2022年高中化學(xué)（大綱版）第三冊(cè) 第四單元電解原理及其應(yīng)用第一節(jié)電解原理(第一課時(shí))

2022年高中化學(xué)（大綱版）第三冊(cè) 第四單元 電解原理及其應(yīng)用 第一節(jié)電解原理(第一課時(shí))教學(xué)目標(biāo)1.使學(xué)生理解電解原理。2.使學(xué)生了解銅的電解精煉。3.使學(xué)生了解電鍍銅。4.培養(yǎng)學(xué)生觀(guān)察、分析推理、歸納總結(jié)、探究、自學(xué)等能力。5.使學(xué)生認(rèn)識(shí)電解原理在實(shí)際生活中的應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)電解原理。教學(xué)難點(diǎn)1.離子放電的實(shí)質(zhì)。2.原電池和電解池的比較。教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)、探究、比較、討論、自學(xué)等。教學(xué)用具電腦、投影儀25% CuCl2溶液、水、CuSO4溶液(或銅氨溶液)、鐵制鑰匙、電鍍制品(如鍍件首飾、水龍頭等)、小燒杯(3個(gè))、電流表、直流電源、石墨電極(3個(gè))、鋅電極、銅片、KI淀粉試紙。課時(shí)安排共兩課時(shí)。第一課時(shí)：電解原理第二課時(shí)：電解原理的應(yīng)用教學(xué)過(guò)程第一課時(shí)實(shí)驗(yàn)引入師請(qǐng)大家仔細(xì)觀(guān)察下面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的組成裝置(如圖)，并分析實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的現(xiàn)象。演示實(shí)驗(yàn)1把一根鋅電極和一根碳電極平行地插入盛有CuCl2溶液的小燒杯中，用導(dǎo)線(xiàn)連接，并在導(dǎo)線(xiàn)中間接入一個(gè)電流計(jì)，如圖，觀(guān)察發(fā)生的現(xiàn)象。演示實(shí)驗(yàn)2在另一個(gè)小燒杯中注入CuCl2溶液，插入兩根石墨棒作電極，如圖連接，觀(guān)察現(xiàn)象。演示實(shí)驗(yàn)3把圖裝置改成圖樣，并把濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙放在與電源正極相連的電極附近，接通直流電源(向?qū)W生指明電源的正負(fù)極)，觀(guān)察現(xiàn)象。甲同學(xué)回答的現(xiàn)象電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，碳電極上有紅色物質(zhì)出現(xiàn)。乙同學(xué)回答的現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有明顯現(xiàn)象發(fā)生。丙同學(xué)回答的現(xiàn)象與電源負(fù)極相連的碳電極上有紅色物質(zhì)析出，與電源正極相連的碳電極上有氣泡放出，該氣體能使?jié)駶?rùn)的碘化鉀淀粉試紙變藍(lán)。教師對(duì)學(xué)生的回答作出評(píng)價(jià)師請(qǐng)大家思考并回答實(shí)驗(yàn)1、2所發(fā)生現(xiàn)象的原因。學(xué)生思考后回答實(shí)驗(yàn)1的裝置為原電池裝置，其中鋅電極為負(fù)極，碳電極為正極，形成閉合回路時(shí)，鋅失去電子變?yōu)殇\離子進(jìn)入溶液，電子沿導(dǎo)線(xiàn)流入碳電極，溶液中的銅離子在碳電極上得電子變成銅析出，這也是碳電極上析出紅色物質(zhì)的原因。電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)是由于化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了電能的緣故。實(shí)驗(yàn)2因不符合構(gòu)成原電池的條件，故不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。追問(wèn)形成原電池的條件是什么？生兩根活性不同的電極；電解質(zhì)溶液；形成閉合回路。教師總結(jié)很好！原電池是我們高二學(xué)過(guò)的內(nèi)容，其特點(diǎn)是可把化學(xué)能自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽渲须娮恿鞒龅囊粯O為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)(草板書(shū)：Zn2e=Zn2)，電子流入的一極為正極(草板書(shū)：Cu22e=Cu)，發(fā)生還原反應(yīng)，而電流的方向與電子的流動(dòng)方向恰恰相反，即由正極經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)流向負(fù)極。想一想原電池的電解質(zhì)溶液中，陰、陽(yáng)離子的運(yùn)動(dòng)方向如何？答案：電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)(如在圖中，Cu2離子移向正極碳電極上得電子，為保持電荷平衡，Cl移向負(fù)極鋅電極，因其周?chē)休^多的陽(yáng)離子鋅離子)。