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2019-2020年高中化學(xué)（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(xué)目標(biāo) 1.使學(xué)生理解電解原理。 2.使學(xué)生了解銅的電解精煉。 3.使學(xué)生了解電鍍銅。 4.培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析推理、歸納總結(jié)、探究、自學(xué)等能力。 5.使學(xué)生認(rèn)識電解原理在實(shí)際生活中的應(yīng)用。 ●教學(xué)重點(diǎn) 電解原理。 ●教學(xué)難點(diǎn) 1.離子放電的實(shí)質(zhì)。 2.原電池和電解池的比較。 ●教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)、探究、比較、討論、自學(xué)等。 ●教學(xué)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)、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(xué)過程 第一課時 ［實(shí)驗(yàn)引入］ ［師］請大家仔細(xì)觀察下面兩個實(shí)驗(yàn)的組成裝置(如圖)，并分析實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的現(xiàn)象。 ［演示實(shí)驗(yàn)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(dǎo)線連接，并在導(dǎo)線中間接入一個電流計(jì)，如圖Ⅰ，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 ［演示實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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，接通直流電源(向?qū)W生指明電源的正負(fù)極)，觀察現(xiàn)象。 ［甲同學(xué)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(xué)回答Ⅱ的現(xiàn)象］實(shí)驗(yàn)Ⅱ中沒有明顯現(xiàn)象發(fā)生。 ［丙同學(xué)回答Ⅲ的現(xiàn)象］與電源負(fù)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{(lán)。 ［教師對學(xué)生的回答作出評價］ ［師］請大家思考并回答實(shí)驗(yàn)1、2所發(fā)生現(xiàn)象的原因。 ［學(xué)生思考后回答］實(shí)驗(yàn)1的裝置為原電池裝置，其中鋅電極為負(fù)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(jìn)入溶液，電子沿導(dǎo)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(xué)能轉(zhuǎn)變成了電能的緣故。 實(shí)驗(yàn)2因不符合構(gòu)成原電池的條件，故不發(fā)生化學(xué)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(xué)過的內(nèi)容，其特點(diǎn)是可把化學(xué)能自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，其中電子流出的一極為負(fù)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(dǎo)線流向負(fù)極。 ［想一想］原電池的電解質(zhì)溶液中，陰、陽離子的運(yùn)動方向如何？ 答案：電解質(zhì)溶液中的陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)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(fù)極鋅電極，因其周圍有較多的陽離子——鋅離子)。 ［議一議］實(shí)驗(yàn)2和3的裝置有何區(qū)別？引起它們實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不同的原因是什么？對于實(shí)驗(yàn)3中出現(xiàn)的現(xiàn)象你能解釋嗎？ ［學(xué)生分組討論，并匯報討論結(jié)果，進(jìn)行交流］ 答案：實(shí)驗(yàn)2和3的裝置區(qū)別在于：實(shí)驗(yàn)3比實(shí)驗(yàn)2多了一個直流電源裝置；這說明實(shí)驗(yàn)3產(chǎn)生的現(xiàn)象皆是因通直流電的緣故。 與電源負(fù)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)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{(lán)，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(shí)驗(yàn)3中發(fā)生的化學(xué)變化是由于通了直流電的緣故，即通電導(dǎo)致了化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，亦即，電能轉(zhuǎn)變成了化學(xué)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(jìn)行?；瘜W(xué)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(xué)習(xí)的重點(diǎn)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(diǎn)學(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)3，實(shí)際上就是在電解CuCl2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(fù)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(biāo)出是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)。 ［學(xué)生練習(xí)，請一位同學(xué)上黑板寫出］ ［學(xué)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)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(xué)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(xué)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(yùn)動？與原電池中的離子運(yùn)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(fù)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(yùn)動情況我們可表示如下： ［電腦演示CuCl2溶液在通電前后的運(yùn)動情況，可按下圖設(shè)計(jì)成三維動畫］ ［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(fù)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(dǎo)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，電子從電源的負(fù)極沿導(dǎo)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(dǎo)線流回電源的正極。 