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高中化学（大纲版）第三册第四单元电解原理及其应用第二节氯碱工业(第二课时)［引言］上节课我们学习了电解饱和食盐水的反应原理，知道其可以得到三种重要的化工原料——氢气、氯气和烧碱。
由于这几种产物混合时易发生化学反应，故需使电解反应在特殊的电解槽(即离子交换膜电解槽)中进行。
但进入电解槽阳极室的饱和食盐水必须是精制的，为什么要精制？粗盐水又应该如何精制？下面我们就来探讨这个问题。
［板书］第二节氯碱工业(第二课时)二、离子交换膜法制烧碱2.食盐水的精制［讲解］由上一节所学知识我们知道，离子交换膜的特点是只允许指定离子通过。
而粗等杂质，它们的存在会使制得的NaOH纯度盐水中常含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO-24降低，同时会使离子交换膜受到损坏，故在电解前，必须对饱和食盐水进行精制。
等杂质，怎样用BaCl2、［投影］已知粗盐水中常含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO-24Na2CO3、NaOH、盐酸等试剂将其除去？［师］请大家分组讨论，设计除杂方案。
［学生讨论，并设计除杂方案，教师选择有代表性的方案，用来展示和讲解］［教师评讲后总结］对于有关除杂问题的解答，首先应注意：在除去已有杂质的同时，不能带进新的杂质。
因此，在解答此种类型的题目时，一定要“瞻前顾后”，即注意思维的严密性。
其次，对于所提供的试剂，一定要弄清楚使用它的目的。
例如，在本题中，BaCl2的，而Na2CO3定然是用来沉淀Ca2＋的，NaOH可使Mg2＋、Fe3＋等以显然是用来清除SO-24沉淀的形式析出来，盐酸是用来调节溶液的pH的。
在此基础上，再对所加试剂进行合理排序，即可达到实验目的。
［依据以上思路，教师和学生一块设计出以下除杂方案］［板书］［想一想］1.为什么精制盐水时，要使所加BaCl2、NaOH、Na2CO3过量？［议一议］2.若把所加NaOH和Na2CO3的顺序调换一下，对精制结果是否会有影响？［学生思考，讨论后回答］沉淀完全，加NaOH、Na2CO3过量，是为答案：1.加BaCl2过量，可使溶液中的SO-24了使溶液中的Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋和过量的Ba2＋沉淀完全。
2019-2020年高中化学（大纲版）第三册第四单元电解原理及其应用第二节氯碱工业(备课资料)1.用培养皿做电解质溶液导电性的实验［操作］(1)在直径为12厘米的培养皿里加入30毫升蒸馏水，用碳棒作电极制成电解槽。
电路里串联2.5伏的小电珠，接通20～30伏直流电源，如右图所示。
(2)向培养皿里的水中滴加饱和硝酸钾溶液，边滴边搅拌，到电珠灯丝刚好出现极微弱的红光，停止滴加，并关掉电源。
(3)在培养皿中央放入一粒高锰酸钾晶体，并接通电源。
可以看到随着高锰酸钾的溶解、分散，离子的增多和定向移动，电珠由暗到明的同步变化。
2.趣味电解实验药品：0.001 mol·L－1 AgNO3溶液，浓氨水仪器：培养皿，滴管，铂电极两个，稳定电源一个过程(1)在培养皿中加入足量的AgNO3溶液，滴入浓氨水至沉淀溶解为止。
(2)将阳极伸入溶液，浸没在容器一侧；阴极在容器另一侧，仅与溶液表面接触，如下图。
(3)通6 V电源。
现象：可以清晰地看到通电以后，在与阴极接触的溶液部位刚开始产生一点银白色的金属，接着便迅速地开始向着阳极生长，类似于古生橛子类植物叶子的形状。
注意点：(1)电解液中，［Ag＋］不能大。
(2)为使现象明显，便于全班学生观察，最好使用实物投影仪器。
3.课题研究示例提高实验室电解水制备氢气效率方法的探索背景资料：在实验室制备氢气过程中，经常会发现电解水效率不高的问题。
如何有效提高水的转化率呢？实验要求：1.设计实验装置，并阐述影响电解水转化率的因素及其改进措施；2.能对实验数据进行较为详细地分析。
参考答案：实验原理和成败关键：电解是在外电源作用下被迫发生的氧化还原过程。
水在通直流电时，在两极发生氧化还原反应，在阳极上氢氧根离子失去电子，放出氧气。
在阴极上，氢离子获得电子，产生氢气。
从理论上讲，所产生的氢气和氧气的体积比恰好为2∶1。
实验过程中，时常会出现两种气体的体积比与理论上存在偏差的现象(氧气的体积偏小，氢气的体积偏大)。
