2014年高中化学选修四教学案4-3-2 电解原理的应用

第2课时电解原理的应用●课标要求体验化学能与电能相互转化的探究过程。

●课标解读1.了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用。

2．掌握电解原理的有关计算。

●教学地位在上一课时的基础上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。

知道铜的电解精炼和电镀铜的原理，了解电镀的原理，能正确书写电极反应式和电解的总化学方程式。

本课时是本章重点内容之一。

●新课导入建议在硫酸铜溶液中，插入两个电极进行电解。

(1)若两极均为Pt电极，则阳极反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu，电解的化学方程式是2CuSO4＋2H2O电解,2Cu＋O2↑＋2H2SO4。

(2)若两极均为铜片，则阳极反应式是Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu，电解过程中溶液的浓度不变。

●教学流程设计课前预习安排：看教材P80～82页，填写【课前自主导学】中的内容，并完成【思考交流】；⇒步骤1：导入新课、本课时的教材地位分析。

⇒步骤2：建议对【思考交流】多提问几个学生，使80%以上的学生都能掌握该内容，以利于下一步对该重点知识的探究。

⇒步骤3：师生互动完成“探究1，电解原理的应用”可利用【问题导思】中的问题由浅入深地进行。

步骤6：师生互动完成“探究2、有关电解的计算”，可利用【问题导思】中的问题由浅入深地进行。

建议教师除【例2】外，再变换一个命题角度，使用【教师备课资源】中例题拓展学生的思路。

⇐步骤5：在老师指导下由学生自主完成【变式训练1】和【当堂双基达标】中的1、2、3三题，验证学生对探究点的理解掌握情况。

⇐步骤4：教师通过【例1】和教材P80～82页讲解研析对“探究1”电解原理的应用的内容进行总结。

⇓步骤7：教师通过【例2】的讲解对“探究2”进行总结。

⇒步骤8：在老师指导下学生自主完成【当堂双基达标】中的4题，验证学生对探究点的理解掌握情况。

⇒步骤9：先让学生自主总结本课时学习的主要知识，然后对照【课堂小结】以明确掌握已学的内容，安排学生课下完成【课后知能检测】。

课 标 解 读 重 点 难 点1.掌握电解饱和食盐水的原理。

2.了解电镀、金属精炼、电冶金等方面的应用。

1.电解饱和食盐水、电镀、电冶金、电解精炼铜的原理及电极反应。

(重难点) 2.有关电解的计算。

(难点)1．电解饱和食盐水制取烧碱、氯气和氢气(1)电极反应式阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑阴极：2H ＋＋2e －===H 2↑(2)总反应式化学方程式：2NaCl ＋2H 2O 电解,2NaOH ＋Cl 2↑＋H 2↑离子方程式：2Cl －＋2H 2O 电解,2OH －＋Cl 2↑＋H 2↑2．电镀(1)定义：应用电解原理，在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。

(2)电镀池的组成：待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液(即电镀液)。

3．电解精炼铜4．电冶金(1)本质：使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。

如M n＋＋n e－===M。

(2)电冶金：电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些活泼金属单质的制取，如冶炼Na、Ca、Mg、Al等活泼金属。

(3)举例①电解熔融的NaCl阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极反应：2Na＋＋2e－===2Na总反应：2NaCl电解,2Na＋Cl2↑②电解熔融的Al2O3阳极反应：6O2－－12e－===3O2↑阴极反应：4Al3＋＋12e－===4Al总反应：2Al2O3电解,4Al＋3O2↑1．电解制备金属镁用MgCl2还是MgO?2．能用电解AlCl3的方法制备金属铝吗？【提示】 1.用MgCl2，因为MgO熔点太高。

2．不能，因为AlCl3为共价化合物。

电解原理的应用【问题导思】①电解饱和食盐水时，阴极上的产物是什么？【提示】阴极产生NaOH和H2。

②电解精炼铜时，粗铜中的杂质发生了什么变化？【提示】比铜活泼的金属被氧化(如锌、铁等)；比铜活泼性弱的金属形成阳极泥。

(如Ag、Au等)1．电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气(1)原理阳极(C)：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)阴极(Fe)：2H ＋＋2e －===H 2↑(还原反应)总反应：2NaCl ＋2H 2O 电解,2NaOH ＋H 2阴极产物↑＋Cl 2↑阳极产物(2)现象：阴极：有无色气泡产生，电解前若向溶液中滴入酚酞，阴极区溶液变红；阳极有黄绿色气体生成，该气体可使湿润的淀粉KI 试纸变蓝。

2．电镀(1)原理(以金属制品上镀银为例)阴极：Ag ＋＋e －===Ag阳极：Ag －e －===Ag ＋(2)特点：一多、一少、一不变。

一多指阴极上有镀层金属沉积，一少指阳极上有镀层金属溶解；一不变指电镀液浓度不变。

3．电解精炼(1)原理：(以电解精炼铜为例)阳极(粗铜)：Cu －2e －===Cu 2＋(主要反应) 阴极(精铜)：Cu 2＋＋2e －===Cu(2)特点：阳极粗铜中的铜(以及比铜活泼的锌、铁、镍等)被氧化，阴极Cu2＋被还原；其他Zn2＋、Fe2＋留在溶液中，而比铜活泼性弱的银、金等金属沉积在阳极下面，形成阳极泥。

