電解原理的應用教學設(shè)計

第二課時電解原理的應用教學內(nèi)容教學活動［引言］上節(jié)課我們學習了電解的原理，電解是通過電流引起化學反應的過程，即將電能轉(zhuǎn)變成了化學能。電解的原理在工業(yè)上有哪些應用呢？這節(jié)課就向同學們介紹兩個電解原理在工業(yè)上應用的事例.［板書］二、電解原理的應用［講］電解飽和食鹽水以制備燒堿、氫氣和氯氣，電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫氯堿工業(yè)。［板書］1、電解飽和食鹽水制燒堿、氫氣和氯氣［投影］實驗裝置實驗裝置實驗裝置及原理按上圖裝置，在U形管里倒入飽和食鹽水，插入一根石墨棒做陽極，一根鐵棒做陰極。同時在兩邊管中各滴入幾滴酚酞試液，并用濕潤的碘化鉀淀粉試紙檢驗陽極放出的氣體。接通直流電源后，注意管內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象。［講］在這個反應中，由于H＋在陰極上得到電子而生成H2，破壞了附近的水的電離平衡，促進了水繼續(xù)電離，結(jié)果陰極區(qū)溶液里OH―濃度增大而呈堿性。［板書］(1)實驗原理：陽極(放電順序：Cl―>OH―)：2Cl―-2e==Cl2↑(氧化反應)陰極(放電順序：H＋>Na＋)：2H＋+2e==H2↑(還原反應)總反應：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑陰極陽極［注意］在學習電解食鹽水的化學原理時，學生往往不容易理解堿為什么在陰極區(qū)生成。這點可以從H＋在陰極上大量被還原，從而引起水的電離平衡被破壞，來分析在陰極區(qū)積累大量OH―的理由。［板書］(2)工業(yè)制備方法---離子交換膜法［講］由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成，每臺電解槽由若干個單元槽串聯(lián)或并聯(lián)組成。將電解槽隔成陰極室和陽極室和陰極室，它只允許陽離子(Na＋)通過，而阻止陰離子(Cl―、OH―)和氣體通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。［講］其原料粗鹽中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42―等雜質(zhì)，不符合電解要求，因此必須經(jīng)過精制。［投影］［講］除雜質(zhì)時所加試劑的順序要求是Na2CO3必須在BaCl2之后，加入鹽酸在過濾之后。［問］工業(yè)上為什么要對粗銅進行電解精煉呢？［學生活動］指導學生查找閱讀教材中相關(guān)內(nèi)容，請學生代表回答。［問］怎樣利用電解的原理精煉粗銅呢？［板書］2、電解精煉銅粗銅作陽極，純銅作陰極，用CuSO4溶液作電解液。［投影］見下頁［學生活動］請學生討論分析電解液中離子的種類，通電后溶液中離子的移動情況和陰極反應。［學生總結(jié)］CuSO4溶液中有Cu2+、H+、SO42-、OH-等四種離子,通電后Cu2+、H+移向陰極，SO42-、OH-移向陽極，陰極上Cu2+放電變成Cu聚集在陰極板（精銅）上。[板書]陰極(精銅)：Cu2+＋2e－＝Cu[講]SO42-和OH-雖然移向了陽極，但是由于陽極板（粗銅）表面的Cu原子失電子能力強于二者，故陽極上Cu原子失電子被溶解。[板書]陽極(粗銅)：Cu－2e－＝Cu2+[問]粗銅中所含的雜質(zhì)（如：Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）是如何除去的呢？[講］比銅活潑的金屬雜質(zhì)，在銅溶解的同時也會失電子形成金屬陽離子而被溶解掉。如：Zn－2e－＝Zn2+；Ni－2e－＝Ni2+；由于這些離子比Cu2+難以還原，故它們不能在陰極上得電子析出而存留在溶液中。比銅不活潑的金屬雜質(zhì)，在銅失電子溶解時,不能失電子而溶解，故它們以單質(zhì)形式沉積于電解槽底部，形成陽極泥。［板書］比銅活潑的金屬雜質(zhì)——以陽離子形式留于溶液中比銅不活潑的金屬雜質(zhì)——形成陽極泥［投影］播放課前制作的多媒體課件,模擬電解精煉銅的過程中兩極和電解液中離子的變化情況。［問］請大家根據(jù)兩極上所發(fā)生的主要反應分析電解精煉銅過程中的電解液有無變化。［學生活動］學生分析、討論并回答。