議一議實(shí)驗(yàn)2和3的裝置有何區(qū)別？引起它們實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不同的原因是什么？對(duì)于實(shí)驗(yàn)3中出現(xiàn)的現(xiàn)象你能解釋嗎？學(xué)生分組討論，并匯報(bào)討論結(jié)果，進(jìn)行交流答案：實(shí)驗(yàn)2和3的裝置區(qū)別在于：實(shí)驗(yàn)3比實(shí)驗(yàn)2多了一個(gè)直流電源裝置；這說(shuō)明實(shí)驗(yàn)3產(chǎn)生的現(xiàn)象皆是因通直流電的緣故。與電源負(fù)極相連的碳電極上出現(xiàn)的紅色物質(zhì)，分明是銅，這說(shuō)明溶液中的Cu2在該電極上得電子被還原成了銅單質(zhì)；與電源正極相連的碳棒上有氣體放出，且該氣體能使?jié)駶?rùn)的碘化鉀淀粉試紙變藍(lán)，分析溶液的組成并結(jié)合已知現(xiàn)象，可推得該氣體一定是氯氣，且必定是溶液中的Cl在電極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)所致。教師總結(jié)由以上的討論我們可知，實(shí)驗(yàn)3中發(fā)生的化學(xué)變化是由于通了直流電的緣故，即通電導(dǎo)致了化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，亦即，電能轉(zhuǎn)變成了化學(xué)能，在這個(gè)能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個(gè)電極上進(jìn)行?；瘜W(xué)上，我們把這個(gè)過(guò)程叫做電解。而電解原理及其應(yīng)用便是我們本單元所要學(xué)習(xí)的重點(diǎn)內(nèi)容。板書(shū)第四單元 電解原理及其應(yīng)用過(guò)渡本節(jié)課我們重點(diǎn)學(xué)習(xí)電解原理。板書(shū)第一節(jié) 電解原理一、電解原理講解我們剛才所做的實(shí)驗(yàn)3，實(shí)際上就是在電解CuCl2溶液。電解時(shí)，兩根相同的碳電極上分別發(fā)生了不同的反應(yīng)，產(chǎn)生了不同的現(xiàn)象。為了區(qū)別這兩根電極，我們把與電源負(fù)極相連的電極叫陰極，把與電源正極相連的電極稱(chēng)陽(yáng)極。請(qǐng)大家以電解CuCl2溶液為例，寫(xiě)出陰、陽(yáng)兩極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式，并標(biāo)出是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)。學(xué)生練習(xí)，請(qǐng)一位同學(xué)上黑板寫(xiě)出學(xué)生板書(shū)陰極：Cu22e=Cu(還原反應(yīng))陽(yáng)極：2Cl2e=Cl2(氧化反應(yīng))師上述電解反應(yīng)的總反應(yīng)式可寫(xiě)為：板書(shū)CuCl2CuCl2師于是，我們可以把電解定義為：講解并板書(shū)1.電解：使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程叫做電解。講解這種借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置，也就是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池或電解槽。板書(shū)2.電解池(電解槽)：把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置。想一想電解池通電發(fā)生反應(yīng)時(shí)，其陰極得到的電子總數(shù)和陽(yáng)極失去的電子總數(shù)是否相等？答案：相等思考電解池通直流電后，電解質(zhì)溶液中的陰、陽(yáng)離子怎樣運(yùn)動(dòng)？與原電池中的離子運(yùn)動(dòng)相比較。答案：電解池通電時(shí)，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)；在原電池中，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)。師電解質(zhì)溶液在通電前后的離子運(yùn)動(dòng)情況我們可表示如下：電腦演示CuCl2溶液在通電前后的運(yùn)動(dòng)情況，可按下圖設(shè)計(jì)成三維動(dòng)畫(huà)講解通電前，Cu2和Cl在溶液里自由地移動(dòng)著(如圖所示)；通電后，在電場(chǎng)的作用下，這些自由移動(dòng)的離子，改作定向移動(dòng)。帶負(fù)電的陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，帶正電的陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)(如圖所示)。在陽(yáng)極，Cl失去電子被氧化成氯原子，并兩兩結(jié)合成Cl2，從陽(yáng)極放出。