第四单元 电解原理及其应用

《电解原理及其应用》教案一、三维目标： 1.知识与技能:(1)了解电解原理,掌握电解、电解池的概念(2)能书写电极反应式，培养学生分析问题，总结归纳对比的能力2.过程和方法：通过探究电解质溶液的电解，结合电解原理分析，通过教师的设疑、释疑调动学生积极思维，猜测并分析推理实验现象，通过实验验证，归纳总结基本规律，使学生掌握电解装置的分析方法。

培养学生的观察能力、动手实验能力以及分析问题、解决问题的能力。

3.情感态度和价值观：通过电解知识的学习，发现其在日常生活和工农业生产中的广泛应用，激发学生勇于创新、积极实践的科学态度教学重难点：1.重点：理解电解原理和以电解CuCl2溶液、NaCl溶液为例分析电解产物。

2.难点：理解电解原理，非惰性电极作阳极对电解产物的判断二、教学设计：知识线：从电解水的现象入手，引出电解原理，电解池的定义和构成要素。

能力线：以实验探究为主，引发问题的思考及解决，最后得出结论。

提高学生分析问题的能力和实验动手能力。

三、教学过程：【引入】大多数的便携式移动电源并不会让你在离开电源的情况下超过两天。

我们不仅每天要为手机充电，同时还要为移动电源充电，而普通的移动电源也不能让我们尽情的使用手机。

不过现在，一款名叫Brunton Hydrogen Reactor的氢燃料移动电源终于从概念变成了现实。

虽然之前氢燃料电池技术在航天、交通、军事、生产等诸多领域已经有了不少应用，但是出现在电子科技产品中还是破天荒的头一回。

这是一款专门为野外求生玩家准备的产品，套件中的电池可给手机充电五六次，每次充电时间1小时左右，它有望成为露营、地震期间、紧急救援的新利器。

大家是否也需要这样一款移动电源呢？我们知道，氢氧燃料电池是将氢气与氧气反应的化学能转化成电能为用电器使用，同时生成水，那么如果我们能够把水再分解，原料就可以循环利用了，如何将水分解呢？生：电解。

【问】那么电解的过程是怎样的呢？原理是什么呢？又是怎样进行能量转化的呢？今天让我们带着这样的问题来探讨电解的原理及其应用。

第四章电化学基础第三节电解池第二课时——电解原理的应用核心素养通过电解饱和食盐水、电镀、铜的电解精炼的学习，培养学生将化学成果应用于生活的意识和社会责任感。

教材分析电解池是借助于电能，使不能自发进行的氧化还原反应能够发生，从而使电能转化为化学能的装置。

它的应用相当广泛，由此形成的工业也很多，如氯碱工业、电镀、电解、电冶金、电池充电等。

本节课是学生学习“电解原理”知识后的自然延伸与实际应用的有机结合，它有助于学生系统学习电化学知识，并学会用理论知识来解释在生产生活、科研中的实际应用原理，为将来进行科研工作打好基础。

学情分析选修4《化学反应原理》第四章第一、二节和第三节第一课时中，学生已经具有借助氧化还原理论、金属活动顺序和物理学中的电学知识判断电源正负极、电解池的阴阳极，溶液中离子放电顺序的关系、正确书写电极反应式和基本的电解原理分析的能力。

因此，在本节课中，可利用已有的电解池原理知识来理解常见的生产生活中电解原理应用相关知识，例如电解饱和食盐水、电镀、铜的精炼、电冶金等工业生产，有助于学生将理论知识与实际生活相结合，达到理论联系实际的目的，激发学习兴趣。

