第四单元电解原理及其应用第一节电解原理(第一课时)

第四单元电解原理及其应用第一节电解原理●教学目标1.使学生理解电解原理。2.使学生了解铜的电解精炼。3.使学生了解电镀铜。4.培养学生观察、分析推理、归纳总结、探究、自学等能力。5.使学生认识电解原理在实际生活中的应用。●教学重点电解原理。●教学难点1.离子放电的实质。2.原电池和电解池的比较。●教学方法实验、探究、比较、讨论、自学等。●教学用具电脑、投影仪25%CuCl2溶液、水、CuSO4溶液(或铜氨溶液)、铁制钥匙、电镀制品(如镀件首饰、水龙头等)、小烧杯(3个)、电流表、直流电源、石墨电极(3个)、锌电极、铜片、KI淀粉试纸。●课时安排共两课时。第一课时：电解原理第二课时：电解原理的应用●教学过程第一课时［实验引入］［师］请大家仔细观察下面两个实验的组成装置(如图)，并分析实验产生的现象。［演示实验1］把一根锌电极和一根碳电极平行地插入盛有CuCl2溶液的小烧杯中，用导线连接，并在导线中间接入一个电流计，如图Ⅰ，观察发生的现象。［演示实验2］在另一个小烧杯中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极，如图Ⅱ连接，观察现象。［演示实验3］把图Ⅱ装置改成图Ⅲ样，并把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与电源正极相连的电极附近，接通直流电源(向学生指明电源的正负极)，观察现象。［甲同学回答Ⅰ的现象］电流表指针发生偏转，碳电极上有红色物质出现。［乙同学回答Ⅱ的现象］实验Ⅱ中没有明显现象发生。［丙同学回答Ⅲ的现象］与电源负极相连的碳电极上有红色物质析出，与电源正极相连的碳电极上有气泡放出，该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。［教师对学生的回答作出评价］［师］请大家思考并回答实验1、2所发生现象的原因。［学生思考后回答］实验1的装置为原电池装置，其中锌电极为负极，碳电极为正极，形成闭合回路时，锌失去电子变为锌离子进入溶液，电子沿导线流入碳电极，溶液中的铜离子在碳电极上得电子变成铜析出，这也是碳电极上析出红色物质的原因。电流表的指针发生偏转是由于化学能转变成了电能的缘故。实验2因不符合构成原电池的条件，故不发生化学反应。［追问］形成原电池的条件是什么？［生］两根活性不同的电极；电解质溶液；形成闭合回路。［教师总结］很好！原电池是我们高二学过的内容，其特点是可把化学能自发地转变为电能，其中电子流出的一极为负极，发生氧化反应(草板书：Zn－2e－===Zn2＋)，电子流入的一极为正极(草板书：Cu2＋＋2e－===Cu)，发生还原反应，而电流的方向与电子的流动方向恰恰相反，即由正极经导线流向负极。［想一想］原电池的电解质溶液中，阴、阳离子的运动方向如何？答案：电解质溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动(如在图Ⅰ中，Cu2＋离子移向正极碳电极上得电子，为保持电荷平衡，Cl－移向负极锌电极，因其周围有较多的阳离子——锌离子)。［议一议］实验2和3的装置有何区别？引起它们实验现象不同的原因是什么？对于实验3中出现的现象你能解释吗？［学生分组讨论，并汇报讨论结果，进行交流］答案：实验2和3的装置区别在于：实验3比实验2多了一个直流电源装置；这说明实验3产生的现象皆是因通直流电的缘故。与电源负极相连的碳电极上出现的红色物质，分明是铜，这说明溶液中的Cu2＋在该电极上得电子被还原成了铜单质；与电源正极相连的碳棒上有气体放出，且该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，分析溶液的组成并结合已知现象，可推得该气体一定是氯气，且必定是溶液中的Cl－在电极上失电子发生氧化反应所致。［教师总结］由以上的讨论我们可知，实验3中发生的化学变化是由于通了直流电的缘故，即通电导致了化学反应的发生，亦即，电能转变成了化学能，在这个能量转化的过程中，氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行。化学上，我们把这个过程叫做电解。而电解原理及其应用便是我们本单元所要学习的重点内容。