第四章第三節(jié) 電解池學案

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選修四第四章第3節(jié)電解池 第一課時 電解原理 課前預習學案 一、預習目標 預習實驗“電解池原理”，初步把握實驗原理、目的要求、材料用具和方法步驟。 二、預習內容 “電解池原理”實驗 1．實驗原理： 2．材料用具 實驗儀器：小燒杯、玻璃棒、碳棒、導線、電流表、 電源、改進的塑料制電解槽； 實驗藥品：CuCl2溶液、淀粉碘化鉀試紙、NaOH溶液、CuSO4溶液、 片、 片。 3．實驗步驟： ⑴ ； ⑵ ； ⑶ 4．觀察和記錄： 三、提出疑惑 同學們，通過你的自主學習，你還有哪些疑惑，請把它填在下面的表格中 疑惑點 疑惑內容 課內探究學案 一、學習目標 1．知道電解的基本原理，會判斷一般電解反應產物； 2．能說出電解、電解池及形成條件； 3．正確使用實驗器材，完成“電解池原理”實驗操作。 學習重難點：知道電解的基本原理，會判斷一般電解反應產物。 二、學習過程 （一）電解原理 1、試驗探究 CuCl2溶液 C C 如圖所示：與電源正極相連的電極叫 極， 與電源負極相連的電極叫 極。 若燒杯中的液體為CuCl2溶液，合上電源開關， 能否看到小燈泡發(fā)光？ 。 給CuCl2溶液通電時現(xiàn)象： 陰極上 ， 經檢驗該物質是 。 陽極上： ， 經檢驗該物質是 。 兩支電極上發(fā)生的反應為： 陽極： 。反應類型： 反應。 陰極： 。反應類型： 反應。 總反應式： 。 過程分析：CuCl2溶液能導電是因為存在 ，通電后這些自由移動的離子，在電場作用下作 移動，根據 相互吸引的原理，帶負電的氯離子向 極移動，在陽極，氯離子失去電子被 為氯原子，并兩兩結合成氯分子，從陽極放出，帶正電的銅離子向 極移動，在陰極銅離子獲得電子被 成銅原子，覆蓋在陰極上。 2、電解：使電流通過 溶液而在陰、陽兩極引起 的過程。 所用電流一般為直流電還是交流電較好？ ！該過程中 能轉化為 能！ 這是一個物理過程還是一個化學過程？ 過程！顯然：電解質溶液的導電過程就是 的過程。 3、電解池：將 能轉化為 能的裝置。 構成電解池的條件： ① ② ③ ④ 判斷下列裝置是否屬于電解池： 4、原電池與電解池的比較 裝置類別 原電池 電解池 舉例（圖） 電極名稱 反應類型 能量轉變 反應是否自發(fā)進行 在CuCl2的電解池裝置中，電子流動方向從電源的 極沿著導線到達 極，從 極沿著導線回到電源的 極。 在溶液中電子有沒有從陰極直接到達陽極呢？ 。溶液中的 在電場作用下到達陰極，得到從電源負極流出的電子；溶液中的 在電場作用下到達陽極，失去了電子流向電源的正極。就是說：在電解質溶液中依靠 的定向移動而形成閉合回路的。 對CuCl2溶液而言，溶液中是否只有Cu2+和Cl－兩種離子呢？ 。水電離出少量的H＋和OH－－在電場作用下是否也要做定向移動呢？ 。通電時，溶液中的 兩種離子都要向陰極移動， 都要向陽極移動。 5、放電順序 陰極上： 由于陰極上要 電子，不管陰極材料是金屬還是石墨，此時都不能得電子，因此只能是溶液中的 得電子。陽離子氧化性越強就越 得電子。 因此陰極上氧化性強的離子 得電子。 金屬越不活潑，對應陽離子氧化性越 ，越 得電子。 由此根據金屬活動順序表，分析下列離子得電子能力的強弱： 金屬活動順序表 Ag+ Cu2+ H+(酸) Pb2+ Fe2+ Zn2+ H+(水) Al3＋… 嚴格講：離子的放電能力與其濃度也有一定的關系，如酸溶液中：c[H+(酸)]>c[ H+(水)]，因而放電能力 > 。但在中學范圍內一般不考慮上述金屬離子濃度對其放電能力的影響。 、 、 、 、 、 等活潑金屬陽離子在水溶液中電解時不得電子。 小結：質量增加，或有氫氣產生的電極一定是 極。 