2022年福建省漳州市芗城中学高二化学专题一电解池的工作原理及应用教学案 .pdf

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1、多练出技巧巧思出硕果专题一电解池的工作原理及应用三、教学过程：【复习提问】我们知道，金属钠、钙、热水器里的镁棒、各种铝合材，都是极为活泼的金属，这些金属是怎么冶炼出来的呢？这就涉及到我们今天研究的课题：电解的原理及其应用 （板书）【复习】 1molNa 在氯气中燃烧放出411kJ 的热量，试写出该反应的热化学方程式。2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s) ?H=-822.3kJ/mol 那么氯化钠能否分解生成金属钠呢？【设问】如果要让氯化钠分解生成金属钠，就必须提供能量，比如电能。实践证明，熔融氯化钠在通电条件下就可以分解生成金属钠。它的原理是怎样的呢？【讲述】金属钠是在1807 年通过

2、电解氢氧化钠制得的，这个原理应用于工业生产，约在1891年才获得成功。 1921 年电解氯化钠制钠的工业方法实现了。由于金属钠在现代技术上得到重要应用，它的产量显著地增加。目前，世界上钠的工业生产多数是用电解氯化钠的方法，少数仍沿用电解氢氧化钠的方法。【过渡】下面我们以就以电解熔融NaCl 为例来分析电解的原理。【交流研讨】P18 1. 通电后，熔融氯化钠中Na+和 Cl-各向哪个方向移动？2. 移动到两极表面的Na+和 Cl-将发生什么变化？【分析】通电前熔融NaCl 中存在 Na+和 Cl-，作无规则运动，接通电源后，Na+ 移向与电源负极相连的电极并得到电子（叫放电）被还原为Na，Cl-

3、移向与电源正极相连的电极并失去电子（也叫放电）被氧化。阳极： 2Cl- - 2e-= Cl2（氧化反应）阴极： 2Na+2e-=2Na （氧化反应）总反应： 2Na+2Cl-电解Cl2 +2Na2NaCl 电解Cl2 +2Na【点拨】这就是工业上电解冶炼金属的基本原理。【总结】一、电解的概念使直流电通过电解质溶液或熔融电解质而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解二、电解池：1、概念：电能转化成化学能的装置叫电解池或电解槽。2、电解池的构成条件熔融 NaCl石墨石墨精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页多练出技巧巧思

4、出硕果1）直流电源2）两个固体电极，与电源正极相连的叫阳极，发生氧化反应与电源负极相连的叫阴极，发生还原反应3）离子导体离子导体（熔融态电解质或电解质溶液）4）构成闭合回路3、电子的流向：在电解池中，电子从电源的负极流向电解池的阴极，氧化剂在阴极得电子发生还原反应，电子从电解池的阳极流向电源的正极，还原剂在阳极失去电子，发生氧化反应。在溶液中，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。总结归纳 原电池与电解池在能量转换、离子的迁移方向、发生氧化反应的电极、发生还原反应的电极的不同及在反应原理上的相同点。【 原电池与电解池的比较】整理与归纳：P 21电解池原电池负极：氧化反应正极：还原反应阳极：氧化反应阴

5、极：还原反应电极反应离子移动方向举例说明能量转换电子流向化学能转化为电能电能转化为化学能铜锌原电池；氢氧燃料电池氯碱工业；电镀负极正极阳极流出；阴极流入装置举例阳离子移向正极，阴离子移向负极阳离子移向阴极，阴离子移向阳极【过渡与设问】 电 解过程不仅可以在熔融电解质中进行，也可以在电解质溶液中进行。如果我们把上述装置中的离子导体熔融NaCl 改成 NaCl 溶液，电解的结果会怎么样呢？【活动探究1】三、电解原理的应用1、电解饱和食盐水请你分析饱和食盐水中可能存在哪些离子，通电后它们分别移向哪个电极，可能发生的电极反应是什么？产物如何检验？现象电极反应式阳极有黄绿色气体，使湿润淀粉 KI 试纸变

6、蓝2Cl- - 2e-= Cl2 阴极有无色气体产生，溶液滴酚酞试液变红色2H+ + 2e- = H2 电解反应【演示】电解饱和食盐水。【教师板演】2NaCl + 2H2O = H2 +Cl2+ 2NaOH 电解精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页多练出技巧巧思出硕果通电前： NaCl=Na+Cl- H2OH+O H- 通电后：Na+、H+移向阴极， Cl-、OH-移向阳极。那谁放电呢？【讲解】人们根据大量事实总结出了如下规律1、一般说来，金属越难失电子，其阳离子就越易得电子即K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3