电解质溶液的浓度会逐渐减小。

工业上处理含Cr2O2－7的酸性工业废水常用以下方法：①往工业废水里加入适量的NaCl，搅拌均匀；②用Fe作电极进行电解，经过一段时间后有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀产生；③过滤回收沉淀，废水达到排放标准。

试回答：(1)电解时的电极反应：阳极为______________，阴极为______________________。

(2)Cr2O2－7转变成Cr3＋的离子方程式：___________________________________。

(3)电解过程中Cr(OH)3、Fe(OH)3沉淀是怎样产生的？(4)能否用Cu电极来代替Fe电极？________(填“能”或“不能”)，简述理由。

【解析】由于Cr(＋6价)的化合物毒性远高于Cr(＋3价)的化合物，将Cr(＋6价)转化为Cr(＋3价)，对废水进行处理是电化学知识在实际生活中的具体运用。

在处理有关问题时，应注意思维的有序性：首先应考虑溶液中阴、阳离子的定向移动；然后再考虑阴、阳极按放电顺序可能发生的电极反应。

阴极：2H＋＋2e－===H2↑，阳极：Fe－2e－===Fe2＋，产生的Fe2＋在向阴极移动的过程中与向阳极移动的Cr2O2－7相遇，发生氧化还原反应：6Fe2＋＋Cr2O2－7＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O，使Cr2O2－7转化为Cr3＋，同时Fe2＋也转化为Fe3＋，在以上电解的阴极反应及Fe2＋与Cr2O2－7的氧化还原反应中消耗了大量的H＋，溶液的pH不断变大，有利于Fe3＋、Cr3＋生成相应的Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀。

若将Fe电极改为Cu电极，由于产生的Cu2＋不能将Cr2O2－7转化为毒性较低的Cr3＋，显然是不行的。

在实际解题过程中，有时会根据Cr2O2－7的氧化性强于H＋，简单地将阴极反应当做是Cr2O2－7得到电子，这就会导致以后对试题中相关问题的处理含糊不清，这主要是没有将电解过程中的几个不同层次的问题有序地加以分析和处理所致。

【答案】(1)Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑(2)6Fe2＋＋Cr2O2－7＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O(3)在阴极反应及Cr2O2－7与Fe2＋反应的过程中，将消耗大量的H＋，使溶液pH上升，促进Fe3＋、Cr3＋水解并最终转化为Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀(4)不能；因为阴极产生的Cu2＋不能将Cr2O2－7还原为Cr3＋。

分析电解过程的步骤(1)看电池(看所给的装置是电解池，还是电镀池)；(2)分电极(与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极)；(3)析溶液(分析电解质溶液中所含离子有哪些)；(4) 判流向(判断电子流动方向、离子移动方向)；(5)断微粒(确定在两极上反应的各是什么微粒)；(6)书极式(书写电极反应式，注意使两极得失电子守恒)；(7)写方程(书写电解质电解的化学方程式或离子方程式)。

1．下图中的A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的c点显红色。

请填空：(1)电源A中a为________极。

(2)滤纸B上发生的总反应方程式为：____________。

(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通K点，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为：______________，电极f上发生的反应为：______________________，槽中盛放的电镀液可以是________或________(只要求填两种电解质溶液)。

【解析】(1)根据c点酚酞变红，则该极的反应为：2H＋＋2e－===H2↑，即该极为阴极，与电源的负极相连，所以a是正极。

(2)滤纸B上发生的总反应方程式为：2NaCl＋2H2O 电解,H2↑＋Cl2↑＋2NaOH。

(3)c、d两点短路后，e为阳极，反应为：Zn－2e－===Zn2＋，阴极上镀锌，则阴极反应为Zn2＋＋2e－===Zn，电解液用含镀层离子的电解质溶液，所以可用ZnSO4溶液或Zn(NO3)2溶液等。

【答案】(1)正(2)2NaCl＋2H2O电解,H2↑＋Cl2↑＋2NaOH(3) Zn－2e－===Zn2＋Zn2＋＋2e－===Zn ZnSO4溶液Zn(NO3)2溶液有关电解的计算【问题导思】①某电解池中阳极和阴极通过的电子数相等吗？【提示】 相等。

②电解饱和NaCl 溶液中产生的H 2和Cl 2的体积相等吗？【提示】 相等。

有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH 及物质的量浓度等。

不论哪种计算，均可概括为下列三种方法：(1)得失电子守恒法计算：用于串联电路、通过阴阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。

(2)总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。

(3)关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。

如H 2～Cl 2～12O 2～Cu ～2Ag ～2H ＋～2OH －如图所示，若电解5 min 时，测得铜电极的质量增加2.16 g 。

试回答：(1)电源中X 极是________(填“正”或“负”)极。

(2)通电5 min 时，B 中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c (CuSO 4)＝________。