［板書］電解精煉銅過程中CuSO4溶液的濃度基本不變。［過渡］以上我們學習了銅的電解精煉原理，下面我們再共同學習電解原理的另一個應用實例——電鍍銅。［板書］3、電鍍銅［問］什么是電鍍？電鍍的優(yōu)點有哪些？［學生活動］指導學生查找閱讀教材中相關(guān)內(nèi)容，請學生代表回答。［板書］(1)電鍍是應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。(2)電鍍的主要目的是使金屬增強抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。(3)鍍層金屬：通常是在空氣或溶液中不易起變化的金屬，如Cr、Zn、Ag、Cu等［講］電鍍時，把待鍍金屬制品作為陰極；把鍍層金屬作為陽極；用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)配成電鍍液。通低壓直流電，陽極金屬在溶液中成為陽離子，移向陰極，在陰極獲得電子被還原成金屬，在待鍍件表面上覆蓋上一層均勻光潔而致密的鍍層。［講］例如，鋼鐵是人們最常用的金屬，但鋼鐵有個致命的缺點，就是它們易被腐蝕。防止鋼鐵發(fā)生腐蝕的一種最常用方法就是在其表面鍍上其他金屬，如鋅、銅、鉻、鎳等。。［問］請大家根據(jù)電解精煉銅過程中所發(fā)生的兩極反應，選擇在鐵制品上鍍銅裝置的陰極材料、陽極材料和電鍍液。［學生活動］學生分析、討論并回答。［板書］(4)在鐵制品上鍍銅：陽極——銅陰極——鐵制品電鍍液——CuSO4溶液原理：陽極(Zn)Zn-2e==Zn2+陰極(Fe)Zn2++2e==Zn［講］陽極的鋅不斷氧化成Zn2+進入溶液，陰極溶液中Zn2+被還原成鋅鍍層，因此電鍍液中C(ZnCl2)保持不變。［講］電鍍的特點是“一多、一少、一不變”。一多指陰極上有鍍層金屬沉積，一少指陽極上有鍍層金屬溶解，一不變指電解液濃度不變。［講］這里還需要我們注意的是，電鍍生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣中含有多種對環(huán)境有害的物質(zhì)，處理后應符合國家規(guī)定的排放標準，對其中的有用成分要回收利用。［過］Na、Mg、Al等活潑金屬都可用電解它們的熔融鹽或氧化物制得。這種方法是利用電解法來冶煉活潑金屬，我們將其稱之為電冶金。［板書］4、電冶金(1)本質(zhì)：利用電解使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來(2)適用范圍：制取活潑金屬單質(zhì)，如電解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al［小結(jié)］本節(jié)課我們學習了銅的電解精煉和電鍍銅的知識，銅的電解精煉類似于“在銅上鍍銅”，故掌握電鍍的原理是本節(jié)的重點。下面請同學們根據(jù)所學知識填寫課前所發(fā)放的表格。［投影］原電池、電解池與電鍍池的比較原電池電解池電鍍池定義將化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置將電能轉(zhuǎn)變成化學能的裝置應用電解原理在某些金屬表面上鍍一層其他金屬的裝置形成條件活潑性不同的兩電極連接，電解質(zhì)溶液，形成閉合電路兩電極接直流電源，并插入電解質(zhì)溶液中，形成閉合回路鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬接電源負極，電鍍液必須含有鍍層金屬的離子電極名稱負極：較活潑金屬正極：較不活潑金屬或能導電的非金屬陽極：與電源正極相連陰極：與電源負極相連同電解池，但陽極：必須是鍍層金屬陰極：鍍件電極反應負極：氧化反應，金屬失電子正極：還原反應，溶液中陽離子得電子陽極：氧化反應，溶液中的陰離子失電子，或電極金屬失電子陰極：還原反應，溶液中的陽離子得電子陽極：金屬電極失電子陰極：電鍍液中陽離子得電子電子流向負極—導線—正極電源負極—導線—陰極—(陽離子向陰極移動，得電子；陰離子向陽極移動，失電子)—陽極—電源正極知識結(jié)構(gòu)與板書設(shè)計二、電解原理的應用1、電解飽和食鹽水制燒堿、氫氣和氯氣(1)實驗原理：陽極(放電順序：Cl―>OH―)：2Cl―-2e==Cl2↑(氧化反應)陰極(放電順序：H＋>Na＋)：2H＋+2e==H2↑(還原反應)總反應：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑陰極陽極(2)工業(yè)制備方法---離子交換膜法2、電解精煉銅粗銅作陽極，純銅作陰極，用CuSO4溶液作電解液。