在陰極，Cu2獲得電子被還原成銅原子，覆蓋在陰極石墨棒上。這樣，電流就依靠溶液里陰離子和陽(yáng)離子的定向移動(dòng)而通過(guò)溶液，所以電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過(guò)程，就是該溶液的電解過(guò)程。電解質(zhì)溶液電解時(shí)的兩極反應(yīng)及電子移動(dòng)的情況我們可圖示如下：投影展示下圖電解池與直流電源的連接講解由上圖可以看出，在電解池中，電子從電源的負(fù)極沿導(dǎo)線(xiàn)流入電解池的陰極，陽(yáng)離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；陰離子在陽(yáng)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從電解池的陽(yáng)極流出，沿導(dǎo)線(xiàn)流回電源的正極。電解CuCl2溶液的化學(xué)反應(yīng)方程式實(shí)際上就是陽(yáng)極上的反應(yīng)和陰極上的反應(yīng)的總和。思考金屬的導(dǎo)電和電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電是否一樣？答案：不一樣。金屬導(dǎo)電是由于自由電子的定向移動(dòng)；電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是由于陰、陽(yáng)離子的定向移動(dòng)。設(shè)問(wèn)在CuCl2溶液中，是否只有Cu2和Cl？生不是！還有水電離出的H和OH。追問(wèn)通電時(shí)，它們分別向哪一極移動(dòng)？生H向陰極移動(dòng)，OH向陽(yáng)極移動(dòng)。進(jìn)一步追問(wèn)那么，在陰極為何是Cu2得電子而不是H？在陽(yáng)極為何是Cl失電子而不是OH？難道這里有什么規(guī)則嗎？請(qǐng)大家討論后回答。學(xué)生討論，并回答一定是Cu2比H更易得電子，而Cl比OH更易失電子，得失電子的性質(zhì)，實(shí)質(zhì)上就是離子氧化性和還原性的體現(xiàn)，因此，可得出的結(jié)論是：氧化性越強(qiáng)的離子越易得電子，還原性越強(qiáng)的粒子越易失電子。教師總結(jié)由大家剛才的討論可知，電解時(shí)，當(dāng)電解質(zhì)溶液中同時(shí)含有多種離子時(shí)，應(yīng)首先考慮何者更易得電子，何者更易失電子，然后再來(lái)分析電極上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。講解陽(yáng)離子得電子，陰離子失電子統(tǒng)稱(chēng)為離子放電。學(xué)習(xí)電解原理，掌握離子的放電順序是很重要的。板書(shū)3.離子放電順序。講解離子放電順序?qū)嶋H上是和陰、陽(yáng)離子的還原性和氧化性相對(duì)應(yīng)的，其大體順序是：講解并板書(shū)(1)陽(yáng)離子放電順序 (2)陰離子放電順序 投影練習(xí)寫(xiě)出用石墨電解下列溶液的電極反應(yīng)式CuSO4 Na2SO4 H2SO4 HCl NaOH H2O學(xué)生練習(xí)，教師巡視請(qǐng)兩位同學(xué)上黑板書(shū)寫(xiě)，各寫(xiě)3個(gè)學(xué)生草板書(shū)CuSO4:陰極：Cu22e=Cu陽(yáng)極：4OH4e=2H2OO2 HCl:陰極：2H2e=H2陽(yáng)極：2Cl2e=Cl2教師評(píng)價(jià)總結(jié)由以上電極反應(yīng)式并結(jié)合離子放電順序可以看出：含氧酸溶液、強(qiáng)堿溶液以及活潑金屬含氧酸鹽溶液的電解，實(shí)質(zhì)為電解水。電解質(zhì)本身起增強(qiáng)水的導(dǎo)電性的作用。想一想若實(shí)驗(yàn)1的裝置通上直流電，其現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)3是否相同呢？學(xué)生思考后回答甲種回答：現(xiàn)象一樣，因?yàn)殡娊獾耐荂uCl2溶液。乙種回答：現(xiàn)象不一樣，因?yàn)樗鼈兯秒姌O不一樣。師實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的惟一標(biāo)準(zhǔn)，下面我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行甄別。演示實(shí)驗(yàn)4用碳電極作陰極，鋅電極作陽(yáng)極電解CuCl2溶液。提示學(xué)生和實(shí)驗(yàn)3現(xiàn)象比較問(wèn)上述實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)3的現(xiàn)象有何異同？生相同點(diǎn)：陰極均有紅色物質(zhì)出現(xiàn)；不同點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)3的陽(yáng)極有氣體產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)4沒(méi)有。問(wèn)你知道這是為什么嗎？生必定是因?yàn)殇\作陽(yáng)極之故。