陽極上： 電解池中陽極上要 電子，而 與溶液中的 都可失電子，因此陽極上的電極反應與 有關。由于一般的 比陰離子更容易失去電子，因此如果用一般的金屬材料做陽極，電解時陽極上是 失去電子。而陽極如果用石墨或金屬鉑（Pt）等難失電子的物質做惰性電極時，則是溶液中 失去電子。陰離子還原性越強就越 失去電子。根據非金屬性的強弱，分析下列離子失電子能力的強弱： S2－ I－ Br－ Cl－ OH－（水或堿） 最高價含氧酸根離子 F－。 從CuCl2溶液的電解產物可知： 的失電子能力比 強。而氟原子的得電子能力很 ，因而F－失電子能力最 。 研究表明：OH－的失電子能力比最高價含氧酸根離子強： 4OH－－ 4e－＝O2 ↑＋2H2O 、 等陰離子在水溶液中電解時不失電子。 注意：放電順序這個考點不難，但要細心，極易出錯。要能根據放電順序判斷陰、陽極產物，如果是惰性電極則直接考慮溶液中離子的放電順序。如果陽極是較活潑金屬，那一定要能想起：一般的 比陰離子更容易失去電子，因此如果用一般的金屬材料做陽極，電解時陽極上是 失去電子。 （二）電極方程式的書寫 ①標出電極名稱—陰極或陽極 ②寫出電極方程式： 陽極： ；反應類型： 反應。 陰極： ；反應類型： 反應。 陰、陽兩極中得、失電子的總數要 ，每一極上都要滿足 和 守恒，總方程式可根據陰、陽兩極的物質變化寫出。 （三）當堂練習：用惰性電極電解下列電解質溶液，請你分析下列問題（注意得失電子的順序） 1、CuCl2陰極： 陽極 總方程式： 電解質濃度 ，pH 電解對象： ，要把電解質溶液復原，加 。 2、NaCl陰極： 陽極 總方程式： 電解質濃度 ，pH 電解對象： ，要把電解質溶液復原，加 。 3、CuSO4陰極： 陽極 總方程式： 電解質濃度 ，pH 電解對象： ，要把電解質溶液復原，加 。 4、 NaOH: 陰極： 陽極 總方程式： 電解質濃度 ，pH 5、 H2SO4: 陰極： 陽極 總方程式： 電解質濃度 ，pH 課后練習與提高 1. 用惰性電極實現(xiàn)電解，下列說法正確的是 A．電解氫氧化鈉稀溶液，溶液濃度增大pH變小 B．電解氯化鈉溶液，溶液濃度減小pH不變 C．電解硝酸銀溶液，要消耗OH－-溶液pH變小 D．電解稀硫酸，實質是電解水，溶液pH不變 2. 右圖中x、y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)a極板質量增加，b極板處有無色無臭氣體放出，符合這一情況的是 a極板 b極板 x電極 Z溶液 A 鋅 石墨 負極 CuSO4 B 石墨 石墨 負極 NaOH C 銀 鐵 正極 AgNO3 D 銅 石墨 負極 CuCl2 3. 在一盛有飽和Na2CO3溶液的燒杯中插入惰性電極，保持溫度不變，通電一段時間后： A.溶液的PH值增大； B.Na+和CO32-的濃度減小； C.溶液的濃度增大； D.溶液的濃度不變，有晶體析出； 4. 用惰性電極電解下列溶液，一段時間后，再加入一定質量的另一種物質（括號內），溶液能與原來溶液完全一樣的是： A.CuCl2（CuO）；B.NaOH（NaOH）； C.NaCl（HCl）； D.CuSO4[Cu（OH）2] 5. 用惰性電極電解下列溶液，電解一段時間后，陰極質量增加，電解液的PH下降的是： A.CuSO4；B.AgNO3；C.BaCl2；D.H2SO4； 6. 在原電池和電解池的電極上所發(fā)生的反應，同屬氧化反應或同屬還原反應的是： A.原電池的正極和電解池的陽極所發(fā)生的反應； B.原電池的正極和電解池的陰極所發(fā)生的反應； C.原電池的負極和電解池的陽極所發(fā)生的反應； D.原電池的負極和電解池的陰極所發(fā)生的反應； 7. 用惰性電極實現(xiàn)電解，下列說法正確的是 A．電解稀硫酸溶液，實質上是電解水，故溶液pH不變 B．