第二课时［复习巩固］［投影练习］1.下列关于电解槽的叙述中不正确的是A.与电源正极相连的是电解槽的阴极B.与电源负极相连的是电解槽的阴极C.在电解槽的阳极发生氧化反应D.电子从电源的负极沿导线流入电解槽的阴极2.用惰性电极电解某金属的硫酸盐溶液时，在阴极上析出m 克金属，同时在阳极上析出0.8 g 气体，若金属的原子量为M ，则其化合价为A.m －MB.m M 10 C.m M D.Mm 20 3.在下图中x ,y 分别是直流电源的两极，通电后发现a 极板质量增加，b 极板处有无色无嗅气体放出，符合这一情况的是［学生练习，教师巡视，并根据具体情况进行指导和讲解］解析：1.答案：A2.本题的解题关键在于：分析电解硫酸盐溶液的阴、阳极产物，然后根据阴、阳极反应中得失电子数目相等来找出已知物质间的关系式，然后进行求解。
由题意可知，阴极析出金属(可用R 表示)，阳极是OH －放电(阴离子放电顺序：OH －＞SO 24),产生O 2。
设金属R 的化合价为x ，根据则阴、阳极产物的关系式为：4R −→−x O 24M32x m0.8 x =mM 10 答案：B3.本题装置外接直流电源，是电解池。
题目通过电解池两极反应现象的描述，要求做题者选择符合现象的组合，考查对电解中电极反应的掌握程度。
解题时，可抓住两极反应现象，采用逐步淘汰的方法筛选。
根据金属阳离子能在阴极得电子被还原析出而增重，可知,a 极为阴极，则X 电极为负极，从而否定C 。
在提供的四种Z 溶液中涉及的阳离子是Ag ＋、Cu 2＋、H ＋(水电离的)、Na ＋，由此否定B 。
b 极(阳极)放出无色无臭的气体，根据四种Z 溶液的阴离子分析，放电离子是OH －(B 已否定，OH －为水电离的)，从而否定D 。
最终确定A 符合题意。
答案：A［引言］以上我们通过练习重温了有关电解池和电解原理的知识，本节课我们就在此基础上来认识电解原理的一些应用。
［板书］第一节 电解原理(第二课时)［师］请大家分析以下装置中的电极反应及反应现象。
高中化学中的电解原理及其应用在高中化学的学习中，电解原理是一个十分重要的概念，它不仅在理论上具有深刻的意义，而且在实际应用中也有着广泛的用途。
让我们一起来深入了解一下这一神奇的化学原理及其丰富多样的应用。
一、电解原理的基本概念电解，简单来说，就是在直流电的作用下，使电解质溶液或熔融电解质在阴阳两极发生氧化还原反应的过程。
要理解电解原理，首先得清楚电解池的构成。
电解池由直流电源、两个电极（阳极和阴极）以及电解质溶液（或熔融电解质）组成。
在电解池中，与电源正极相连的电极称为阳极，与电源负极相连的电极称为阴极。
在电解过程中，阳极发生氧化反应，阴离子失去电子；阴极发生还原反应，阳离子得到电子。
例如，在电解氯化铜溶液时，氯离子在阳极失去电子生成氯气，铜离子在阴极得到电子生成铜单质。
二、电解原理的影响因素1、电极材料电极材料的性质会影响电解反应的进行。
惰性电极（如铂、金等）在电解时本身不参与反应，而活性电极（如铁、铜等）可能会参与反应。
2、电解质溶液的浓度电解质溶液浓度的大小会影响离子的迁移速度和反应速率。
3、电流强度电流强度越大，电解反应的速率通常越快。
4、温度适当提高温度可以加快离子的运动速度，从而加快电解反应的速率。
三、电解原理的应用1、电解精炼电解精炼是利用电解原理提纯金属的一种方法。
以铜的电解精炼为例，粗铜作为阳极，纯铜作为阴极，硫酸铜溶液作为电解质溶液。
在电解过程中，阳极的粗铜逐渐溶解，杂质如锌、铁、镍等比铜活泼的金属先溶解成为离子进入溶液，而金、银等不活泼的金属则沉淀为阳极泥；阴极上铜离子得到电子析出纯铜，从而达到提纯铜的目的。
2、电镀电镀是一种表面处理技术，也是基于电解原理。
将需要镀金属的物件作为阴极，镀层金属作为阳极，含有镀层金属离子的溶液作为电解质溶液。
通过电解，在阴极上沉积出均匀、致密、结合良好的镀层，起到保护、装饰或赋予特殊功能的作用。
比如，我们常见的镀铬、镀锌等。
3、氯碱工业氯碱工业是电解食盐水制取烧碱、氯气和氢气的工业生产方法。
《电解池》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解电解池的工作原理，能够区分电解池和原电池的区别。
2. 掌握电解池的电极反应式和电解反应式。
3. 能够分析电解池在日常生活和工业生产中的应用。
