电解池

第四章 电化学基础
第三节 电解池
一、教材分析
《电解池》是人教版高中化学选修四《化学反应原理》第四章第三节，这部分教材主要介绍了电解原理以及电解原理的应用。电解属于电化学的知识范畴，是中学化学理论体系不可缺少的一部分，同时电解与物理学科中的电学、能量的转换有密切的联系，是氧化还原反应、原电池、电离等知识的综合运用。本节教材可分为三个部分：电解原理、电解原理的应用、电镀。把握教材意图后，我把本节内容安排为两课时完成。
二、目标
1．知识目标：
(1) 知道电解的基本原理，会判断一般电解反应产物；
(2) 能说出电解、电解池及形成条件；
(3) 知道铜的电解精炼和电镀铜的原理，知道氯碱工业反应原理，能正确书写电极反应式和电解的总化学方程式；
(4) 通过对比、分析明确原电池与电解池的区别和联系
2．能力目标：
(1) 培养学生观察、分析、整理、归纳总结、探究等能力；
(2) 通过实验培养学生的观察能力、分析能力和解决实际问题的能力；
3．情感、态度和价值观目标：
(1) 指导学生积极参与过程，激发其主动探究的意识；
(2) 对学生进行辩证唯物主义教育和环境保护教育，培养学生正确的处世态度；
(3) 通过氯碱工业的学习，培养学生确立理论联系实际的学习方法，进一步树立探究精神及合作意识，同时增强环境保护意识。
三、教学重点难点
重点：电解原理、氯碱工业反应原理
难点：离子放电实质
四、学情分析
学生的认知发展水平和知识基础都是我们要考虑的学情。我们的学生素质不太高，没有强烈的求知欲，思维能力渐趋成熟。但也有思维方面的劣势，他们习惯演绎式的教学方法，探究学习的经验少。在知识方面，学生在初中没有电化学知识；在高一化学中学习过有关电化学的原电池；在生活中也很少有涉及到电解应用经历。
五、教学方法
1．实验探究与启发讨论法。
2．学案导学：见后面的学案。
3．新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习
六、课前准备
1．学生的学习准备：预习实验“电解池原理”，初步把握实验的原理和方法步骤。
2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。3．教学环境的设计和布置：四人一组，实验室内教学。课前打开实验室门窗通风，课前准备好如下仪器装置和药品：
实验仪器：小烧杯、玻璃棒、碳棒、导线、电流表、直流电源、改进的塑料制电解槽；
实验药品：CuCl2溶液、淀粉碘化钾试纸、NaOH溶液、CuSO4溶液、铜片、铁片。
七、课时安排：2课时
第一课时 电解原理
第二课时 电解的应用
八、教学过程
第一课时 电解原理
【复习引入】化学反应过程中，除有新物质生成之外还常常伴有能量的转化，如化学能转化为电能的原电池反应。
（1）请每位同学自己设计一组原电池装置图，注明电极名称、所用材料、电子流动方向、写出电极反应式；
（2）构成原电池的条件是什么？能量如何变化？
电能会不会转化为化学能呢？若能，又需要通过什么装置？怎样才能实现电能到化学能的转化？将是我们这一节要学习的内容。
【板书】第三节 电解池
一、电解原理
【课件】例如：Zn—Cu原电池（模拟该电池的装置及工作过程）