電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH-，故溶液pH減小 C．電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產物的物質的量之比為1∶2 D．電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產物的物質的量之比為1∶1 8. 用惰性電極電解一定量的CuSO4稀溶液，下列說法中正確的是 A．陽極發(fā)生的電極反應為：Cu2+ + 2e－ =Cu B．陰極發(fā)生的電極反應為；4OH－ =2H2O + O2↑+ 4e― C．若有6.4g金屬Cu析出，放出的O2一定為0.05 mol D．電解完成后，加入一定量的Cu(OH)2，溶液可能恢復到原來的濃度 9. 將分別盛有熔融的氯化鉀、氯化鎂、氧化鋁的三個電解槽串聯(lián)，在一定條件下通電一段時間后，析出鉀、鎂、鋁的物質的量之比是 A．1∶2∶3 B.3∶2∶1 C.6∶3∶1 D.6∶3∶2 第二課時 電解的應用 課前預習學案 一、預習目標 預習銅的電解精煉和電鍍銅的原理以及氯堿工業(yè)反應原理 二、預習內容 1、氯堿工業(yè)：電解 制 、 和 。 電極反應方程式： 陽極： 陰極： 總方程式 該電解池中陽極用 電極（金屬、惰性） 2、電鍍： 電鍍時，通常把 作陰極，把 作陽極， 用含有 作電鍍液。 3、 銅的精煉 電解時，通常把 作陰極，把 作陽極， 用含有 作電鍍液。 粗銅中的多數雜質沉積在電解槽底部，形成 4、 電冶金 對于 、 、 、 這樣活潑的金屬，工業(yè)上用電解法冶煉。 工業(yè)上用電解 的方法制取金屬鈉，方程式 工業(yè)上用電解 的方法制取金屬鎂，方程式 工業(yè)上用電解 的方法制取金屬鋁，方程式 三、提出疑惑 同學們，通過你的自主學習，你還有哪些疑惑，請把它填在下面的表格中 疑惑點 疑惑內容 課內探究學案 一、學習目標 1．知道銅的電解精煉和電鍍銅的原理， 2．知道氯堿工業(yè)反應原理； 3．能正確書寫電極反應式和電解的總化學方程式。 學習重難點：知道氯堿工業(yè)反應原理。 二、學習過程 1.電解食鹽水 【思考】 （1）通電前，飽和食鹽水中存在哪些離子?這些離子的運動情況怎樣？ （2）在電解裝置中可否選用銅作陰、陽極的電極材料，為什么？ （3）通電后，溶液中的離子運動發(fā)生了什么變化？ （4）通電后，溶液中的在陰、陽放電的是什么離子？ （5）電解后，在陰極區(qū)和陽極區(qū)分別得到的產物是什么？怎樣初步檢驗兩極產物的生成? 【知識總結】電解食鹽水 陽極： 陰極： 總式： 電解飽和食鹽水可以制造 。 閱讀教材，回答離子交換膜法制燒堿的有關知識 【小結】氯堿工業(yè):離子交換膜法制燒堿 2.銅的電解精煉 一般火法冶煉得到的粗銅中含有多種雜質（如鋅、鐵、鎳、銀、金等），這種粗銅的導電性遠不能滿足電氣工業(yè)的要求，如果用以制電線，就會大大降低電線的導電能力。因此必須利用電解的方法精煉粗銅。 粗銅 含雜質 ( 等) 陽極：Zn Fe Ni Cu Ag Au 陰極 : 思考：電解完后，CuSO4溶液的濃度有何變化？ 3. 電鍍 原理：電鍍是利用 原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程，它是電解原理的又一重要應用。電鍍可以使金屬更加美觀耐用，增強防銹抗腐能力。例如，鋼鐵是人們最常用的金屬，但鋼鐵有個致命的缺點，就是它們易被腐蝕。防止鋼鐵發(fā)生腐蝕的一種最常用方法就是在其表面鍍上其他金屬，如鋅、銅、鉻、鎳等。 鐵片 銅片 硫酸銅溶液 ①電極： 陽極—— 金屬或惰性電極 陰極—— 金屬制品 ②電鍍液：含有 金屬離子的電解質溶液。 