《高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第2节 电能转化为化学能--电解(第2课时)电解原理的应用教学设计2 鲁科版选修4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第2节 电能转化为化学能--电解(第2课时)电解原理的应用教学设计2 鲁科版选修4（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章第2节第2课时电解原理的应用【教学目标】1.了解电冶金、氯碱工业、电镀和电解精炼的原理。2.学会应用电解的原理解决实际问题。3.能够应用电解原理判断离子的氧化性或还原性强弱。【教学过程】本节课是在复习电解原理和规律后，在理解电解原理的基础上了解相关化工生产方面的应用，如电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气，铜的电解精炼，电镀，电冶金等。通过学习进一步理解电解原理，加深对氧化还原反应的认识，提高辩证思维能力，同时帮助学生牢固树立理论联系实际的学风。一、电解原理的应用1、电解食盐水制备烧碱、氢气和氯气 【实验】在U形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（如图）。把
2、湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近。接通直流电源后，注意观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。现象：电极反应：阳极： 阴极：电解食盐水的总反应为：工业上利用这一反应原理，制取NaOH、Cl2和H2。注意 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，为避免这几种产物混合，需要使反应在特殊的电解槽中进行。2、铜的电解精炼： 如右图为电解法精炼铜的装置，其中阳极为 ，阴极为 ，电解质溶液为 溶液，粗铜中含Fe、Zn、Ni、Ag、Pt、Au等少量杂质金属。阳极发生的主要反应为： 。（杂质Fe、Zn、
3、Ni也发生电极反应：FeFe22e。ZnZn22e，NiNi22e。由于Pt、Ag、Au的金属性比Cu弱且量又少，这三种金属不反应，以单质的形式沉积在底部，得到阳极泥）。阴极的反应为 。（由于Fe2、Zn2、Ni2得电子能力比 Cu2弱且量又少，故Fe2、Zn2、Ni2不反应，以离子的形式留在溶液中，经过上述反应，粗铜中的杂质被除去，变成了精铜，能满足作为导线的要求，这就是铜的精炼）。3、电镀二、【活动探究】根据电解原理和铜的精炼的操作，利用如下材料：铁制品、铜片、CuSO4溶液、导线、直流电源，试设计一个实验，在铁钉表面镀上一层铜。思路：铜的精炼中，粗铜为阳极，Cu失电子变成以Cu2，溶液中
4、的Cu2在阴极得电子，生成Cu单质，即在阴极上析出了铜。故要在铁制品表面镀铜，可让 做阳极， 为阴极， 溶液为电解质溶液，设计成如下图所示的装置。现象：电极反应：阳极： 阴极：该过程就是电镀。(1)电镀：。(2)构成要素：电极：电镀溶液：三、【典例解析】例1、如下图装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，a极附近溶液呈红色。(1)试分析电源的正负极、CuSO4溶液的pH变化及CuSO4溶液中各离子浓度的变化情况。 （2）其中B装置为何要用U形管？（3）若电源输出电子0.5mol，求A中析出铜多少克，B中产生气体多少升。解析：此题是典型的电解装置，根据现象不难推断，a、b为惰性电极，a附近溶
5、液红色，即a附近溶液碱性，析出H2，发生还原反应，是阴极，故电源X是负极，Y是正极。在A装置中，铂极是阴极，铜极是阳极，阳极是Cu，活性电极本身放电，阴极是Cu2放电，即阳极：Cu2eCu2(氧化反应)，阴极：Cu22eCu（还原反应），故A装置是典型的电镀装置，pH无变化，各离子浓度也无变化。B用U形管是为了让H2和Cl2分开，防止爆炸，电解方程式：2NaCl2H2O根据电子守恒，故在A装置中转移电子数也为0.5mol，故析出Cu为0.25mol，质量为：0.25mol64g/mol=16g ，在B中转移电子数也为0.5mol, 产生气体为：L/mol=11.2L答案：(1)X是负极， Y是
6、正极。pH无变化，各离子浓度也无变化。(2)防止H2、Cl2接触爆炸。(3)16g、11.2L。例2、请用下图所示仪器装置设计一个包括：电解饱和食盐水并测定电解时产生的氢气的体积和检验氯气的氧化性的实验装置。(1)所选仪器连接时，各接口的顺序是（填各接口的代号字母）：A接、接；B 接、接 。(2)实验时，装置中的石墨电极接电源的极，所发生的反应为；铁电极接电源的极，所发生的反应为；此电解总反应方程式为。(3)实验测得产生的氢气体积（已折算成标准状况）为5.60mL，电解后溶液的体积恰好为50.0mL，则溶液的pH 值为。解析：本题考查按实验要求设计组装合理实验装置的能力，并根据制得的H2的体积
7、，计算电解后溶液的pH值。根据电解饱和食盐水阳极所发生的反应式：2Cl2eCl2，为防止电极被腐蚀，实验中一般选用石墨作阳极。阴极发生的是水电离出的H离子被还原，2H2eH2，从而破坏水的电离平衡，在阴极区域里形成氢氧化钠，显碱性，阴极通常使用铁电极。电解的总是反应方程式为：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。原题U型管反应器中的两个电极未限定哪个是阳极或阴极，可任意选用。而反应器两边连接哪些仪器及其连接顺序，取决于A、B为哪种电极以及电极产物和实验要求。设A上电极为铁质阴极、B上电极为石墨阳极，则反应器两边所选用的各仪器接口连接顺序为：A接贮气瓶的G端，把水挤入量筒，用量筒测量出的水量，