［板书］第四单元电解原理及其应用［过渡］本节课我们重点学习电解原理。［板书］第一节电解原理一、电解原理［讲解］我们刚才所做的实验3，实际上就是在电解CuCl2溶液。电解时，两根相同的碳电极上分别发生了不同的反应，产生了不同的现象。为了区别这两根电极，我们把与电源负极相连的电极叫阴极，把与电源正极相连的电极称阳极。请大家以电解CuCl2溶液为例，写出阴、阳两极发生反应的电极反应式，并标出是氧化反应还是还原反应。［学生练习，请一位同学上黑板写出］［学生板书］阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)［师］上述电解反应的总反应式可写为：［板书］CuCl2Cu＋Cl2↑［师］于是，我们可以把电解定义为：［讲解并板书］1.电解：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。［讲解］这种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。［板书］2.电解池(电解槽)：把电能转变为化学能的装置。［想一想］电解池通电发生反应时，其阴极得到的电子总数和阳极失去的电子总数是否相等？答案：相等［思考］电解池通直流电后，电解质溶液中的阴、阳离子怎样运动？与原电池中的离子运动相比较。答案：电解池通电时，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动；在原电池中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。［师］电解质溶液在通电前后的离子运动情况我们可表示如下：［电脑演示CuCl2溶液在通电前后的运动情况，可按下图设计成三维动画］［讲解］通电前，Cu2＋和Cl－在溶液里自由地移动着(如图Ⅰ所示)；通电后，在电场的作用下，这些自由移动的离子，改作定向移动。带负电的阴离子向阳极移动，带正电的阳离子向阴极移动(如图Ⅱ所示)。在阳极，Cl－失去电子被氧化成氯原子，并两两结合成Cl2，从阳极放出。在阴极，Cu2＋获得电子被还原成铜原子，覆盖在阴极石墨棒上。这样，电流就依靠溶液里阴离子和阳离子的定向移动而通过溶液，所以电解质溶液的导电过程，就是该溶液的电解过程。电解质溶液电解时的两极反应及电子移动的情况我们可图示如下：［投影展示下图］电解池与直流电源的连接［讲解］由上图可以看出，在电解池中，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，阳离子在阴极得到电子发生还原反应；阴离子在阳极失去电子，发生氧化反应，电子从电解池的阳极流出，沿导线流回电源的正极。电解CuCl2溶液的化学反应方程式实际上就是阳极上的反应和阴极上的反应的总和。［思考］金属的导电和电解质溶液的导电是否一样？答案：不一样。金属导电是由于自由电子的定向移动；电解质溶液导电是由于阴、阳离子的定向移动。［设问］在CuCl2溶液中，是否只有Cu2＋和Cl－？［生］不是！还有水电离出的H＋和OH－。［追问］通电时，它们分别向哪一极移动？［生］H＋向阴极移动，OH－向阳极移动。［进一步追问］那么，在阴极为何是Cu2＋得电子而不是H＋？在阳极为何是Cl－失电子而不是OH－？难道这里有什么规则吗？请大家讨论后回答。［学生讨论，并回答］一定是Cu2＋比H＋更易得电子，而Cl－比OH－更易失电子，得失电子的性质，实质上就是离子氧化性和还原性的体现，因此，可得出的结论是：氧化性越强的离子越易得电子，还原性越强的粒子越易失电子。［教师总结］由大家刚才的讨论可知，电解时，当电解质溶液中同时含有多种离子时，应首先考虑何者更易得电子，何者更易失电子，然后再来分析电极上发生的化学反应。［讲解］阳离子得电子，阴离子失电子统称为离子放电。学习电解原理，掌握离子的放电顺序是很重要的。［板书］3.离子放电顺序。［讲解］离子放电顺序实际上是和阴、阳离子的还原性和氧化性相对应的，其大体顺序是：［讲解并板书］(1)阳离子放电顺序(2)阴离子放电顺序［投影练习］写出用石墨电解下列溶液的电极反应式CuSO4Na2SO4H2SO4HClNaOHH2O［学生练习，教师巡视］［请两位同学上黑板书写，各写3个］［学生草板书］CuSO4:阴极：Cu2＋＋2e－===Cu阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑HCl:阴极：2H＋＋2e－===H2↑阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑［教师评价］［总结］由以上电极反应式并结合离子放电顺序可以看出：含氧酸溶液、强碱溶液以及活泼金属含氧酸盐溶液的电解，实质为电解水。