溶液中CuSO4的濃度保持 或 4、電冶金 制取金屬鈉←電解熔融狀態(tài)的氯化鈉。 陽極： 陰極： 總反應： 冶煉鋁 原理: 陽極： 陰極： 總式： 助熔劑：冰晶石（Na3AlF6 六氟合鋁酸鈉） 需要定期補充 【思考】工業(yè)上為什么用電解熔融氧化鋁的方法冶煉鋁而不用AlCl3? 【思考與交流】試比較電解飽和食鹽水與電解熔融氯化鈉的異同 (提示:比較電解質、電解裝置、電極反應、電解產物） 電解飽和食鹽水 電解熔融氯化鈉 電解質 電解裝置 電極反應 電解產物 【小結】 1. 電源、電極、電極反應關系 與電源正極相連 極 極 與電源負極相連 發(fā)生 反應 離子移向 離子移向 發(fā)生 反應 課后練習與提高 1、用惰性電極電解下列溶液，電解一段時間后，陰極質量增加，電解液的PH下降的是： A、CuSO4；B、AgNO3；C、BaCl2；D、H2SO4； 2、兩串聯(lián)電解池，左邊放硫酸銅，右邊放一定量的某硝酸鹽溶液，電解時當左池有1.6gCu析出時，右池析出0.45g固體，則右池溶質為： A、AgNO3；B、NaNO3；C、Mg（NO3）2；D、Al（NO3）3； 3、用惰性電極實現(xiàn)電解，下列說法正確的是： A、電解稀硫酸溶液，實質上是電解水，故溶液pH不變； B、電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH－，故溶液pH減??； C、電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產物的物質的量之比為1:2； D、電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產物的物質的量之比為1:1； 4、右圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極。則下列有關的判斷正確的是 A、a為負極、b為正極； B、a為陽極、b為陰極； C、電解過程中，d電極質量增加； D、電解過程中，氯離子濃度不變； 5、某學生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時，為使Cl2被完全吸收，制得有較強殺菌能力的消毒液，設計了如圖的裝置，則對電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是 A、a為正極，b為負極；NaClO和NaCl B、a為負極，b為正極；NaClO和NaCl C、a為陽極，b為陰極；HClO和NaCl D、a為陰極，b為陽極；HClO和NaCl 6、從H+、Na+、Cu2+、Ba2+、Cl-、SO42-離子中，選出恰當的離子組成一種電解質，將電解質溶液按下列要求進行電解(均是惰性電極)： (1) 電解時電解質含量減小，水量不變，則所采用的電解質是 ； (2)電解時電解質的質量保持不變，水量減小，則所采用的電解質是 ； (3)電解時電解質和水的質量都發(fā)生變化，則所采用的電解質是 ； 7、工業(yè)上處理含Cr2O72－的酸性工業(yè)廢水用以下方法：①往工業(yè)廢水中加入適量的NaCl，攪拌均勻；②用Fe為電極進行電解，經過一段時間有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀產生；③過濾回收沉淀，廢水達到排放標準。 試回答： （1）電解時的電極反應：陽極： 陰極： （2）寫出Cr2O72－轉變成Cr3+的離子反應方程式： ； （3）電解過程中Cr(OH)3、Fe(OH)3沉淀是怎樣產生的？ ； ； 參考答案： 1、AB；2、A； 3、D；4、C；5 .B 6、（1）HCl，CuCl2；（2）H2SO4，Na2SO4；（3）NaCl，BaCl2； - 10 -