二、教学重难点1. 重点：理解电解池的工作原理，掌握电极反应式和电解反应式。
2. 难点：区分电解池和原电池的区别，应用电解池原理解决实际问题。
三、教学准备1. 准备教学用具：PPT课件，电极反应式板书用具，实验器材等。
2. 准备教学内容：搜集电解池在实际中的应用案例，准备电解池实验。
3. 准备学生材料：打印预习资料，提供实验器材和试剂。
四、教学过程：本节电解池教学过程主要分为以下几个环节：电解池概念导入、电解池工作原理分析、电解池应用分析、电解池实验操作注意事项以及巩固与提升。
1. 电解池概念导入教师首先展示电池模型，通过提问法引出电解池概念。
提问学生原电池与电解池的区别，通过学生的回答，总结出电解池概念。
接着，教师展示电解池模型，向学生解释电解池的工作原理。
2. 电解池工作原理分析教师利用PPT展示电解池内部结构，并利用动画展示电解池工作过程，帮助学生理解电解池的工作原理。
接着，教师提出一系列问题，引导学生思考电解池中离子的移动方向、电子的移动方式和电极反应。
通过小组讨论的方式，让学生自主得出答案，最后由教师进行点评与补充。
3. 电解池应用分析教师列举电解池在日常生活和工业生产中的应用实例，如电镀、精炼、电泳等。
接着，让学生结合所学知识，思考这些应用中电解池的作用原理，以此加深学生对电解池应用的理解。
4. 实验操作注意事项教师进行电解池实验操作演示，并强调实验过程中的注意事项。
例如，电极材料的选择、电解质溶液的选择、电源的正负极选择等。
同时，教师还要提醒学生关注实验过程中的现象，如电流表指针的偏转方向、电极表面的变化等。
5. 巩固与提升教师设计一些与电解池相关的练习题，帮助学生巩固所学知识。
同时，教师还可以提出一些具有挑战性的问题，引导学生进行深入思考，提升学生的知识应用能力。
第二节氯碱工业●教学目标1.使学生了解氯碱工业反应原理。
2.使学生了解电解槽。
3.让学生熟悉氯碱工业中食盐水的精制。
4.常识性介绍以氯碱工业为基础的化工生产。
5.培养学生的分析、推理能力。
6.培养学生理论联系实际的能力及灵活运用所学知识的能力。
●教学重点氯碱工业反应原理，食盐水的精制。
●教学难点氯碱工业反应原理；学生综合应用所学知识能力的培养。
●教学方法实验探究、分析归纳、讨论、练习等。
●教学用具电脑、投影仪铁架台(带铁夹)、U形管、碳棒电极、铁棒电极、直流电源、饱和NaCl溶液、酚酞试液、碘化钾淀粉试纸、离子交换膜电解槽模型。
●课时安排共两课时第一课时：电解饱和食盐水的反应原理及离子膜电解槽。
第二课时：食盐水的精制和氯碱工业化工产品。
●教学过程第一课时［师］请大家根据上节课所学的电解原理做以下练习。
［投影练习］用石墨做电极，电解下列溶液，经过一段时间，溶液的pH下降的是A.NaClB.NaOHC.H2SO4D.CuSO4［讲解］pH下降即c(H＋)增大，引起c(H＋)增大的情况有：①电解不活泼金属的含氧酸盐溶液，OH－放电，H＋不放电；②电解含氧酸溶液，H＋和OH－均放电，实质为电解水，酸的浓度增大。
pH增大即c(OH－)增大，引起c(OH－)增大的情况有：①电解活泼金属的无氧酸盐及无氧酸溶液，H＋放电，OH－不放电；②电解强碱溶液，H＋和OH－均放电，实质为电解水，碱的浓度增大。
电解活泼金属的含氧酸盐，实质为电解水，溶液的pH不变。
［学生根据以上规律判断］答案：CD［设问］假如我们现在要电解NaCl溶液，会有什么现象发生呢？［向学生介绍以下实验装置］［实验装置］在U型管里装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极。
把湿润的碘化钾淀粉试纸放在两极附近。
使两根电极与直流电源相接。
［师］请大家分组讨论并回答。
［为方便学生讨论，可投影展示下图］电解饱和食盐水实验装置［学生讨论后回答］两根电极上均有气体放出；阳极湿润的KI淀粉试纸变蓝，阴极试纸无变化；阴极附近的溶液由无色变为红色。
［师］上述结论是否正确呢？实践出真知。
下面我们亲自做一下这个实验，请大家仔细观察。
［接通以上实验装置的电源，观察］［师］以上现象的发生，证明了我们的推测是正确的。
［问］为什么会有上述现象发生呢？请大家根据我们学过的电解原理和弱电解质的电离平衡原理进行思考，并回答。
［请一位同学上台讲解］这是因为NaCl是强电解质，在溶液里完全电离，水是弱电解质，微弱电离，因此在溶液中存在着Na＋、H＋、Cl－、OH－四种离子。