【引导】若将该原电池装置加以改动为右图所示装置

【讨论】（1）通电前溶液中有哪些离子？来源是什么？
（2）开通电源前后，溶液中阴阳离子分别怎样运动？分别有什么现象？如何用简单的方法初步检验其产物？
【介绍并板书】电极名称
阴极：与外接电源的负极相连的电极
阳极：与外接电源的正极相连的电极
【实验探究】让学生分组用改进的电解槽电解CuCl2溶液，观察现象，以验证上面讨论的结果。
【学生代表发言】叙述观察到的现象。
【讨论】离子在两极上发生了什么反应？
【学生回答并板书】电极反应
阴极： （ 反应）
阳极： （ 反应）
总反应式：
【结论】（1）由以上实验分析可知CuCl2溶液通入直流电时，在阴、阳两极发生了 反应，有新物质生成， 能转化为 能。
（2）电解原理：电解质在 或 状态下电离出自由移动的离子，通电时，自由离子定向移动， 离子移向阴极，在阴极 电子，发生 反应； 离子移向阳极，在阳极 电子，发生 反应。
【板书】电解池：
电解原理：
【思考】根据原电池的构成结合以上实验总结出构成电解池的条件。
【板书】电解池的构成条件：
【思考】CuCl2溶液中共有几种离子？结合实验，试说明其中离子得失电子的难易顺序。
【学生回答】CuCl2溶液中有Cu2+、Cl—、H+、OH—四种离子，由实验结果可知，两极上的产物分别为Cu和Cl2，则可说明阳离子得电子能力：Cu2+> H+，阴离子失电子能力：
Cl—> OH—。
【设疑】为什么在同一溶液中各种离子的放电顺序有先后之分，应有怎样的顺序？
【讲述】由于各种离子的得失电子能力不同，因此，在电解时离子放电顺序难易也不同，结合氧化还原反应的知识，可知氧化性强的离子先得电子，还原性强的离子先失电子。
【板书】离子的放电顺序（惰性电极）
阳离子放电顺序：Ag+>Hg2+> Fe3+ > Cu2+ >H+>Sn4+>Fe2+>Zn2+>……
阴离子放电顺序：S2—>I—>Br—>Cl—>OH—>含氧酸根>F—
【注意】用惰性电极（如：石墨、Pt）电解时，溶液中的阴、阳离子按顺序放电，若阳极为活性电极（如Ag、Cu等金属），则电极本身放电，溶液中的阴离子不放电。
【过度】现在我们已经基本了解了电解池，下面将电解池和原电池加以比较。
【课件】（本部分由教师和学生共同归纳完成）
1、电解池、原电池的区别