師那么，你能寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)4的電極反應(yīng)式嗎？教師指導(dǎo)學(xué)生書(shū)寫(xiě)，得到下式陰極：Cu22e=Cu陽(yáng)極：Zn2e=Zn2小結(jié)電解時(shí)，若用金屬電極作陽(yáng)極，則陽(yáng)極首先是金屬電極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)(金、鉑做電極除外)過(guò)渡今天我們所認(rèn)識(shí)的電解池與以前學(xué)過(guò)的原電池在能量轉(zhuǎn)換方面正好是相反的。請(qǐng)大家以銅、鋅原電池(稀H2SO4為電解質(zhì))和電解CuCl2溶液的電解池為例，比較它們?cè)诮M成、原理和功能等方面的差別。學(xué)生討論、比較教師板書(shū)4.原電池和電解池的比較。投影展示原電池和電解池的比較。根據(jù)討論結(jié)果，填寫(xiě)上表答案：投影練習(xí)指出下列裝置名稱(chēng)，寫(xiě)出電極名稱(chēng)、電極反應(yīng)式答案：A為原電池，B為電解池，且A為B的電解提供電能。A：C正極：2H2e=H2Fe負(fù)極：Fe2e=Fe2B:陰極：Cu22e=Cu陽(yáng)極：2Cl2e=Cl2過(guò)渡有關(guān)電解質(zhì)溶液電解的知識(shí)，常常和物理學(xué)中的電學(xué)聯(lián)系在一起，例如投影例題用石墨電極電解pH=3的稀硫酸溶液50 mL，通電1 h停止電解。此時(shí)測(cè)得溶液的pH=2，已知每個(gè)電子所帶的電量為1.6×1019 C，則下列說(shuō)法正確的是(溶液密度均為1 g·cm3)A.陰、陽(yáng)兩極共產(chǎn)生84 L氣體 B.陰、陽(yáng)兩極共產(chǎn)生3.75 mol氣體C.電路中電流強(qiáng)度約為134 AD.溶液的質(zhì)量減少25 g學(xué)生練習(xí)，教師巡視講解用石墨電極電解稀H2SO4溶液，實(shí)質(zhì)上是電解水，所以電解前后溶液中的H的物質(zhì)的量不變。設(shè)電解后溶液的體積為V，則有103×50=102×V V=5 mL。故參與電解的水的質(zhì)量：m(H2O)=(505)×1=45 g，n(H2O)=2.5 mol，由2H2O=2H2O2,可知所得氣體為2.5×3=3.75 mol,B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)；由于選項(xiàng)A中氣體未指明狀態(tài)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；電解2.5 mol水，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2.5×2=5 mol，由q=It，可知I=134 A,C項(xiàng)正確。答案：BC小結(jié)本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了有關(guān)電解原理的知識(shí)，有關(guān)電解原理的應(yīng)用，我們將在下節(jié)課中學(xué)習(xí)。布置作業(yè)習(xí)題：一、3 三、2板書(shū)設(shè)計(jì)第四單元 電解原理及其應(yīng)用第一節(jié) 電解原理一、電解原理陰極：Cu22e=Cu(還原反應(yīng))陽(yáng)極：2Cl2e=Cl2(氧化反應(yīng))CuCl2CuCl21.電解：使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程叫做電解。2.電解池(電解槽)：把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置。3.離子放電順序(1)陽(yáng)離子放電順序 (2)陰離子放電順序 4.原電池和電解池的比較。教學(xué)說(shuō)明本課時(shí)主要采用了實(shí)驗(yàn)、比較、探究等教學(xué)方法。這樣做的理由是：1.可使學(xué)生對(duì)原電池和電解池的反應(yīng)原理理解得更深入，更透徹，可有效地避免學(xué)生對(duì)二者的混淆。2.用實(shí)驗(yàn)做為理論的依據(jù)，可直觀(guān)、形象地說(shuō)明抽象的道理。在本講中用電腦、投影等模仿溶液中離子的運(yùn)動(dòng)并形象地表達(dá)各極反應(yīng)，也是為了使學(xué)生的印象更加深刻。3.讓學(xué)生觀(guān)察思考、討論，并最終自己得出結(jié)論的做法可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)可培養(yǎng)學(xué)生的觀(guān)察、分析推理、歸納總結(jié)及探究等能力，同時(shí)也可提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。另外，本課時(shí)還特意補(bǔ)充了金屬電極做陽(yáng)極的知識(shí)，這主要是為下一課時(shí)的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備，同時(shí)加深學(xué)生對(duì)電解原理的認(rèn)識(shí)。