2019-2020年高中化學(xué) 電解原理及其應(yīng)用教案 魯科版選修4

1、2019-2020年高中化學(xué)電解原理及其應(yīng)用教案魯科版選修4一、教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能： 通過對熔融氯化鈉電解體系的分析，使學(xué)生掌握電解、電解池概念，清晰的建立起電極反應(yīng)的概念并能夠正確的判斷陰陽極 能書寫電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式，培養(yǎng)分析歸納知識的能力。 通過活動探究，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰头治瞿芰?、過程與方法：通過運(yùn)用電解的原理，分析電冶金以及電解飽和食鹽水、電鍍、電解精煉等復(fù)雜體系中所發(fā)生的反應(yīng)，體會電解的實(shí)用價(jià)值和對人類社會的重要貢獻(xiàn)。3、情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過電解知識的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生勇于創(chuàng)新、積極實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度。二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)是理解電解原理和一般規(guī)律；難點(diǎn)是判斷電極產(chǎn)物和電極反應(yīng)

2、和電解總反應(yīng)式的書寫三、教學(xué)流程設(shè)計(jì)意圖與學(xué)生已有知識相銜接【交流研討】+1. 通電后，熔融氯化鈉中Na和Cl各向哪個(gè)方向移動？+2. 移動到兩極表面的Na和Cl將發(fā)生什么變化？【分析】通電前熔融NaCl中存在Na+和C1，作無規(guī)則運(yùn)動,接通電源后，Na+移向與電源負(fù)極相連的電極并得到電子（叫放電）被還原為Na，Cl移向與電源正極相連的電極并失去電子（也叫放電）被氧化。陽極：2C1-2e"=Cl2t（氧化反應(yīng)）陰極：2Na+2e=2Na（氧化反應(yīng)）總反應(yīng)：2Na+2ClCl2t+2Na2NaClCl2t+2Na【點(diǎn)撥】這就是工業(yè)上電解冶煉金屬的基本原理?！究偨Y(jié)】學(xué)生聽講、思考領(lǐng)會思考

3、，感悟，理解學(xué)習(xí)領(lǐng)會電解原理四、教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動【復(fù)習(xí)提問】我們知道，金屬鈉、鈣、熱水器里的鎂棒、各種鋁合材，都是極為活潑的金屬，這些金屬是哪兒來的呢？思考，回答怎么煉出來的呢？這就涉及到我們今天研究的課題：電解的原理及其應(yīng)用（板書）【聯(lián)想質(zhì)疑】我們知道，金屬鈉在通常情況下，就可以和氯氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化鈉，并放出能量。那么氯化鈉能否分解生成金屬鈉呢？【設(shè)問】如果要讓氯化鈉分解生成金屬鈉，就必須提供能量，比如電能。實(shí)踐證明，熔融氯化鈉在通電條件下就可以分解生成金屬鈉。它的原理是怎樣的呢？【過渡】下面我們以就以電解熔融NaCl為例來分析電解的原理。一、電極反應(yīng)陽極：2C1-2e-=

4、Cl2t（氧化反應(yīng)）陰極：2Na+2e-=2Na（氧化反應(yīng)）-L總反應(yīng)：2Na+2ClCl2t+2Na2NaClCl2t+2Na【講解】講解1807年戴維電解獲得金屬鉀的史實(shí)，說明不可能不是絕對的，隨著人們的不斷探索，本不可能的事情，很可能就變成了可能。二、電解的概念使直流電通過電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)而在陰陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解三、電解池的概念：借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置叫電解池或電解槽四、電解池的構(gòu)成條件1、直流電源2、兩個(gè)固體電極，與電源正極相連的叫陽極，與電源負(fù)極相連的叫陰極3、離子導(dǎo)體離子導(dǎo)體（熔融態(tài)電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液）4、構(gòu)成閉合回路【過渡與設(shè)問】剛才我們學(xué)習(xí)了構(gòu)