電解CuCl2溶液的化學(xué)反應(yīng)方程式實(shí)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(dǎo)電和電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電是否一樣？ 答案：不一樣。金屬導(dǎo)電是由于自由電子的定向移動；電解質(zhì)溶液導(dǎo)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(jìn)一步追問］那么，在陰極為何是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(xué)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(shí)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(qiáng)的離子越易得電子，還原性越強(qiáng)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(dāng)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(xué)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(xué)習(xí)電解原理，掌握離子的放電順序是很重要的。 ［板書］3.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(xí)］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(xué)生練習(xí)，教師巡視］ ［請兩位同學(xué)上黑板書寫，各寫3個］ ［學(xué)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(qiáng)堿溶液以及活潑金屬含氧酸鹽溶液的電解，實(shí)質(zhì)為電解水。電解質(zhì)本身起增強(qiáng)水的導(dǎo)電性的作用。 ［想一想］若實(shí)驗(yàn)1的裝置通上直流電，其現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)3是否相同呢？ ［學(xué)生思考后回答］ 甲種回答：現(xiàn)象一樣，因?yàn)殡娊獾耐荂uCl2溶液。 乙種回答：現(xiàn)象不一樣，因?yàn)樗鼈兯秒姌O不一樣。 ［師］實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的惟一標(biāo)準(zhǔn)，下面我們通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行甄別。 ［演示實(shí)驗(yàn)4］用碳電極作陰極，鋅電極作陽極電解CuCl2溶液。 ［提示學(xué)生和實(shí)驗(yàn)3現(xiàn)象比較］ ［問］上述實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)3的現(xiàn)象有何異同？ ［生］相同點(diǎn)：陰極均有紅色物質(zhì)出現(xiàn)； 不同點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)3的陽極有氣體產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)4沒有。 ［問］你知道這是為什么嗎？ ［生］必定是因?yàn)殇\作陽極之故。 ［師］那么，你能寫出實(shí)驗(yàn)4的電極反應(yīng)式嗎？ ［教師指導(dǎo)學(xué)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(rèn)識的電解池與以前學(xué)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(xué)生討論、比較］ ［教師板書］4.原電池和電解池的比較。 ［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(xí)］ 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(fù)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(xué)中的電學(xué)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1.610－19 C，則下列說法正確的是(溶液密度均為1 gcm－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(qiáng)度約為134 A D.溶液的質(zhì)量減少25 g ［學(xué)生練習(xí)，教師巡視］ ［講解］用石墨電極電解稀H2SO4溶液，實(shí)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10－350=10－2V 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2.53=3.75 mol,B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯；由于選項(xiàng)A中氣體未指明狀態(tài)，故A項(xiàng)錯誤；電解2.5 mol水，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2.52=5 mol，由q=It，可知I=≈134 A,C項(xiàng)正確。 答案：BC ［小結(jié)］本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)。 ［布置作業(yè)］ 習(xí)題：一、3 三、2 ●板書設(shè)計(jì) 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)的過程叫做電解。 2.電解池(電解槽)：把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)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(xué)說明 本課時主要采用了實(shí)驗(yàn)、比較、探究等教學(xué)方法。這樣做的理由是： 1.可使學(xué)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(xué)生對二者的混淆。 2.用實(shí)驗(yàn)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(yùn)動并形象地表達(dá)各極反應(yīng)，也是為了使學(xué)生的印象更加深刻。 3.讓學(xué)生觀察思考、討論，并最終自己得出結(jié)論的做法可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時可培養(yǎng)學(xué)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(xué)生的綜合素質(zhì)。 另外，本課時還特意補(bǔ)充了金屬電極做陽極的知識，這主要是為下一課時的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備，同時加深學(xué)生對電解原理的認(rèn)識。