当接通直流电源后，带负电的OH－和Cl－向阳极移动，带正电的Na＋和H＋向阴极移动。
在这样的电解条件下，Cl－比OH－容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出，使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。
在阴极，H＋比Na＋容易得到电子，因而H＋不断地从阴极获得电子被还原为氢原子，并结合成氢分子从阴极放出。
溶液中的H＋是由水的电离生成的，由于H＋在阴极上不断得到电子而生成H2放出，破坏了附近的水的电离平衡，水分子继续电离出H＋和OH－，H＋又不断得到电子变成H2，结果在阴极区溶液里OH－的浓度相对地增大，使酚酞试液变红。
［教师评价］讲得很到位！［师］以上过程我们可用电脑模拟出来。
［用电脑动画模拟NaCl溶液的电解：通电前溶液中的H＋、Na＋、OH－、Cl－在自由运动，通电后做定向移动……］［师］以上原理即为电解饱和食盐水的反应原理。
［板书］一、电解饱和食盐水的反应原理。
［师］请大家写出以上反应的电极反应式并注明反应类型。
同时写出电解饱和食盐水的总反应式。
［学生练习，教师巡视］［请一位同学上黑板书写］［学生板书］阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)阴极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)总反应式：2NaCl＋2H2O 电解====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑注意：在把电极反应式合并为总反应式时，若参加反应的H＋和OH－是由水电离产生，则在写反应物时，应写为H2O。
如上述阴极反应的反应式即可写为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－进行合并。
［师］由以上反应式可以看出，电解饱和食盐水可以得到NaOH、Cl2、H2三种物质。
［引入本节课题］工业上就是利用这一原理来制取烧碱、氯气和氢气，并以它们为原料来生产一系列的化工产品，我们把这一工业称为氯碱工业。
［板书］第二节氯碱工业请大家根据已学知识，做以下练习：［投影练习］下图中的每一方格表示有关的一种反应物或生成物(反应时加入或生成的水，以及生成沉淀J时的其他产物均已略去)。
请填写下列空白：(1)物质B是_________，F是_________，D是_________，J是_________。
(2)写出反应①的离子方程式。
［学生练习，教师巡视］［讲解］解答框图题，首先要找出解题的“题眼”，即进行分析思考最易着手的地方。
本题最明显的信息便是饱和食盐水的电解。
已知电解饱和食盐水的反应为：2NaCl＋2H2O 电解====2NaOH＋Cl2↑＋H2↑又知：H2＋Cl2光或燃烧=========2HCl2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O说明B一定为Cl2(它和另两种生成物都能反应)，C一定为H2(H2和Cl2反应只得一种生成物)；A一定是NaOH。
另一初始反应物F的有关信息：F能和盐酸反应置换出H2，F一定是比氢活泼的金属，此金属和HCl反应生成物的化合价与它和Cl2反应产物化合价不同，是有可变化合价的比氢活泼的金属。
F为铁。
从Fe与盐酸产物FeCl2和Fe与Cl2产物FeCl3分别与D的反应、判断沉淀J。
D只能是NaClO而不能是NaCl,NaClO为强碱弱酸盐，水溶液有碱性。
HClO有强氧化性，NaClO也可能有氧化性，而FeCl2又有强还原性。
因此不论FeCl3还是FeCl2与NaClO反应均生成Fe(OH)3沉淀。
答案：(1)B：Cl2F:Fe D:NaClO J:Fe(OH)3(2)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O［过渡］由刚才我们对上题的分析中可知，在上面的电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间能够发生化学反应，如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO，H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。