5、成電解池條件之一是要有離子導(dǎo)體，如果我們把上述裝置中的離子導(dǎo)體熔融NaCl改成NaCl溶液，電解的結(jié)果會怎么樣呢？【活動探究1】電解飽和食鹽水請你分析飽和食鹽水中可能存在哪些離子，通電后它們分別移向哪個(gè)電極，可能發(fā)生的電極反應(yīng)是什么？產(chǎn)物如何檢驗(yàn)？學(xué)生聆聽理解并形成概念學(xué)生分析思考并回答學(xué)生思考，聆聽理解對學(xué)生進(jìn)行敢于質(zhì)疑的教育歸納電極反應(yīng)、電解、電解池等概念，學(xué)生認(rèn)識由個(gè)例上升到一般，使認(rèn)識升華由實(shí)例引出概念，更有利于學(xué)生接受和理解為學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識提供了機(jī)會使學(xué)生初步學(xué)會惰性電極下，如何分析離子放電的一般方法現(xiàn)象電極反應(yīng)式陽極有黃綠色氣體，使?jié)駶櫟矸跭I試紙變藍(lán)2Cl-2e-=Cl2t

6、陰極有無色氣體產(chǎn)生，溶液滴酚酞試液變紅色2H+2e-=Ht2電解反應(yīng)電解2NaCl+2H2O=H2t+Cl2t+2NaOH【演示】電解飽和食鹽水?！窘處煱逖荨客娗埃篘aCl=Na+Cl-HOH+OH-2通電后：Na+、H+移向陰極，Cl-、OH-移向陽極。那誰放電呢？【講解】人們根據(jù)大量事實(shí)總結(jié)出了如下規(guī)律1、一般說來，金屬越難失電子，其陽離子就越易得電子即K+Ca2+Na+Mg2+Ak+Zm+Fe2+Sn2+Pb2+H+Cu2+Ag+dF得電子越來越易2、同樣，非金屬越難得電子，其陰離子就越易失電子即SO2-OH-Cl-Br-I-S2-4失電子能力越來越易所以，電解飽和食鹽水時(shí)，在陰極上H

7、+優(yōu)先放電2H+2e-=Hf（還原反應(yīng)），而在陽極上Cl-優(yōu)先放電：2Cl-e-=Clf（氧2化反應(yīng)）。在陰極：由于：2H+2e-=H2f,H+不斷被消耗，促進(jìn)HOH+OH-向右移動，破壞了水的電離平衡，2c（OH-）的濃度相對地增大了，因此，在陰極附近形成了氫氧化鈉溶液?？偟碾娊饣瘜W(xué)方程式怎么寫？【板演】電解2NaCI+2H2O=H2f+Cl2f+2NaOH【思考】假如你是化工工程師，請從原理上談?wù)勀銓⑷绾紊a(chǎn)大量的鹽酸、燒堿和84消毒液（次氯酸鈉溶液）？【講解】：這就是氯堿工業(yè)的核心原理。具體生產(chǎn)工藝則屬于化學(xué)與技術(shù)范疇，感興趣的同學(xué)課下可查閱相關(guān)資料進(jìn)一步了解。【活動探究2】如果我們把上

8、述電解池中的離子導(dǎo)體換成Na2SO4溶液，結(jié)果又會怎樣？請同學(xué)們根據(jù)前面的方法結(jié)合24離子放電順序分析兩極產(chǎn)物各是什么？【點(diǎn)評】這實(shí)際上就是初中學(xué)過的電解水，NaSO的作用僅24起到增強(qiáng)溶液導(dǎo)電性的作用。【講解】電解水獲得氫能成本太高，如何通過水廉價(jià)獲得氫能的技術(shù)還有待突破?！净顒犹骄?】如果將上述裝置中的陰陽極均換成Fe電極,結(jié)果又會怎么樣？演示：I極§8卜NaSO溶液鐵感受學(xué)習(xí)的成功感。體會所學(xué)知識的重要，體會化學(xué)的魅力學(xué)生分析并回答陰極：4H+4e-=2Hf2陽極：4OH-4e-=2H0+022f總反應(yīng)：2H02Hf+0f222學(xué)生思考未來可否在此領(lǐng)域有所成就。回扣初中所學(xué)，把

9、舊知識納入現(xiàn)有知識體系體會通常不可能進(jìn)行反應(yīng)，電解條件下就成為可能，開拓了學(xué)生的視野，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。期待學(xué)生在廉價(jià)獲得氫能技術(shù)方面有所成就。學(xué)生分析，寫出電極反應(yīng)學(xué)生設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)完善知識體系，系統(tǒng)掌握放電規(guī)律，利用電解原理學(xué)習(xí)電鍍，易于學(xué)生理解內(nèi)容電鍍原理陽極：Cu-2e-=Cu2+陰極：Cu2+2e-=Cu電鍍方案1111Q鑰1|1|4EJ1CuSO溶液4電極材料陽極：銅片，陰極：鑰匙電鍍液CuSO溶液鍍件4鑰匙學(xué)生設(shè)計(jì)陽極：粗銅Cu-2e-=Cu2+陰極：純銅Cu2+2e-=Cu深入理解電解原理，體會電解的另一個(gè)領(lǐng)域電鍍，并鍛煉學(xué)生的動手能力和合作能力等。學(xué)生思考使學(xué)生體會電解原理

