它們所用電極不一樣。
[師]實踐是檢驗真理的惟一標準,下面我們通過實驗來進行甄別。
[演示實驗4]用碳電極作陰極,鋅電極作陽極電解CuCl2溶液。
[提示學生和實驗3現(xiàn)象比較]
[問]上述實驗與實驗3的現(xiàn)象有何異同?
[生]相同點:陰極均有紅色物質(zhì)出現(xiàn);
不同點:實驗
14、3的陽極有氣體產(chǎn)生,實驗4沒有。
[問]你知道這是為什么嗎?
[生]必定是因為鋅作陽極之故。
[師]那么,你能寫出實驗4的電極反應(yīng)式嗎?
[教師指導學生書寫,得到下式]
陰極:Cu2++2e-===Cu
陽極:Zn-2e-===Zn2+
[小結(jié)]電解時,若用金屬電極作陽極,則陽極首先是金屬電極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)(金、鉑做電極除外)
[過渡]今天我們所認識的電解池與以前學過的原電池在能量轉(zhuǎn)換方面正好是相反的。請大家以銅、鋅原電池(稀H2SO4為電解質(zhì))和電解CuCl2溶液的電解池為例,比較它們在組成、原理和功能等方面的差別。
[學生討論、比較]
[教師板書]4.原電池和電解池
15、的比較。
[投影展示]原電池和電解池的比較。
[根據(jù)討論結(jié)果,填寫上表]
答案:
[投影練習]
指出下列裝置名稱,寫出電極名稱、電極反應(yīng)式
答案:A為原電池,B為電解池,且A為B的電解提供電能。
A:C正極:2H++2e-===H2↑
Fe負極:Fe-2e-===Fe2+
B:陰極:Cu2++2e-===Cu
陽極:2Cl--2e-===Cl2↑
[過渡]有關(guān)電解質(zhì)溶液電解的知識,常常和物理學中的電學聯(lián)系在一起,例如
[投影例題]
用石墨電極電解pH=3的稀硫酸溶液50 mL,通電1 h停止電解。此時測得溶液的pH=2,已知每個電子所帶的電量為1.6×
16、10-19 C,則下列說法正確的是(溶液密度均為1 g·cm-3)
A.陰、陽兩極共產(chǎn)生84 L氣體
B.陰、陽兩極共產(chǎn)生3.75 mol氣體
C.電路中電流強度約為134 A
D.溶液的質(zhì)量減少25 g
[學生練習,教師巡視]
[講解]用石墨電極電解稀H2SO4溶液,實質(zhì)上是電解水,所以電解前后溶液中的H+的物質(zhì)的量不變。設(shè)電解后溶液的體積為V,則有10-3×50=10-2×V V=5 mL。故參與電解的水的質(zhì)量:m(H2O)=(50-5)×1=45 g,n(H2O)==2.5 mol,由2H2O===2H2↑+O2↑,可知所得氣體為2.5×3=3.75 m
17、ol,B項正確,D項錯;由于選項A中氣體未指明狀態(tài),故A項錯誤;電解2.5 mol水,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2.5×2=5 mol,由q=It,可知I=≈134 A,C項正確。
答案:BC
[小結(jié)]本節(jié)課我們主要學習了有關(guān)電解原理的知識,有關(guān)電解原理的應(yīng)用,我們將在下節(jié)課中學習。
[布置作業(yè)]
習題:一、3 三、2
●板書設(shè)計
第四單元 電解原理及其應(yīng)用
第一節(jié) 電解原理
一、電解原理
陰極:Cu2++2e-===Cu(還原反應(yīng))
陽極:2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反應(yīng))
CuCl2Cu+Cl2↑
1.電解:使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫
18、做電解。
2.電解池(電解槽):把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置。
3.離子放電順序
(1)陽離子放電順序
(2)陰離子放電順序
4.原電池和電解池的比較。
●教學說明
本課時主要采用了實驗、比較、探究等教學方法。這樣做的理由是:
1.可使學生對原電池和電解池的反應(yīng)原理理解得更深入,更透徹,可有效地避免學生對二者的混淆。
2.用實驗做為理論的依據(jù),可直觀、形象地說明抽象的道理。在本講中用電腦、投影等模仿溶液中離子的運動并形象地表達各極反應(yīng),也是為了使學生的印象更加深刻。
3.讓學生觀察思考、討論,并最終自己得出結(jié)論的做法可提高學生的學習興趣,同時可培養(yǎng)學生的觀察、分析推理、歸納總結(jié)及探究等能力,同時也可提高學生的綜合素質(zhì)。
另外,本課時還特意補充了金屬電極做陽極的知識,這主要是為下一課時的學習做準備,同時加深學生對電解原理的認識。