陽極(粗銅)：Cu－2e－＝Cu2+陰極(精銅)：Cu2+＋2e－＝Cu比銅活潑的金屬雜質(zhì)——以陽離子形式留于溶液中比銅不活潑的金屬雜質(zhì)——形成陽極泥電解精煉銅過程中CuSO4溶液的濃度基本不變。3、電鍍銅(1)電鍍是應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。(2)電鍍的主要目的是使金屬增強抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。(3)鍍層金屬：通常是在空氣或溶液中不易起變化的金屬，如Cr、Zn、Ag、Cu等(4)在鐵制品上鍍銅：陽極——銅陰極——鐵制品電鍍液——CuSO4溶液原理：陽極(Zn)Zn-2e==Zn2+陰極(Fe)Zn2++2e==Zn4、電冶金(1)本質(zhì)：利用電解使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來(2)適用范圍：制取活潑金屬單質(zhì)，如電解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al教學反思：【隨堂練習】1.下列關(guān)于銅電極的敘述正確的是()A.銅鋅原電池中銅是負極B.用電解法精煉粗銅時粗銅作陰極C.在鍍件上電鍍銅時可用金屬銅作陽極D.電解稀硫酸制H2、O2時銅作陽極解析:銅鋅原電池中,銅不活潑,應作正極,A項錯誤。在電鍍或電解精煉銅時,需要將溶液中的Cu2+還原成金屬銅析出,用作向溶液供給Cu2+的粗銅則必須作陽極,B項錯誤,C項正確。電解H2SO4溶液時,金屬銅如果作陽極,它將以Cu2+的形式被溶解而進入電解質(zhì)溶液,當電解質(zhì)溶液內(nèi)有H+和Cu2+時,后者將在陰極上放電,D項錯誤。答案:C2.下列敘述正確的是()A.電鍍時,通常把待鍍的金屬制品作陽極B.氯堿工業(yè)是電解熔融的NaCl,在陽極能得到Cl2C.氫氧燃料電池(酸性電解質(zhì))中O2通入正極,電極反應為O2+4H++4e-2H2OD.下圖中電子由Zn極流向Cu,鹽橋中的Cl-移向CuSO4溶液解析:電鍍時,鍍層金屬作陽極,鍍件作陰極;氯堿工業(yè)電解的是飽和食鹽水而不是熔融的NaCl;氫氧燃料電池中O2為氧化劑通入正極;D中的裝置為原電池,電子由負極經(jīng)導線流向正極,鹽橋為內(nèi)電路,陰離子移向負極。答案:C3.下面有關(guān)電化學的圖示,完全正確的是()解析:A為原電池時鋅應為負極;B為電解法精煉銅的裝置,粗銅應為陽極;C為電鍍池,鍍件鐵片應該為陰極;D為電解飽和食鹽水并檢驗其產(chǎn)物的裝置,電流流入的一極為陽極,陽極析出氯氣,可用碘化鉀淀粉溶液檢驗氯氣,陰極析出的氫氣,可用向下排空氣法收集。答案:D4.關(guān)于電解NaCl水溶液,下列敘述正確的是()A.電解時在陽極得到氯氣,在陰極得到金屬鈉B.若在陽極附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色C.若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液,溶液呈無色D.電解一段時間后,將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中,充分攪拌后溶液呈中性解析:電解食鹽水時發(fā)生的反應:陽極:2Cl--2e-Cl2↑陰極:2H2O+2e-H2↑+2OH-總反應:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑對照分析選項,A錯誤;陽極附近的溶液中會溶有少量的Cl2,滴加KI溶液后發(fā)生反應:Cl2+2I-I2+2Cl-,溶液呈棕色,B正確;陰極附近產(chǎn)生大量的OH-,滴加酚酞后變紅色,C錯誤;電解后生成NaOH,溶液呈堿性,D錯誤。答案:B5.關(guān)于鍍銅和電解精煉銅,下列說法中正確的是 ()A.都用粗銅作陽極、純銅作陰極B.電解液的成分都保持不變C.陽極反應都只有Cu-2e-Cu2+D.