2019-2020年高中化學(xué) 4.1《電解原理》教案 舊人教版選修.doc

2019-2020年高中化學(xué) 4.1電解原理教案 舊人教版選修重點難點:1理解電解的基本概念和原理。2了解銅的電解精煉、電鍍銅。3會寫電極反應(yīng)式、電解方程式，掌握圍繞電解的計算。知識點講解:基礎(chǔ)知識導(dǎo)引電解電解CuCl2 使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解。如用惰性電極電解CuCl2溶液時，電極反應(yīng)式：陽極 2Cl2e=Cl2（氧化反應(yīng)）陰極 Cu2+2e=Cu（還原反應(yīng)）電解方程式為：CuCl2 Cu+Cl2電解池把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池或電解槽。電解池與直流電源的連接 其中跟直流電源或原電池的負(fù)極相連的電極是電解池的陰極；跟直流電源或原電池的正極相連的電極是電解池的陽極。重點難點點撥一、電解原理1電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電我們知道，金屬導(dǎo)電時，是金屬內(nèi)部的自由電子發(fā)生的定向移動，而電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電與金屬導(dǎo)電不同。通電前電解質(zhì)溶液中陰、陽離子在溶液中自由地移動；通電后在電場的作用下，這些自由移動的離子改作定向移動，帶負(fù)電荷的陰離子由于靜電作用向陽極移動，帶正電荷的陽離子則向陰極移動，并在兩極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。我們把：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)化為化學(xué)能的裝置叫電解池。電解池中與直流電源負(fù)極相連的電極叫陰極，與直流電源正極相連的電極叫陽極。物質(zhì)能否導(dǎo)電是由其內(nèi)部能否形成定向移動的自由電荷所決定的，對金屬就是自由電子，而對電解質(zhì)溶液就是自由移動的陰陽離子。2電解（1）概念：使電流流過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫電解。（2）電子流動的方向：電子從外接直流電源的負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線到達(dá)電解池的陰極，電解池溶液中的陽離子移向陰極，并在陰極獲得電子而被還原，發(fā)生還原反應(yīng)；與此同時，電解池溶液中的陰離子移向陽極，并在陽極上失去電子（也可能是陽極很活潑而本身失去電子）而被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)。這樣，電子又從電解池的陽極流出，沿導(dǎo)線而流回外接直流電源的正極。（3）電極反應(yīng)的類型：陽極反應(yīng)為氧化反應(yīng)，陰極反應(yīng)為還原反應(yīng)，故而陰極處于被保護(hù)的狀態(tài)，而陽極則有可能被腐蝕。3、電極名稱的進(jìn)一步理解原電池：根據(jù)電子流動的方向可以把電極分成正、負(fù)極。流出電子的電極（或發(fā)生氧化反應(yīng)的電極）為負(fù)極、流入電子的電極為（或發(fā)生還原反應(yīng)的電極）正極；電解池：根據(jù)離子的遷移方向可以把電極分成陽極、陰極。陽離子移向的電極（或與直流電源負(fù)極相連的電極）為陰極、陰離子移向的電極（或與直流電源正極相連的電極）為陽極。在原電池中，稱正極、負(fù)極，其中負(fù)極流出電子在電解池中，稱陽極、陰極，其中陰極流入電子電解池的陽極與原電池的正極相連，電解池的陰極與原電池的負(fù)極相連4、電極反應(yīng)式和電解方程式的書寫<1>化學(xué)變化的表示表示方法為了表示化學(xué)變化的不同側(cè)面，化學(xué)變化主要用化學(xué)方程式表示。