7、+ Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+Ag+ 得电子越来越易2、同样，非金属越难得电子，其阴离子就越易失电子即SO42- OH- Cl- Br- I- S2- 失电子能力越来越易所以，电解饱和食盐水时，在阴极上H+优先放电2 H+2e-=H2 （还原反应），而在阳极上Cl-优先放电：2Cl-e-=Cl2 （氧化反应） 。在阴极：由于：2H+2e-=H2 ，H+不断被消耗，促进H2OH+OH- 向右移动，破坏了水的电离平衡，c（OH-）的浓度相对地增大了，因此，在阴极附近形成了氢氧化钠溶液。总的电解化学方程式怎么写？【板演】练习巩固 举例以石墨为两极电解常见的酸、碱

8、、盐溶液，分析放电离子、写出电极反应及产物。硫酸溶液：盐酸：NaOH 溶液 : CuCl2 溶液：KCl 溶液：CuSO4 溶液：作业： P22 1、2 导学 p14 知识能力构建一【 思考】假如你是化工工程师，请从原理上谈谈你将如何生产大量的盐酸、烧碱和84 消毒液（次氯酸钠溶液）？【讲解】：这就是氯碱工业的核心原理。具体生产工艺则属于化学与技术范畴，感兴趣的同学课下可查阅相关资料进一步了解。【活动探究2】如果我们把上述电解池中的离子导体换成Na2SO4 溶液，结果又会怎样？请同学们根据前面的方法结合离子放电顺序分析两极产物各是什么？石墨电极石墨电2NaCl + 2H2O = H2 +Cl2

9、 + 2NaOH 电解精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页多练出技巧巧思出硕果【点评】这实际上就是初中学过的电解水，Na2SO4 的作用仅起到增强溶液导电性的作用。【讲解】电解水获得氢能成本太高，如何通过水廉价获得氢能的技术还有待突破。【活动探究3】如果将上述装置中的阴阳极均换成Fe 电极，结果又会怎么样？演示：演示：现象：阳极附近溶液变浅绿色，阴极有无色气泡冒出电极反应：阳极：Fe 2e- = Fe2+ 阴极： 2H+ +2e- =H2总反应： Fe + 2H2O = Fe（OH）2 + H2小结： 如果阳极材料为

10、金属时（Pt Au 等惰性金属除外）通常金属阳极材料优先失去电子；当阳极材料为石墨（或惰性金属电极）时，才考虑溶液中阴离子失去电子。阴极材料无论是惰性电极还是活动金属电极，都是溶液中的阳离子在阴极上放电。【过渡】受此启发，大家想，可否利用电解原理在铝制钥匙上镀上一薄层铜？请看活动探究4 【活动探究4】在钥匙上镀铜材料：铜片，石墨棒，钥匙，CuSO4 溶液，导线，电源请根据电解原理，设计实验方案并检验，然后得出结论实验方案内容电镀原理阳极：Cu 2e- = Cu2+ Na SO溶液铁电极铁电极精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共

11、 10 页多练出技巧巧思出硕果阴极： Cu2+ 2e- =Cu 电镀方案CuSO4 溶液电极材料阳极：铜片，阴极：钥匙电镀液CuSO4 溶液镀件钥匙【引导学生分析评价】对学生可能的出现的几种情况，如钥匙作阳极、石墨作阳极、铜作阳极等，进行分析评价。确定最佳方案。【讲述】：这就是电镀的原理。利用电解原理，在金属表面镀上一薄层其它金属或合金的方法叫电镀，电镀的主要目的是增强金属的抗腐蚀能力、耐磨性或改善金属制品的外观。电镀原理在工业上被大量应用，如电镀拉手，镀镍自行车把等。小结：在电镀槽中，一般把待镀金属（即镀件）作阴极，镀层金属（如用惰性电极作阳极，则电镀不均匀）作阳极，含镀层金属离子的溶液为电

12、镀液。根据电镀原理可否把一块粗铜提纯？【活动探究5】电解精炼若提供一块粗铜（含Zn、Fe、Au、Ag 等杂质），一块纯铜， CuSO4 溶液，电解池，直流电源，如何根据电镀原理提纯粗铜，请设计实验装置。【师生分析】 ：阳极 Zn、Fe 比 Cu 先放电，但Zn2+、Fe2+在阴极上不放电，阴极上只有Cu2+放电，阳极上的Au、Ag 等金属不放电而沉积于阳极下面形成阳极泥（可从中回收贵金属）这样阴极上获得的就是高纯度的铜。这一原理在工业上叫电解精炼，可制得纯度高达99.95-99.98%的铜，从而满足生产生活中大量的导线需求。【小结反思】1、给你一个电解装置如何分析其电极产物？一看电源（确定阴阳

