2019年高中化学 第04章 电化学基础 专题4.3.2 电解原理的应用教学案 新人教版选修4.doc

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1、14-3-24-3-2 电解池（第二课时）电解池（第二课时）教学目标教学目标1 1、了解氯碱工业，电镀，冶金的原理2 2、培养学生的实验操作能力，团结协作能力、观察能力、分析能力、归纳总结能力以及运用知识解决问题的能力教学重点：教学重点：电解池原理教学难点：教学难点：电解原理的应用教学过程：教学过程：【引言】上节课我们学习了电解的原理，电解是通过电流引起化学反应的过程，即将电能转变成了化学能。电解的原理在工业上有哪些应用呢？这节课就向同学们介绍两个电解原理在工业上应用的事例.【板书板书】二、电解原理的应用二、电解原理的应用【讲】电解饱和食盐水以制备烧碱、氢气和氯气，电解饱和食盐水的工业生产叫氯

2、碱工业。【板书板书】1】1、电解饱和食盐水制烧碱、氢气和氯气、电解饱和食盐水制烧碱、氢气和氯气【投影】实验装置及原理按上图装置，在 U 形管里倒入饱和食盐水，插入一根石墨棒做阳极，一根铁棒做阴极。同时在两边管中各滴入几滴酚酞试液，并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。接通直流电源后，注意管内发生的现象。2【讲】在这个反应中，由于 H在阴极上得到电子而生成 H2，破坏了附近的水的电离平衡，促进了水继续电离，结果阴极区溶液里 OH浓度增大而呈碱性。【板书板书】（1 1） 实验原理：实验原理：阳极阳极( (放电顺序：放电顺序：ClClOHOH) )：2Cl2Cl-2e-2e = ClCl2 2

3、 ( (氧化反应氧化反应) )阴极阴极( (放电顺序：放电顺序：H HNaNa) )：2H2H+2e=H+2e=H2 2 (还原反应还原反应) )总反应：总反应：2NaCl+2H2NaCl+2H2 2O O2NaOH2NaOH +H+H2 2+ ClCl2 2阴极阴极 阳极阳极【注意】在学习电解食盐水的化学原理时，学生往往不容易理解碱为什么在阴极区生成。这点可以从 H在阴极上大量被还原，从而引起水的电离平衡被破坏，来分析在阴极区积累大量 OH的理由。【板书板书】（2 2）工业制备方法）工业制备方法-离子交换膜法离子交换膜法【讲】由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若

4、干个单元槽串联或并联组成。将电解槽隔成阴极室和阳极室和阴极室，它只允许阳离子(Na)通过，而阻止阴离子(Cl、OH)和气体通过。这样既能防止阴极产生的 H2和阳极产生的 Cl2相混合而引起爆炸，又能避免 Cl2和 NaOH 作用生成 NaClO 而影响烧碱的质量。【讲】其原料粗盐中含有泥沙、Ca2、Mg2、Fe3、SO42等杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。【投影】【讲】除杂质时所加试剂的顺序要求是 Na2CO3必须在 BaCl2之后，加入盐酸在过滤之后。【问】工业上为什么要对粗铜进行电解精炼呢？【学生活动】指导学生查找阅读教材中相关内容，请学生代表回答。【问】怎样利用电解的原理精炼粗铜

5、呢？3【板书板书】2】2、电解精炼铜、电解精炼铜粗铜作阳极，纯铜作阴极，用粗铜作阳极，纯铜作阴极，用 CuSOCuSO4 4溶液作电解液。溶液作电解液。【投影】见下页【学生活动】请学生讨论分析电解液中离子的种类，通电后溶液中离子的移动情况和阴极反应。【学生总结】CuSO4溶液中有 Cu2+、H+、SO42-、OH-等四种离子,通电后 Cu2+、H+移向阴极，SO42-、OH-移向阳极，阴极上 Cu2+放电变成 Cu 聚集在阴极板（精铜）上。【板书板书】 阴极阴极( (精铜精铜) )：CuCu2+2+2e2eCuCu【讲】SO42-和 OH-虽然移向了阳极，但是由于阳极板（粗铜）表面的 Cu 原

6、子失电子能力强于二者，故阳极上 Cu 原子失电子被溶解。【板书板书】阳极阳极( (粗铜粗铜) )：CuCu2e2eCuCu2+2+【问】粗铜中所含的杂质（如：Zn、Fe、Ni、Ag、Au 等）是如何除去的呢？【讲】比铜活泼的金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而被溶解掉。如：Zn2eZn2+；Ni2eNi2+；由于这些离子比 Cu2+难以还原，故它们不能在阴极上得电子析出而存留在溶液中。比铜不活泼的金属杂质，在铜失电子溶解时,不能失电子而溶解，故它们以单质形式沉积于电解槽底部，形成阳极泥。【板书板书】比铜活泼的金属杂质比铜活泼的金属杂质以阳离子形式留于溶液中以阳离子形式留于溶液中比