具體分類如下：（普通）化學(xué)方程式氧化還原方程式（標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移方向、數(shù)目等）離子方程式電離方程式水解方程式熱化學(xué)方程式（標(biāo)明反應(yīng)物、生成物的狀態(tài)及對應(yīng)的熱效應(yīng)）電極反應(yīng)式電解方程式<2>電極反應(yīng)式與電解方程式的書寫書寫電極反應(yīng)，首先要搞清楚電極材料，然后分析溶液中離子情況，再根據(jù)陰、陽極放電的規(guī)律，得出相應(yīng)的結(jié)論。電解過程總反應(yīng)方程式叫電解方程式(指電解時總的化學(xué)方程式或離子方程式)。要正確書寫電解方程式，首先要正確寫出電極反應(yīng)式，然后分析參加電極反應(yīng)的離子來自何種物質(zhì)，這樣才能正確寫出反應(yīng)物、生成物，配平且在等號上方注明“電解”或“通電”。書寫的具體步驟：先查陽極電極材料和確定溶液中的離子種類如用C電極電解CuSO4溶液：溶液中有CuSO4=Cu2+SO42；H2O H+OH-。溶液中存在Cu2+、H+、OH、SO42共4種離子。由放電順序確定放電產(chǎn)物和電極反應(yīng)C電極為惰性電極，不參加反應(yīng)。放電能力 Cu2+H+ Cu2+放電生成CuOHSO42，OH放電生成O2電極反應(yīng)：陰極2Cu2+4e=2Cu陽極4OH-4e2H2O+O2溶液中余下的H+和SO42結(jié)合成新物質(zhì)H2SO4。由電極反應(yīng)產(chǎn)物，寫出總反應(yīng)式電解方程式如上述反應(yīng)中的反應(yīng)物為CuSO4和H2O，產(chǎn)物是Cu、O2和H2SO4，電解方程式為：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO45、電離、水解和電解的比較發(fā)生條件變化實質(zhì)實例電離適用于電解質(zhì)在溶液或熔化狀態(tài)中發(fā)生電解質(zhì)分離成自由移動的離子（在水溶液中形在水合離子）CuSO4=Cu2+SO42-電離是鹽類發(fā)生水解反應(yīng)和電解反應(yīng)的先決條件電解要通入直流電才能發(fā)生一般說，鹽類的水解反應(yīng)是可逆的、微弱的；其他物質(zhì)（如CaC2、醇鈉、鹵代烴、酯、多糖、蛋白質(zhì)等）的水解程度與物質(zhì)自身有關(guān)。水 解與水電離產(chǎn)生的H+或OH-結(jié)合成難電離物質(zhì)等在水溶液中發(fā)生組成鹽的酸根陰離子或金屬陽離子（包括NH4+）和水電離出的H+或OH結(jié)合成弱電解質(zhì)CN-+H2OHCN+OH-Cu2+2H2OCu(OH)2+2H+ 電 解只有電解質(zhì)處于熔融狀態(tài)或溶液中才能發(fā)生要通入直流電，才發(fā)生電解在直流電作用下，組成電解質(zhì)的陰、陽離子（或水中的H+、OH）在電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4 6、電離方程式、離子方程式和電極反應(yīng)式、電解方程式的比較表示內(nèi)容書寫特點實例電離方程式表示電解質(zhì)在熔融狀態(tài)或溶液中的離解的式子強(qiáng)電解質(zhì)完全電離，用“=”表示，弱電解質(zhì)不完全電離，用“”表示。多元酸、堿分步電離分步書寫（中學(xué)階段中多元弱堿的電離可一步書寫）NaHSO4=Na+H+SO42- H2S+H2OH3O+HS-HS-+H2OH3O+S2-NaHCO3=Na+HCO3-HCO3-H+CO32-Al(OH)3Al3+3OH- 離子方程式表示弱電解質(zhì)等在溶液中的反應(yīng)。可以表示同一類的反應(yīng)反應(yīng)物、生成物中易溶且易電離的寫離子形式（包括弱酸、弱堿、難電離物質(zhì)等）；其他物質(zhì)寫分子式。