13、极）二看阳极材料（是活动金属还是惰性电极）；三看离子导体（看有什么离子）四看离子移动（分别移向哪个电极）五看何种离子放电（依据放电顺序）铜电极钥匙精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页多练出技巧巧思出硕果1、池型的判断有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的电解池。小结：一、原电池与电解池的比较及判断：3、电解池放电顺序的判断阳极放电：1）惰性电极：则溶液中阴离子放电。2）非 惰性电极：电极材料首先失电子。阴极放电：电极材料受保护，溶液中阳离子放电

14、。2、电极的判断原电池，看电极材料，电解池看电源的正负极。三、电解规律阴极阳极氯气铜实例电极反应浓度PH值复原CuCl2阳极：2Cl-2 e-=Cl2阴极：Cu2+ 2e-=2Cu减小减小CuCl2CuCl2溶液CuCl2Cu+Cl2电解精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页多练出技巧巧思出硕果阳极阴极氧气氢气实例电极反应浓度PH值复原Na2SO4阳极: 4OH-4e-2H2O+O2阴极 : 4H + 4e-2H2 变大不变加H2ONa2SO4溶液2H2O 2H2 + O2电解阳极阴极氯气氢气实例电极反应浓度PH值复原

15、NaCl阳极: 2Cl-2e-Cl2阴极: 2 H + 2e-H2 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 + Cl2电解减小增大加HClNaCl溶液CuSO4复原PH 值浓度电极反应实例阳极阴极氧气铜阳极: 4OH-4e-2H2O+O2阴极：Cu2+ 2e-Cu减小减小加CuOCuSO4溶液2CuSO4+2H2O 2Cu +O2 + 2H2SO4电解精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页多练出技巧巧思出硕果电解规律（惰性电极）小结阳极：S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根 F- 与 区：电解本身型如 CuC

16、l2、 HCl 与 区：放氢生碱型如 NaCl 与 区：放氧生酸型如 CuSO4、 AgNO3 与 区：电解水型如 Na2SO4、 H2SO4、 NaOH阴极：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+ （ H+） Al3+Mg2+Na+电解质溶液用惰性电极电解的示例：溶质和溶剂同时电解仅溶质电解仅溶剂水电解实例物质类别溶液复原方法溶液PH变化电极反应举例电解类型含氧酸H2SO4强碱NaOH活泼金属的含氧酸盐Na2SO4无氧酸HCl阳极：4OH- 4e- O2+2H2O阴极：4H+ 4e-2H2减小增大不变H2O阳极：2Cl-2e- Cl2阴极：2H+2e-H2增大HCl不活泼金属的无氧酸盐C

17、uCl2阳极：2Cl-2e- Cl2阴极：Cu2+2e-Cu 减少CuCl2活泼金属的无氧酸盐NaCl阳极：2Cl-2e- Cl2阴极：2H+2e-H2增大HCl不活泼金属的含氧酸盐CuSO4阳极：4OH-4e- O2 +2H2O阴极：2Cu2+4e-2Cu 减小CuO（A ）（B ）（ C ）（ D ）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe1.写出下列装置的电极反应式，并判断A 、 B 、 C 溶液PH值的变化。巩固练习精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页多练出技巧巧思出硕果2.

18、如上图所示，通电后A极上析出Ag，对该装置的有关叙述正确的是A.P 是电源的正极B.F 极上发生的反应为：4OH-4e-=2H2O+O2C. 电解时，甲、乙、丙三池中，除E、 F两极外，其余电极均参加了反应D. 通电后，甲池的PH减小，而乙、丙两池溶液的PH不变B 3.用铂电极电解下表中各组物质的水溶液，电解一段时间以后，甲、乙两池中溶液的pH 值均减小，而在和两极，电极产物的物质的量之比为1 2 的是甲乙?A B C D? 甲KOH H2SO4Na2SO4CuSO4? 乙CuSO4 AgNO3 HClHNO3D4. 为下图所示装置中，a 、 b 都是惰性电极，通电一段时间后，b 极附近溶液呈

19、红色。下列说法正确的是A X 是正极，Y 是负极B X 是负极，Y 是正极C CuSO4溶液的PH 值逐渐减小D CuSO4溶液的PH 值不变a?X Y ?bPtCuCuSO4溶液NaCl和酚酞溶液AC 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页多练出技巧巧思出硕果5. 用两支惰性电极插入50mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的PH 值从6.0 变为3.0 时 (设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是：A 、 27mg B、 54mgC 、 108mg D、 216mgB精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页