本节内容是高考大纲中的必考热点内容，电化学知识既可以综合学科内的知识，如化学实验现象的判断和分析、定量实验的操作要求、离子方程式的书写、氧化还原反应问题分析、化学计算等，也可以涉及学科间知识的运用，如物理学中的有关电流强度的计算、有关电量和阿伏加德罗常数的计算等，还可以与生产生活（如金属的腐蚀和防护、电镀废液的危害与环保）、新科技及新技术（新型电池）等问题相联系，是不可忽视的知识点．关于电化学的内容是历年高考的重要知识点之一,已成高考的必考题.其考查的内容有:原电池、电解池、电镀池的电极名称及电极反应式等。

如2015年高考全国新课标卷I第11题，考察内容为微生物电池的总反应式，以及质子交换膜的问题；如2015天津高考卷第4题考查内容为阳离子膜知识；如2015年北京高考第27题第（4）问考查电解海水以及阳离子膜的作用等。

教案：电解原理及其应用〔2课时〕一、教学目标1、知识与技能：①通过对熔融氯化钠电解体系的分析，使学生掌握电解、电解池概念，清晰的建立起电极反应的概念并能够正确的判断阴阳极②能书写电极反应式及总反应式，培养分析归纳知识的能力。

③通过活动探究，提高学生的实验能力和分析能力 2、过程与方法：通过运用电解的原理，分析电冶金以及电解饱和食盐水、电镀、电解精炼等复杂体系中所发生的反应，体会电解的实用价值和对人类社会的重要贡献。

3、情感态度与价值观：通过电解知识的学习，激发学生勇于创新、积极实践的科学态度。

二、教学重点、难点重点是理解电解原理和一般规律；难点是判断电极产物和电极反应和电解总反应式的书写三、教学流程惰性电极不变，离子导体更换为硫酸钠溶液 其它不变，阴阳极均改位铁 对过去所学知识进行综合运用探究分析归纳 电解熔融氯化钠电解、电解池、阴阳极和电极反应概念，电极反应式书写。

构成电解池的条件分析初步了解离子放电能力的强弱，了解氯碱工业原理活动探究4、给钥匙镀铜活动探究5、电解精炼铜解决复杂问题，能力全面提升 回扣初中所学电解水知识，把旧知识纳入新体系，了解离子放电顺序得出实质 是电解水发现新知， 完善体系归纳总结出完整的不同电极条件下的离子放电规律学以致用，体会 学习快乐归纳总结出构成电镀池的基本条件，了解电镀工业体会电解电镀原理在电解精炼上的神奇应用，感受化学之美综合分析，实现 能力升华画龙点睛,固化能力形成本单元核心学科思想和学科能力能 力不 断 提 升知 识 循 序 渐 进活动探究1、惰性电极电解饱和食盐水 惰性电极不变，离子导体有单一体系变成复杂体系 活动探究2、惰性电极电解硫酸钠溶液活动探究3、铁电极作阴阳极电解硫酸钠溶液 认知迁移，阳极改为铜电极 小结四、教学过程[总结]一、电极反应阳极：2Cl -- 2e-=Cl2↑〔氧化反应〕阴极：2Na ++2e-=2Na〔氧化反应〕总反应：2Na ++2Cl-电解Cl2↑+2Na2NaCl 电解Cl2↑+2Na[讲解]讲解1807年戴维电解获得金属钾的史实，说明不可能不是绝对的，随着人们的不断探索，本不可能的事情，很可能就变成了可能。