方程式兩邊原子個數(shù)和電荷均應(yīng)守恒，固態(tài)物質(zhì)間反應(yīng)不用離子方程式表示（濃溶液間的反應(yīng)一般也不用）NH4+OH-NH3+H2ONH4+OH- NH3H2OCu+2Ag+=2Ag+Cu2+Al3+3H2OAl(OH)3+3H+Fe3+3SCN-=Fe(SCN)32H+SO42-+Ba2+2OH-=BaSO4+2H2OCH3CH2Cl+OH- CH3CH2OH+Cl-C6H5O-+CO2+H2O C6H5OH+HCO3-CH3COOCH2CH3+OH- CH3COO-+CH2CH3OH CaC2+2H2O Ca2+2OH-+C2H2 4Ag+2H2O4Ag+O2+4H+電極反應(yīng)式表示原電池或電解池中的電極反應(yīng)要注明電極名稱，得（失）電子數(shù)用惰性電極電解CuSO4溶液陽極 4OH-4e-=2H2O+O2陰極 Cu2+2e-=Cu鋼鐵的吸氧腐蝕（鐵本身是活潑電極，參加反應(yīng)）負(fù)極Fe2e=Fe2+正極O2+2H2O+4e-=4OH-電解飽和食鹽水（用惰性電極）陽極：2Cl-2e-=Cl2陰極：2H+2e-=H2電解方程式表示電解時物質(zhì)變化的化學(xué)方程式條件是“電解”用惰性電極電解硫酸銅時：2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2用惰性電極電解飽和食鹽水時：2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2 7、電解時電極放電順序的判斷離子在電極上得失電子的能力與離子的性質(zhì)、溶液的濃度和溫度、電流的大小、電極的材料及電極間的距離等都有關(guān)系。中學(xué)階段我們一般只討論電極材料的性質(zhì)、離子的氧化性強(qiáng)弱和還原性強(qiáng)弱對它們得失電子能力的影響。陽極放電順序看電極，如果是活性電極（指金屬活動順序表Ag及Ag以前的金屬）則電極材料失電子，電極被溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極(Pt、Au、石墨)，則要再看溶液中的陰離子的失電子能力，此時根據(jù)陰離子放電順序加以判斷。陰離子放電順序：S2IBrClOH含氧酸根F（實際上在水溶液中的電解，OH后面的離子是不可能放電的，因為水提供的OH會放電）陰極放電順序陰極本身被保護(hù)，直接根據(jù)陽離子放電順序進(jìn)行判斷，陽離子放電順序：Ag+Fe3+Cu2+Fe2+Zn2+H+Al3+Mg2+（類似，在水溶液中的電解，H+后面的離子一般是不放電的，因為水提供的H+會放電；離子的放電順序往往還與溶液的酸堿性、溫度、離子的濃度等有關(guān)）8、電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律（惰性電極）被電解的物質(zhì)電解質(zhì)實例陰極陽極總方程式溶液的pH備注H2O強(qiáng)堿的含氧酸鹽Na2SO44H+4e=2H24OH4e=O2+2H2O2H2O2H2O2不變電解質(zhì)起導(dǎo)電作用，其量不變，水減少含氧酸H2SO4降低強(qiáng)堿KOH升高電解質(zhì)自身弱堿的非含氧酸鹽(氟化物除外)CuCl2Cu2+2e=Cu2Cl2e=Cl2CuCl2Cu+Cl2具體看金屬陽離子水解能力與生成的氣體溶于水后的反應(yīng)。此處Cl2溶于水的酸性強(qiáng)于Cu2+水解的酸性，所以pH下降相當(dāng)于電解質(zhì)分解，水不參加反應(yīng)非含氧酸（HF除外）HBr2H+2e=H22Br2e=Br22HBr Br2+H2升高電解質(zhì)自身和水強(qiáng)堿的非含氧酸鹽NaCl2H+2e=H22Cl2e=Cl22NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2 升高產(chǎn)生堿或酸弱堿的含氧酸鹽CuSO4Cu2+42e=2Cu4OH4e=O2+2H2O2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2降低9、電解質(zhì)溶液電解時（均為惰性電極），pH變化情況，電解液復(fù)原所需加入物質(zhì)及電解類型（與上面的8相互對照補(bǔ)充）（1）分解水型：含氧酸、強(qiáng)堿、活潑金屬的含氧酸鹽（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的電解。