7、铜不活泼的金属杂质比铜不活泼的金属杂质形成阳极泥形成阳极泥【投影】播放课前制作的多媒体课件,模拟电解精炼铜的过程中两极和电解液中离子的变化情况。【问】请大家根据两极上所发生的主要反应分析电解精炼铜过程中的电解液有无变化。【学生活动】学生分析、讨论并回答。【板书板书】电解精炼铜过程中电解精炼铜过程中 CuSOCuSO4 4溶液的浓度基本不变。溶液的浓度基本不变。【过渡】以上我们学习了铜的电解精炼原理，下面我们再共同学习电解原理的另一个应用实例电镀铜。【板书板书】3】3、电镀铜、电镀铜4【问】什么是电镀？电镀的优点有哪些？【学生活动】指导学生查找阅读教材中相关内容，请学生代表回答。【板书板书】（1

8、 1） 电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。（2 2） 电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。（3 3） 镀层金属：通常是在空气或溶液中不易起变化的金属，如镀层金属：通常是在空气或溶液中不易起变化的金属，如 CrCr、ZnZn、AgAg、CuCu 等等【讲】电镀时，把待镀金属制品作为阴极；把镀层金属作为阳极；用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液。通低压直流电，阳极金属在溶液中成为阳离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成金属，在

9、待镀件表面上覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层。【讲】例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。【问】请大家根据电解精炼铜过程中所发生的两极反应，选择在铁制品上镀铜装置的阴极材料、阳极材料和电镀液。【学生活动】学生分析、讨论并回答。【板书板书】（4 4） 在铁制品上镀铜：阳极在铁制品上镀铜：阳极铜铜阴极阴极铁制品铁制品电镀液电镀液CuSOCuSO4 4溶液溶液原理：阳极原理：阳极(Zn)(Zn) Zn-2e=ZnZn-2e=Zn2+2+ 阴极阴极(Fe)(Fe) ZnZn2+2+2e+2e =

10、 ZnZn 【讲】阳极的锌不断氧化成 Zn2+进入溶液，阴极溶液中 Zn2+被还原成锌镀层，因此电镀液中 C(ZnCl2)保持不变。【讲】电镀的特点是“一多、一少、一不变”。一多指阴极上有镀层金属沉积，一少指阳极上有镀层金属溶解，一不变指电解液浓度不变。【讲】这里还需要我们注意的是，电镀生产过程中产生的废水、废气、废渣中含有多种对环境有害的物质，处理后应符合国家规定的排放标准，对其中的有用成分要回收利用。【过】Na、Mg、Al 等活泼金属都可用电解它们的熔融盐或氧化物制得。这种方法是利用电解法来冶炼活泼金属，我们将其称之为电冶金。【板书板书】4】4、电冶金、电冶金（1 1）本质：利用电解使矿石

11、中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来）本质：利用电解使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来（2 2） 适用范围：制取活泼金属单质，如电解适用范围：制取活泼金属单质，如电解 NaClNaCl、MgClMgCl2 2、AlAl2 2O O3 3制取制取 NaNa、MgMg、AlAl 【小结】本节课我们学习了铜的电解精炼和电镀铜的知识，铜的电解精炼类似于“在铜上镀铜”，故掌握电镀的原理是本节的重点。下面请同学们根据所学知识填写课前所发放的表格。5【投影】原电池、电解池与电镀池的比较原电池电解池电镀池定义将化学能转变成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用电解原理在某些金属表面

12、上镀一层其他金属的装置形成条件活泼性不同的两电极连接，电解质溶液，形成闭合电路两电极接直流电源，并插入电解质溶液中，形成闭合回路镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极，电镀液必须含有镀层金属的离子 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阳极：与电源正极相连阴极：与电源负极相连同电解池，但阳极：必须是镀层金属阴极： 镀件电极反应负极：氧化反应，金属失电子正极：还原反应，溶液中阳离子得电子阳极：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阳极：金属电极失电子阴极：电镀液中阳离子得电子电子流向负极导线正极电源负极导线阴极(阳离子向阴极移动，

13、得电子；阴离子向阳极移动，失电子)阳极电源正极板书设计：板书设计：二、电解原理的应用1、电解饱和食盐水制烧碱、氢气和氯气（1） 实验原理：阳极(放电顺序：ClOH)：2Cl-2e = Cl2 (氧化反应)阴极(放电顺序：HNa)：2H+2e=H2 (还原反应)总反应：2NaCl+2H2O2NaOH +H2+ Cl2阴极 阳极（2）工业制备方法-离子交换膜法2、电解精炼铜粗铜作阳极，纯铜作阴极，用 CuSO4溶液作电解液。阳极(粗铜)：Cu2eCu2+阴极(精铜)：Cu2+2eCu6比铜活泼的金属杂质以阳离子形式留于溶液中比铜不活泼的金属杂质形成阳极泥电解精炼铜过程中 CuSO4溶液的浓度基本不变。3、电镀铜（1） 电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。（2） 电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。（3） 镀层金属：通常是在空气或溶液中不易起变化的金属，如 Cr、Zn、Ag、Cu 等（4） 在铁制品上镀铜：阳极铜阴极铁制品电镀液CuSO4溶液原理：阳极(Zn) Zn-2e=Zn2+ 阴极(Fe) Zn2+2e = Zn