高中化学知识点规律大全——电解原理及其应用1．电解原理[电解、电解池(槽)] 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解．借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转变为化学能的装置，叫做电解池或电解槽．构成电解池(电解槽)的条件： (1)有外加直流电源．(2)有电解质溶液或熔融的离子化合物．(3)有两个电极(材料为金属或石墨，两极材料可相同或不同)： 阴极：与直流电源的负极直接相连的一极． 阳极：与直流电源的正极直接相连的一极． (4)两个电极要与电解质溶液接触并形成回路．注意 电解池的阴、阳极完全由外加直流电源的负、正极确定，与电极材料本身的性质无关．而原电池的正、负极则由构成电极材料本身的性质决定．[惰性电极和活性电极] 在电解时，根据电极本身是否参与氧化还原反应，可把电极分为惰性电极和活性电极两类：(1)惰性电极(C 、Pt 等)：只起导电作用，不参与反应；(2)活性电极(除Pt 、Au 外的其余金属)：当作阳极时，除起导电作用外，还失去电子变成金属阳离子进入溶液中． [电解原理]阴极：阴极→发生还原反应→溶液中的金属阳离子或H ＋得电子→电极的质量增加或放出H2→电极本身一定不参加反应．阳极：阳极→发生氧化反应→活性电极溶解或惰性电极时溶液中的阴离子(或OH －)失去电子→电极的质量减轻或放出O 2或析出非金属单质．电子流向：外接电源(+)→外接电源(一)→电解池阴极→溶液中离子定向移动→电解池阳极→外接电源(+)．电流方向：与电子流向相反． [离子的放电顺序](1)在阴极上．在阴极上发生的是得电子反应，因此，电极本身只起导电作用而不能发生氧化还原反应，发生反应的是溶液中的阳离子，它们得电子的能力顺序为： Ag ＋、Fe 3＋、Cu 2＋、H ＋、Pb 2＋、Fe 2＋、Zn 2＋、（H ＋）、Al 3＋、Mg 2＋、Na ＋、Ca 2＋、K ＋得电子能力由易到难说明 上列顺序中H ＋有两个位置：在酸溶液中，H ＋得电子能力在Cu 2＋与Pb 2＋之间；若在盐溶液中，则H ＋位于Zn 2＋与Ag ＋之间．(2)在阳极上．首先应考虑电极是活性电极还是惰性电极，若为活性电极，则是阳极本身失去电子被氧化成阳离子进入溶液中，即：+-=-n M ne M ，此时不能考虑溶液中阴离子的失电子情况；若为惰性电极，溶液中的阴离子失电子的能力顺序为：NO 3－或SO 42－等含氧酸根、OH －、Cl －、Br －、I －、S 2－失电子能力由弱到强发生条件电解质受热或受水分子的作用(无须通电)受直流电的作用特征阴、阳离子作不规则的运动，无明显化学变化阴、阳离子作定向移动，在两极上有物质析出说明电解质电离时，发生了物理变化和化学变化①电解质溶液的导电过程，就是该溶液的电解过程②温度升高，电解质溶液的导电能力增强，电解速度加快(但金属的导电性随温度升高而减弱)实例CuCl2＝Cu2＋+2Cl－CuCl2Cu2＋+Cl2↑相互关系电解质只有在电离后才能电解电极电极反应电子转移方向能量转变举例原电池正、负极由电极材料决定：相对活泼的金属作负极；较不活泼的金属作正极负极：电极本身失去电子，发生氧化反应正极：溶液中的阳离子得到电子，发生还原反应电子由负极流出，经外电路回正极化学能转变为电能铜锌原电池负极：Zn－2e－＝Zn2＋正极：2H＋+2e－＝H2↑电解池阴、阳极完全由外加直流电源的负、正极决定：与直流电源正极相连的是阳极；与直流电源负极相连的是阴极阴极：较易获得电子的阳离子优先得到电子，发生还原反应阳极，金属或较易失去电子的阴离子优先失去电子，发生氧化反应电子由直流电源的负极流出，经导线到达电解池的阴极，然后通过电解液中的离子放电，电子再从阳极经导线回到直流电流的正极电能转变为化学能以石墨为电极电解CuCl2溶液阳极：2C1－－2e－＝C12↑阴极：Cu2＋+2e－＝Cu↓物质代表物参加电解的物质阴极(区)产物阳极(区)产物溶液pH的变化酸含氧酸H2SO4、HNO3H2O