10、在電鍍工業(yè)上的重要使用價(jià)值，充分感受化學(xué)的魅力演示：現(xiàn)象：陽極附近溶液變淺綠色，陰極有無色氣泡冒出電極反應(yīng)：陽極：Fe-2e-=Fe2+陰極：2H+2e-柑總反應(yīng)：Fe+2H0=Fe（OH）+Hf.222小結(jié)：如果陽極材料為金屬時(shí)（PtAu等惰性金屬除外）通常金屬陽極材料優(yōu)先失去電子；當(dāng)陽極材料為石墨（或惰性金屬電極）時(shí)，才考慮溶液中陰離子失去電子。陰極材料無論是惰性電極還是活動金屬電極，都是溶液中的陽離子在陰極上放電。【過渡】受此啟發(fā)，大家想，可否利用電解原理在鋁制鑰匙上鍍上一薄層銅？請看活動探究4【活動探究4】在鑰匙上鍍銅材料：銅片，石墨棒，鑰匙，CuSO4溶液，導(dǎo)線，電源請根據(jù)電解原理，

11、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并檢驗(yàn)，然后得出結(jié)論實(shí)驗(yàn)方案【引導(dǎo)學(xué)生分析評價(jià)】對學(xué)生可能的出現(xiàn)的幾種情況，如鑰匙作陽極、石墨作陽極、銅作陽極等，進(jìn)行分析評價(jià)。確定最佳方案?！局v述】：這就是電鍍的原理。利用電解原理，在金屬表面鍍上一薄層其它金屬或合金的方法叫電鍍，電鍍的主要目的是增強(qiáng)金屬的抗腐蝕能力、耐磨性或改善金屬制品的外觀。電鍍原理在工業(yè)上被大量應(yīng)用，如電鍍拉手，車把等。小結(jié)：在電鍍槽中，一般把待鍍金屬（即鍍件）鍍層金屬（如用惰性電極作陽極，則電鍍不均勻）含鍍層金屬離子的溶液為電鍍液。鍍鎳自行學(xué)生總結(jié)根據(jù)電鍍原理可否把一塊粗銅提純?作陰極,作陽極,【活動探究5】電解精煉若提供一塊粗銅（含Zn、Fe、Au、Ag

12、等雜質(zhì)），一塊純銅，CuSO溶液，電解池，直流電源，如何根據(jù)電鍍原理提純粗4銅，請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置?！編熒治觥浚宏枠OZn、Fe比Cu先放電，但Zn2+、Fe2+在陰極上不放電，陰極上只有Cu2+放電，陽極上的Au、Ag等金屬不放電而沉積于陽極下面形成陽極泥（可從中回收貴金屬）這樣陰極上獲得的就是高純度的銅。這一原理在工業(yè)上叫電解精煉，可制得純度高達(dá)99.95-99.98%的銅，從而滿足生產(chǎn)生活中大量的導(dǎo)線需求?！拘〗Y(jié)反思】1、給你一個(gè)電解裝置如何分析其電極產(chǎn)物？一看電源（確定陰陽極）二看陽極材料（是活動金屬還是惰性電極）；三看離子導(dǎo)體（看有什么離子）四看離子移動（分別移向哪個(gè)電極）五看何種離子放電（依據(jù)放電順序）2、通過今天的學(xué)習(xí)還應(yīng)該能夠?qū)σ恍┛此齐y以實(shí)現(xiàn)的事情，敢想，敢做，敢于創(chuàng)新。學(xué)生思考并回答然后提純比如, 已知f2是氧化性最強(qiáng)的單質(zhì)，你有辦法將廠氧化成f2嗎？用什么方法？ 能實(shí)現(xiàn)變化Cu+2H2O=Cu（OH）2+H2f嗎?【講解】通過今天的學(xué)習(xí)，也希望同學(xué)們今后遇到問題不要有畏難情緒，要迎難而上，敢想、敢做、敢于質(zhì)疑、敢于創(chuàng)新、敢為人先，敢于變不可能