陰極：4H+4e-=2H2陽極：4OH-4e-=O2+2H2O總反應(yīng)：2H2O 2H2+O2陰極產(chǎn)物：H2；陽極產(chǎn)物：O2。電解質(zhì)溶液復(fù)原加入物質(zhì)：H2O。pH變化情況：原來酸性的溶液pH變小，原來堿性的溶液pH變大，強(qiáng)酸（含氧酸）強(qiáng)堿的正鹽溶液pH不變。（2）分解電解質(zhì)型：無氧酸（除HF外）、不活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）的電解，如HCl、CuCl2等。陰極：Cu2+2e-=Cu陽極：2Cl-2e-=Cl2總反應(yīng)：CuCl2 Cu+Cl2陰極產(chǎn)物：酸為H2，鹽為金屬；陽極產(chǎn)物：鹵素等非金屬單質(zhì)。電解液復(fù)原加入物質(zhì)為原溶質(zhì)，如電解CuCl2溶液，需加CuCl2。pH變化情況：如電解無氧酸溶液pH變大但不會超過7；如為鹽溶液的電解則視無氧酸根的情況而定（如：電解CuCl2溶液時，由于生成的Cl2溶于水產(chǎn)生的酸性強(qiáng)于Cu2+水解產(chǎn)生的酸性，所以pH下降；電解Na2S溶液時，由于生成NaOH使pH升高）。（3）放氫生堿型：活潑金屬的無氧酸鹽（氟化物除外）溶液的電解，如NaCl、MgBr2等。陰極：2H+2e-=H2陽極：2Cl-2e-=Cl2總反應(yīng)：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2陰極產(chǎn)物：堿和H2；陽極產(chǎn)物：鹵素等非金屬單質(zhì)。電解飽和食鹽水的產(chǎn)物分別為NaOH和H2以及Cl2。電解液復(fù)原加入物質(zhì)為鹵化氫。電解飽和食鹽水，要使電解質(zhì)溶液復(fù)原需加入HCl。pH變化情況：電解液pH顯著變大（4）放氧生酸型：不活潑金屬的含氧酸鹽溶液的電解，如CuSO4、AgNO3等。陰極：2Cu2+4e-=Cu陽極：4OH-4e-=O2+2H2O總反應(yīng)：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4陰極產(chǎn)物：析出不活潑金屬單質(zhì)；陽極產(chǎn)物是該鹽對應(yīng)的含氧酸和氧氣，本例中分別是Cu以及H2SO4、O2。電解液復(fù)原加入物質(zhì)為不活潑金屬的氧化物（金屬價態(tài)與原鹽中相同）。如電解CuSO4溶液，復(fù)原需加入CuO。pH變化情況：溶液pH顯著變小。10、實驗分析：電解CuCl2溶液（1）電極材料陰極可用惰性電極，甚至較活潑的金屬，但陽極需使用惰性電極，否則會發(fā)生氧化反應(yīng)而溶解。（2）惰性電極一般指金、鉑、石墨電極，而銀、銅等均是活性電極。（3）實驗現(xiàn)象：通電后，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，陰極石墨棒上析出一層紅色固體，陽極表面有氣泡放出，可聞到刺激性氣味。（4）淀粉碘化鉀試紙的作用：檢驗陽極產(chǎn)物是否為Cl2。使用時應(yīng)先潤濕并纏于玻棒端或用鑷子夾持，作用時間不宜太久，否則變藍(lán)后的試紙又會失去藍(lán)色?！倦S堂練習(xí)】1、 電解CuSO4溶液時，若要求達(dá)到以下三點要求：陽極質(zhì)量減少；陰極質(zhì)量增加；電解液中Cu2+不變，則可選用的電極是A用含Zn、Ag的銅合金作陽極，純銅作陰極 B純銅作陽極，含Zn、Ag的銅合金作陰極 C用純鐵作陽極，用純銅作陰極 D用石墨作陽極，用隋性電極(Pt)用陰極2、用石墨作電極，電解1molL1下列物質(zhì)的溶液，溶液的pH保持不變的是AHCl BNaOH CNa2SO4 DNaCl3、用惰性電極電解下列溶液，電解一段時間后，陰極質(zhì)量增加，電解質(zhì)溶液的pH下降的是ACuCl2 BAgNO3 CBaCl2 DH2SO44、當(dāng)兩極都用銀片作電極電解AgNO3溶液時，在陽極上的產(chǎn)物是A只有銀 B銀和氧氣 C只有氫氣 D上述都不對答案1、B 2、C 3、B 4、D