H2O2减小无氧酸(除HF)HCl HCl H2C12增大碱强碱NaOH、KOH H2O H2O2增大盐不活泼金属的无氧酸盐CuCl2CuCl2Cu C12增大(若考虑C12的溶解，则pH减小) 活泼金属的无氧酸盐NaCl NaCl、H2O H2、NaOH C12减小不活泼金属的含氧酸盐CuSO4、AgNO3CuSO4、H2OAgNO3、H2OCu；Ag O2、H2SO4O2、HNO3增大活泼金属的含氧酸盐K2SO4、NaNO3KNO3、Na2SO4H2O H2O2不变归纳：(1)电解含氧酸、强碱和活泼金属含氧酸盐的水溶液，实际上都是电解水，即：2H2O2H2↑+ O2↑(2)电解无氧酸(HF除外)、不活泼金属无氧酸的水溶液，就是电解溶质本身．例如：2HCl H2↑+ Cl2↑CuCl2Cu + C12↑(3)电解活泼金属无氧酸盐溶液时，电解的总化学方程式的通式可表示为：溶质+ H2O H2↑+ 碱+ 卤素单质X2(或S)(4)电解不活泼金属含氧酸盐的溶液时，电解的总化学方程式的通式可表示为：溶质+ H2O O2↑+ 酸+ 金属单质(5)电解时，若只生成H2，pH增大．若只生成O2，则pH减小．若同时生成H2和O2，则分为三种情况：电解酸的溶液，pH减小；电解碱的溶液，pH增大；电解盐的溶液，pH不变．2．电解原理的应用[铜的电解精炼、电镀铜]项目铜的电解精炼电镀铜含义利用电解原理将粗铜中的杂质(如锌、铁、镍、银、金等)除去，以获得电解铜(含Cu的质量分数达利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其他金属(铜)或合金的过程99．95％～99．98％)的过程目的制得电解铜，以增强铜的导电性使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力电解液CuSO4溶液(加入一定量的硫酸) 含有镀层金属离子(Cu2＋)的电解质溶液作电镀液(如CuSO4溶液)阳极材料粗铜镀层金属(Cu)阴极材料纯铜待镀金属制品电极反应式阴极Cu2＋+2e－＝Cu Cu2＋+2e－＝Cu阳极Cu－2e－＝Cu2＋Zn－2e－＝Zn2＋Ni－2e－＝Ni2＋Cu－2e－＝Cu2＋特点①阳极反应为粗铜中的Cu及杂质失去电子而溶解②溶液中CuSO4的浓度基本不变①阳极本身失去电子而溶解②溶液中金属阳离子的浓度保持不变③溶液的pH保持不变说明当阳极上的Cu失去电子变成Cu2+溶解后，银、金等金属杂质以单质的形式沉积于电解槽底，形成阳极泥①铜镀层通常主要用于电镀其他金属之前的预镀层，以使镀层更加牢固和光亮②电镀工业的废水中常含剧毒物质如氰化物、重金属等．因此必须经过处理才能排放[氯碱工业](1)电解饱和食盐水溶液的反应原理．阳极电极反应式(Fe棒)：2H＋+2e－＝H2↑(H＋得电子产生H2后，阴极区OH－浓度增大而显碱性)阳极电极反应式(石墨)：2C1――2e－＝Cl2↑电解的总化学方程式：2NaCl + H2O2NaOH + H2↑+ Cl2↑(2)设备：离子交换膜电解槽．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．电解槽的阳极用金属钛制成；阴极由碳钢网制成．(3)阳离子交换膜的作用：①把电解槽隔为阴极室和阳极室；②只允许Na＋通过，而Cl－、OH －和气体则不能通过．这样，既能防止生成的H2和Cl2相混合而发生爆炸，又能避免C12进入阴极区与NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量．(4)离子交换膜法电解制烧碱的主要生产流程说明为除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－等杂质离子，需依次加入过量的BaCl2溶液(除去SO42－)、NaOH溶液(除去Mg2＋、Fe3＋)和Na2CO3溶液(除去Ca2＋和剩余的Ba2＋)，最后加入盐酸中和NaOH以及将剩余的Na2CO3转化为NaCl．。