电解质本身起增强水的导电性的作用。［想一想］若实验1的装置通上直流电，其现象与实验3是否相同呢？［学生思考后回答］甲种回答：现象一样，因为电解的同是CuCl2溶液。乙种回答：现象不一样，因为它们所用电极不一样。［师］实践是检验真理的惟一标准，下面我们通过实验来进行甄别。［演示实验4］用碳电极作阴极，锌电极作阳极电解CuCl2溶液。［提示学生和实验3现象比较］［问］上述实验与实验3的现象有何异同？［生］相同点：阴极均有红色物质出现；不同点：实验3的阳极有气体产生，实验4没有。［问］你知道这是为什么吗？［生］必定是因为锌作阳极之故。［师］那么，你能写出实验4的电极反应式吗？［教师指导学生书写，得到下式］阴极：Cu2＋＋2e－===Cu阳极：Zn－2e－===Zn2＋［小结］电解时，若用金属电极作阳极，则阳极首先是金属电极失电子发生氧化反应(金、铂做电极除外)［过渡］今天我们所认识的电解池与以前学过的原电池在能量转换方面正好是相反的。请大家以铜、锌原电池(稀H2SO4为电解质)和电解CuCl2溶液的电解池为例，比较它们在组成、原理和功能等方面的差别。［学生讨论、比较］［教师板书］4.原电池和电解池的比较。［投影展示］原电池和电解池的比较。［根据讨论结果，填写上表］答案：［投影练习］指出下列装置名称，写出电极名称、电极反应式答案：A为原电池，B为电解池，且A为B的电解提供电能。A：C正极：2H＋＋2e－===H2↑Fe负极：Fe－2e－===Fe2＋B:阴极：Cu2＋＋2e－===Cu阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑［过渡］有关电解质溶液电解的知识，常常和物理学中的电学联系在一起，例如［投影例题］用石墨电极电解pH=3的稀硫酸溶液50mL，通电1h停止电解。此时测得溶液的pH=2，已知每个电子所带的电量为1.6×10－19C，则下列说法正确的是(溶液密度均为1g·cm－3)A.阴、阳两极共产生84L气体B.阴、阳两极共产生3.75mol气体C.电路中电流强度约为134AD.溶液的质量减少25g［学生练习，教师巡视］［讲解］用石墨电极电解稀H2SO4溶液，实质上是电解水，所以电解前后溶液中的H＋的物质的量不变。设电解后溶液的体积为V，则有10－3×50=10－2×VV=5mL。故参与电解的水的质量：m(H2O)=(50－5)×1=45g，n(H2O)==2.5mol，由2H2O===2H2↑＋O2↑,可知所得气体为2.5×3=3.75mol,B项正确，D项错；由于选项A中气体未指明状态，故A项错误；电解2.5mol水，转移电子数为2.5×2=5mol，由q=It，可知I=≈134A,C项正确。答案：BC［小结］本节课我们主要学习了有关电解原理的知识，有关电解原理的应用，我们将在下节课中学习。［布置作业］习题：一、3三、2●板书设计第四单元电解原理及其应用第一节电解原理一、电解原理阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)CuCl2Cu＋Cl2↑1.电解：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。2.电解池(电解槽)：把电能转变为化学能的装置。3.离子放电顺序(1)阳离子放电顺序(2)阴离子放电顺序4.原电池和电解池的比较。●教学说明本课时主要采用了实验、比较、探究等教学方法。这样做的理由是：1.可使学生对原电池和电解池的反应原理理解得更深入，更透彻，可有效地避免学生对二者的混淆。2.用实验做为理论的依据，可直观、形象地说明抽象的道理。在本讲中用电脑、投影等模仿溶液中离子的运动并形象地表达各极反应，也是为了使学生的印象更加深刻。3.让学生观察思考、讨论，并最终自己得出结论的做法可提高学生的学习兴趣，同时可培养学生的观察、分析推理、归纳总结及探究等能力，同时也可提高学生的综合素质。另外，