8、以测定产生的H2体积。B接洗气瓶的D端，生成的Cl2氧化洗气瓶里的淀粉KI溶液，以证明其氧化性，多余的Cl2通入烧杯里的C导管，借助氢氧化钠吸收Cl2，防止污染大气。已知电解产生H25.6mL，相当于2NaCl2H2O=2NaOHH2Cl22mol1mol x0.00025molx20.00025mol0.0005molc(OH)pOH=2pH14212。答案：(1)A接G、F接H；B接D、E接C。(2)正极，2Cl2eCl2；负极，2H 2eH2；2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2(3)pH=12. 四、电解质溶液用惰性电极电解的规律小结：电解类型 举 例 电极反应 溶液pH变化 溶液复
9、原方法 物质类别 实例仅溶剂水电解含氧酸H2SO4阳极：4OH-4e=O2+2H2O阴极：4H+4e=2H2减小H2O强碱NaOH不变活泼金属的含氧酸盐 Na2SO4 增大仅溶质电解无氧酸 HCl 阳极2Cl-2e=Cl2阴极：4H+4e=2H2增大HCl不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 阳极2Cl-2e=Cl2阴极：Cu2+2e=Cu增大CuCl2溶质和溶剂同时电解活泼金属的无氧酸盐 NaCl阳极2Cl-2e=Cl2阴极：2H2O+2e=H2+2OH- 减小HCl不活泼金属的含氧酸盐 CuSO4 阴极：2Cu2+4e=2Cu阳极：4OH-4e=O2+2H2O增大CuO五、原电池、电解池、电镀
10、池判定规律1.若无外接电源， 可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看” 先看电极：两极为导体且活泼性不同 再看溶液：两极插入电解质溶液中 后看回路：形成闭合回路或两极接触 若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同，则为电镀池，其余情况为电解池。2.需注意的几个问题：（1）阳极：镀层金属。阴极：待镀的金属制品。电镀液：用含有镀层金属离子的溶液。（2）阴极：必须可以导电，且表面洁净、光滑（3）为了使镀层均匀、美观，电镀液中镀层离子的浓度时刻保持稳定，常制成络离子 （4）实质：阳极参加反应的电解六、检测题1. 现有
11、阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽。用氯碱工业中的离子交换膜技术原理，可电解Na2SO4溶液生产NaOH溶液和H2SO4溶液。下列说法中正确的是Ab是阳离子交换膜，允许Na通过B从A口出来的是NaOH溶液C阴极反应式为4OH4e=2H2OO2DNa2SO4溶液从G口加入2. 下列各情况，在其中Fe片腐蚀由慢到快的顺序是A(4)(3)(1)(2)(5) B(5)(1)(2)(4)(3)C(4)(2)(1)(3)(5) D(5)(2)(1)(3)(4)3. 铅蓄电池的工作原理为：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O，研读下图，下列判断不正确的是AK闭合时，d电极
12、反应式：PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H+SO42B当电路中转移0.2mol电子时，I中消耗的H2SO4为0.2molCK闭合时，II中SO42-向c电极迁移DK闭合一段时间后，II可单独作为原电池，d电极为正极4. 用指定材料做阳极和阴极来电解一定物质的量浓度的溶液甲，然后加入物质乙能使溶液复原。则合适的组合是阳极阴极溶液甲物质乙A.PtPtNaOHNaOH固体B.铜铁CuSO4CuOC.石墨PtNaCl盐酸D.PtPtH2SO4H2O5. 用惰性电极电解下列物质的溶液，经过一段时间，溶液的物质的量浓度增大，pH不变的是ANaBr BCuSO4 CHCl DNa2SO4参考答案1.
13、 【解析】：A阴极生成氢气和OH-，在阴极一侧放置阳离子交换膜，只允许通过阳离子，生成NaOH，故A正确；BA为阳极是氢氧根离子放电产生的气体是氧气，同时生成氢离子，则阳极附近生成硫酸，则从A口出来的是H2SO4溶液，故B错误；C阴极附近时H+放电生成氢气，反应式为2H+2e-H2，故C错误；DNaOH在阴极附近生成，硫酸在阳极生成，则Na2SO4溶液从F口加入，故D错误；故选A。根据两极上的反应判断生成物是解题关键；电解饱和Na2SO4溶液时，阳极附近是OH-放电，生成氧气，阴极附近时H+放电生成氢气，由于装置中放置了离子交换膜，在两极分别生成NaOH和H2SO4，需在阳极室一侧放置阴离子交换膜，只允许通过阴离子，在阴极一侧放置阳离子交换膜，只允许通过阳离子，接电源正极的是阳极，即B放出氧气，C生成氢气，以此解题。【答案】A2. 【解析】根据图知，(2)(3)装置是原电池，在(2)中，金属铁做负极，(3)中金属铁作正极，做负极的腐蚀速率快，并且两个电极金属活泼性相差越大，负极金属腐蚀速率越快，正极被保护，并且原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀，所以(2)(3)，