陰極反應都只有Cu2++2e-Cu解析:A項電鍍時鍍件作陰極;B項電解精煉銅時電解液成分改變;C項電解精煉銅時,雜質(zhì)若有比銅活潑的金屬(如鋅),則還會發(fā)生Zn-2e-Zn2+的反應。答案:D6.工業(yè)上由二氧化錳制備KMnO4可分兩步進行:①二氧化錳與氫氧化鉀共熔后通入O2:2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O;②電解錳酸鉀溶液:2K2MnO4+2H2O2KMnO4+H2↑+2KOH。下列敘述中正確的是()A.在反應②中K2MnO4作氧化劑B.每生成1molKMnO4共轉(zhuǎn)移6mol電子C.第②步電解時,陰極周圍溶液的pH減小D.第②步電解時,KMnO4在陽極區(qū)生成解析:每生成1molKMnO4共轉(zhuǎn)移3mol電子,故B項錯誤;②中電解錳酸鉀溶液時,在陰極H2O得電子生成H2,同時生成OH-,故pH增大,C項錯誤;根據(jù)氧化還原反應原理,在第②步電解時,在陽極K2MnO4被氧化為KMnO4,因此K2MnO4作還原劑,故A項錯,D項正確。答案:D7.欲在金屬表面鍍銀,應把鍍件掛在電鍍池的陰極。下列各組中,選用的陽極金屬和電鍍液均正確的是 ()A.Ag和AgCl溶液 B.Ag和AgNO3溶液C.Fe和AgNO3溶液 D.Pt和Ag2SO4溶液解析:電鍍槽中,要求鍍件作陰極,可用鍍層金屬作陽極,電鍍液通常采用含有鍍層金屬離子的鹽溶液,A、D項中AgCl和Ag2SO4均為沉淀,只有B項符合要求。答案:B8.下列圖示中關(guān)于銅電極的連接錯誤的是()解析:銅鋅原電池中鋅作負極,銅作正極,A正確;電解精煉銅時,粗銅作陽極,精銅作陰極,B正確;鍍件上鍍銅時,銅作陽極,鍍件作陰極,C錯誤;電解氯化銅溶液時,石墨作陽極,銅作陰極,D正確。答案:C9.如圖所示的電解池Ⅰ和Ⅱ中,a、b、c和d均為Pt電極。電解過程中,電極b和d上沒有氣體逸出,但質(zhì)量均增大,且增重b<d。符合上述實驗結(jié)果的鹽溶液是()選項XYAMgSO4CuSO4BAgNO3Pb(NO3)2CFeSO4Al2(SO4)3DCuSO4AgNO3解析:A項電解池Ⅰ中相當于電解水,b上有氣體生成,電極質(zhì)量不變;B項,b上產(chǎn)生Ag,d上產(chǎn)生Pb,二者物質(zhì)的量之比為2∶1,增重b>d;C項,兩電解池中都相當于電解水,b、d上都有氣體生成,兩電極質(zhì)量不變;D項,b上產(chǎn)生Cu,d上產(chǎn)生Ag,二者物質(zhì)的量之比為1∶2,增重b<d。答案:D10.常溫時,將500mLpH=a的CuSO4和K2SO4的混合溶液用石墨電極電解一段時間,測得溶液的pH變?yōu)閎(假設(shè)溶液體積的變化忽略不計),在整個電解過程中發(fā)現(xiàn)始終只有一個電極有氣體產(chǎn)生。下列說法錯誤的是()A.若使溶液恢復到電解前的濃度可以向溶液中加20(10-b-10-a)gCuCO3B.b<a<7C.陽極電極反應為2H2O-4e-O2↑+4H+D.整個過程中是陽極產(chǎn)生氧氣,陰極析出銅單質(zhì)解析:本題的關(guān)鍵是在整個電解過程中發(fā)現(xiàn)始終只有一個電極有氣體產(chǎn)生,則整個過程中是陽極產(chǎn)生氧氣,陰極析出銅單質(zhì)。要恢復到電解前的溶液就要將氧氣和銅的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為CuO或CuCO3,需要20(10-b-10-a)gCuO?？紤]到Cu2+的水解,a<7,電解過程中生成H+,則b<a。答案:A11.鋁和氫氧化鉀都是重要的工業(yè)產(chǎn)品。請回答:(1)工業(yè)冶煉鋁的化學方程式是。

(2)鋁與氫氧化鉀溶液反應的離子方程式是

。

(3)工業(yè)品氫氧化鉀的溶液中含有某些含氧酸雜質(zhì),可用離子交換膜法電解提純。電解槽內(nèi)裝有陽離子交換膜(只允許陽離子通過),其工作原理如圖所示。①該電解槽的陽極反應式是。

②通電開始后,陰極附近溶液pH會增大,請簡述原因。

③除去雜質(zhì)后的氫氧化鉀溶液從溶液出口(填寫“A”或“B”)導出。

解析:離子交換膜法電解提純KOH時,陽極反應為:4OH--4e-2H2O+O2↑,陰極反應為:4H2O+4e-4OH-+2H2↑。電解過程中陽極附近的K+通過陽離子交換膜向陰極移動,含氧酸根離子不能通過離子交換膜。一段時間后,陰極附近K+、OH-濃度變大,從B處(陰