在工业生产中，怎样才能避免这几种产物的混合呢？这就需要使反应在一种特殊的电解槽中进行，这种电解槽就是离子交换膜电解槽。
下面，我们就来认识一下离子交换膜电解槽并学习离子交换膜法制烧碱的原理。
［板书］二、离子交换膜法制烧碱［讲解］离子交换膜法制碱是目前世界上比较先进的电解制碱技术。
这一技术在20世纪50年代开始研究，80年代开始工业化生产。
请大家阅读课本有关内容，了解离子交换膜电解槽的组成、离子交换膜的特性和离子交换膜的作用及其工作原理。
［学生阅读总结］［教师板书］1.离子交换膜电解槽(1)离子交换膜电解槽的组成。
(2)阳离子交换膜的特性。
(3)阳离子交换膜的作用。
(4)离子交换膜法电解原理。
［向学生展示离子交换膜电解槽模型］［请一位同学上讲台指出模型由哪几部分组成］［生］离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。
［讲解］电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。
［问］电解饱和食盐水中的阳离子交换膜有什么特性？［生］其只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过。
［追问］阳离子交换膜在电解饱和食盐水中所起的作用是什么？［生］在电解饱和食盐水时，阳离子交换膜只允许Na＋通过，而Cl－、OH－和气体则不能通过。
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溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。
［问］离子交换膜法制烧碱的原理是什么呢？现在，我们请一位同学根据这张“离子交换膜法电解原理示意图”来讲一下其工作原理。
［投影展示］离子交换膜电解原理示意图［学生讲解］把精制的饱和食盐水加入阳极室；纯水(加入一定量的NaOH溶液)加入阴极室。
通电时，H2O在阴极表面放电生成H2，Na＋穿过离子膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH;Cl－则在阳极表面放电生成Cl2。
电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水。
［设问］为什么在加入阴极室的纯水中要加入一定量的NaOH溶液？［生］为了增强溶液的导电性。
［师］很正确！离子交换膜法电解制碱的生产流程可简单表示如下：［投影］离子交换膜法电解制碱的主要生产流程［讲解］通过以上流程，我们便可以得到氯气、氢气、氢氧化钠三种重要的化工原料。
离子交换膜法制碱技术具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点，是氯碱工业发展的方向。
［小结］本节课我们主要学习了电解饱和食盐水的反应原理及离子交换膜法制烧碱两部分内容，这是我们了解氯碱工业所必需知道的。
［布置作业］习题：一、3 二［想一想］H2、Cl2、NaOH各有哪些用途？查阅资料，对他们进行更多的了解。
●板书设计第二节氯碱工业一、电解饱和食盐水的反应原理阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑(氧化反应)阴极：2H ＋＋2e －===H 2↑(还原反应)总反应式：2NaCl ＋2H 2O 电解====2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑二、离子交换膜法制烧碱 1.离子交换膜电解槽(1)离子交换膜电解槽的组成 (2)阳离子交换膜的特性 (3)阳离子交换膜的作用 (4)离子交换膜法电解原理 ●教学说明本课时教学的一个最明显特点是让学生亲自参与教学，这样，可更大程度地调动学生学习的积极性。
在讲电解饱和食盐水的原理之前，还特意让学生做了一个有关电解时pH 变化的练习，这主要是为解释实验现象中的“酚酞变红”作铺垫，当学生明白了电解饱和食盐的原理后，又提供了一个与其相关的综合题让学生练习，这样，既可以巩固新学知识，又可培养学生综合应用所学知识的能力。
对于本课时的演示实验，主要采取了探究式的教学方法，即激疑−→−推测−→−验证。
这样做，一来可使学生尝受到成功的喜悦，二来还可激发学生勇于探索未知的激情。