装置名称
电极名称
点极反应式
总反应式
反应现象
能量转变
2、电解池和原电池关系示意图

【小结】本节课我们在复习原电池基本概念的基础上，重点学习了电解池的概念及电解原理，并比较了电解池和原电池的区别和联系。

第二课时 电解的应用
【复习引入】上节课我们学习了有关电解的知识，知道了电解原理及电解时电能转变为化学能的事实。同时，通过分析知道了电解质溶液导电的实质及溶液中离子的放电顺序。电解原理在实际的工业生产中具有广泛的应用，本节课我们将学习其中的一些典型实例。
【板书】二、电解原理的应用
1、电解饱和食盐水以制取烧碱、氯气和氢气
【阅读】阅读教材相关内容回答下列问题：
（1）在饱和食盐水中存在哪些离子，通电时这些离子如何移动？哪些离子放电？分别写出两极上的电极反应方程式。
（2）两极上各有什么现象产生？如何检验有NaOH何Cl2生成？
（3）若食盐溶液中有Ca2+、Mg2+、SO42—等杂质离子，应选择哪些试剂除去？加入试剂应有怎样的顺序？
【学生讨论后回答】
（1）NaCl溶液中存在Na+、Cl—、H+、OH—，通电后H+、Na+移向阴极，Cl—、OH—移向阳极。根据离子放电顺序：阴极：2 H++2e—=H2↑ 阳极：2Cl——2e—=Cl2↑
（2）阴极区产生无色无味的气体；阳极区产生黄绿色有刺激性气味的气体。阳极区产生的有刺激性气味的气体遇湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，检验为Cl2；阴极区加酚酞显红色，检验为NaOH。
（3）Na2CO4、NaOH、BaCl2、HCl试剂，加入时BaCl2溶液要在加Na2CO4溶液前加入。
【提问】写出该电解反应的总的化学方程式。
【板书】2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH
【设疑】生产过程中，为什么强调是电解饱和食盐水？
【讲述】上节课学习了理论上溶液中离子的放电顺序。在实际生产中，由于溶液中离子浓度的变化，常会出现放电顺序变化的情况，因此在氯碱工业中，为保证Cl—先于OH—放电，生成Cl2故使用饱和食盐水，以保证Cl—浓度足够大先放电。
【过渡】下面我们再来学习电解的其他用途。
【板书】2、电镀
【阅读】阅读教材相关内容，回答：
（1）电镀的主要目的是什么？
（2）电镀时，通常把 作阴极，把 作阳极，用 作电镀液。
【学生讨论后回答，教师板书】
阴极：待镀金属；
阳极：镀层金属
电解质溶液：含有镀层金属离子的盐溶液
【讲述】由于在电镀过程中，镀层金属转化为离子进入溶液，而溶液中又有与镀层金属相同的离子，故电解前后电解质溶液的浓度不变。因此，电镀是一种特殊的电解。利用电解原理同样也可以进行铜的精炼。
【讨论】（1）为什么要进行铜的电解精炼？
（2）电解精炼铜时，用 作阴极，用 作阳极，用 作电解液。
【讨论后学生回答，教师板书】
阳极：
粗铜精炼 阴极：
电解质溶液：
电极反应式：阳极： 阴极：
【讲述】铜作为活性电极放电，形成Cu2+进入溶液后，金属活泼性顺序位于Cu之后的Ag和Au等金属杂质，由于失电子能力比Cu弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解，于是以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。Zn、Fe、Ni等比Cu活泼的金属，先于Cu放电，形成离子进入溶液，但其离子得电子的能力弱于Cu2+，因此留在溶液中。
【过度】电解原理的另一个应用是电冶金。
【板书】3、电冶金
【思考】（1）金属冶炼的本质是什么？
（2）冶炼金属的方法有哪些？
（3）电解冶炼主要适用于冶炼哪些金属？
【学生讨论后回答】
【板书】本质：Mn++ne—=M
【提问】以电解熔融NaCl得到金属Na为例，写出电极反应方程式和总反应方程式。
阳极： 阴极：
总反应：
【小结】本节课我们学习了电解原理在实际生产生活中的应用，在巩固电解原理的同时，了解了化学原理在实际生产上的应用。实际生产上的过程很复杂，这里我们只停留在理论上进行讨论。
九、板书设计
第一课时 电解原理
第三节 电解池
一、电解原理
1、电极名称
阴极：与外接电源的负极相连的电极
阳极：与外接电源的正极相连的电极
2、电解原理：
阴极：　Cu2＋＋2e－=Cu　（还原反应）
阳极：　2Cl－-2e－=Cl2↑（氧化反应）
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。
把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。
CuCl2 Cu＋Cl2↑
电解池的构成条件：
离子的放电顺序（惰性电极）
阳离子放电顺序：Ag+>Hg2+> Fe3+ > Cu2+ >H+>Sn4+>Fe2+>Zn2+>……
阴离子放电顺序：S2—>I—>Br—>Cl—>OH—>含氧酸根>F—
3、电解池、原电池的区别
4、、电解池和原电池关系示意图

第二课时 电解的应用
二、电解原理的应用
1、电解饱和食盐水以制取烧碱、氯气和氢气
2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH
2、电镀
阴极：待镀金属；
阳极：镀层金属
电解质溶液：含有镀层金属离子的盐溶液
阳极：
粗铜精炼 阴极：
电解质溶液：
电极反应式：阴极(精铜)：Cu2+＋2e－＝Cu 阳极(粗铜)：Cu－2e－＝Cu2+
3、电冶金
本质：Mn++ne—=M
十、教学反思
电化学内容是无机化学中很重要的知识，他既涉及到理论知识，又与元素化合物知识密切相关。通过化学能与电能之间的相互转化，可以使学生对氧化还原反应中能量变化的认识更加深刻，从而进一步树立能量观点和辩证唯物主义观点。
授课中要充分注意教与学的有机结合，尝试采取全班学生分若干小组，打破常规听课方式，以便更好地完成课堂中的讨论，分组实验等教学过程。
教学中，围绕问题讨论，实验预测、验证，现象对比等环节，突破本节课的教学重点和教学难点，同时以讨论为主线，结合动手实验，学生参与，启发学思维，引导学生观察分析、推理、探究，调动学生的参与意识，引发他们积极思考，以体现学生的主体性；并将所学知识与生产生活实践相联系，使课堂学习更加贴近社会生活，同时，辅以课堂反馈，检查学生课堂吸收率，培养学生的解题能力。

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