資源簡介

新授課
第四章 化學反應與電能
第6課時 電解原理的應用
【學習目標】
1.了解電解原理在工業生產中的應用，掌握電解飽和食鹽水的原理。 2.認識電解在電鍍、精煉銅、電冶金等方面的應用。
【學習活動】
學習任務
目標一：了解電解原理在工業生產中的應用，掌握電解飽和食鹽水的原理。 任務1：實驗——在U形管中裝入飽和食鹽水，滴入幾滴酚酞試液，用石墨棒作陽極，鐵棒作陰極。把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在陽極附近。接通直流電源后，觀察U形管內產生的現象及試紙顏色的變化。【視頻】電解飽和食鹽水實驗 實驗現象： （1）電解液中存在的離子有哪些？通電后離子移動的方向如何？分別在兩極上放電的離子是什么？ （2）電解時兩極得到的產物分別是什么？寫出電極反應式和總的電解化學方程式。 （3）電解一段時間后，得到的混合液能使紅色布條褪色的原因是什么？用上述電解法制得的NaOH純凈嗎？ （4）工業制取燒堿時，如何避免Cl2與NaOH溶液反應，從而提高NaOH的純度？如何充分利用兩極產生的氣體，變廢為寶？ 任務2：燒堿、氯氣都是重要的化工原料，習慣上把電解飽和食鹽水的工業生產叫做氯堿工業。工業電解食鹽水制備燒堿時必須阻止OH－移向陽極，以使氫氧化鈉在陰極溶液中富集，常用陽離子交換膜將兩極溶液分開，使陽離子能通過陽離子交換膜，而陰離子不能通過。 分析下圖各進出口對應物質分別是什么？
目標二：認識電解在電鍍、精煉銅、電冶金等方面的應用。 任務1：閱讀教材p104內容，完成下列問題。 1.請你設計一個實驗:在鐵鑰匙表面鍍上一層銅。指出陰極、陽極材料和電解質溶液,寫出電極反應式,并畫出裝置示意圖,敘述實驗現象。 2.電鍍銅實驗裝置中若兩極上的材料互換，能在鐵鑰匙的表面鍍上一層銅嗎？為什么？ 3.電鍍時,若用鍍層金屬作陽極材料,電鍍液中的陽離子濃度是否會發生明顯的變化 4.為了使鍍層厚度均勻、光滑致密、與鍍件的附著力強，通常可采用哪些措施？ 任務2：1.粗銅中往往含有鐵、鋅、銀、金等多種雜質，常用電解的方法進行精煉。電解池的構成是用粗銅作陽極，用純銅作陰極，用硫酸銅溶液作電解質溶液。繪制銅的電解精煉示意圖，寫出陰、陽極發生的電極反應。 2.電解精煉過程中，粗銅中的雜質（Zn、Fe、Ag、Au等）是如何被除去？電解液的濃度是否不變？ 3.金屬冶煉就是使礦石中的金屬離子獲得電子變成金屬單質的過程，從它們的化合物中還原出來。如Mn＋＋ne－===M。電解是最強有力的氧化還原手段，適用于一些活潑金屬單質的制取，如冶煉鈉、鎂、鋁等活潑金屬。寫出分別電解熔融NaCl、熔融MgCl2和熔融Al2O3制鈉、鎂、鋁的電極反應。 總方程式陽極、陰極反應式冶煉鈉冶煉鎂冶煉鋁
【學習總結】
回顧本課所學，畫出思維導圖
2新授課
第四章 化學反應與電能
第6課時 電解原理的應用
【學習目標】
1.了解電解原理在工業生產中的應用，掌握電解飽和食鹽水的原理。 2.認識電解在電鍍、精煉銅、電冶金等方面的應用。
【學習活動】
學習任務
目標一：了解電解原理在工業生產中的應用，掌握電解飽和食鹽水的原理。 任務1：實驗——在U形管中裝入飽和食鹽水，滴入幾滴酚酞試液，用石墨棒作陽極，鐵棒作陰極。把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在陽極附近。接通直流電源后，觀察U形管內產生的現象及試紙顏色的變化。【視頻】電解飽和食鹽水實驗 實驗現象：電流表的指針發生偏轉，U形管內陰極區溶液變紅且有無色無味的氣體產生，陽極放出有刺激性氣味的黃綠色氣體，濕潤的碘化鉀淀粉試紙變藍 （1）電解液中存在的離子有哪些？通電后離子移動的方向如何？分別在兩極上放電的離子是什么？ 參考答案：電解液中存在的離子是Na＋、H＋、Cl－、OH－；通電后，U形管中的Cl－、OH－移向陽極，依據放電順序：Cl－>OH－可知，Cl－在陽極上先放電，Na＋、H＋移向陰極，依據放電順序：H＋>Na＋可知，H＋在陰極上先放電。 在陰極H2O電離出的H+放電,使c(OH-)增大,即陰極區產生堿,陰極先使酚酞變紅色。 （2）電解時兩極得到的產物分別是什么？寫出電極反應式和總的電解化學方程式。 參考答案：陽極產物是Cl2，電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極產物是H2和NaOH，電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 總反應式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 （3）電解一段時間后，得到的混合液能使紅色布條褪色的原因是什么？用上述電解法制得的NaOH純凈嗎？ 參考答案：電解飽和食鹽水時陰極區生成NaOH，陽極區生成Cl2，二者發生反應：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，NaClO具有漂白性，故能使有色布條褪色。用上述方法制得的NaOH溶液中混有NaCl和NaClO，純度較低。 （4）工業制取燒堿時，如何避免Cl2與NaOH溶液反應，從而提高NaOH的純度？如何充分利用兩極產生的氣體，變廢為寶？ 參考答案：工業用離子交換膜電解槽來制燒堿，陽離子交換膜把電解池分成陽極室和陰極室，從而避免了Cl2與NaOH溶液的接觸反應，提高了NaOH的純度。電解時兩極產生H2和Cl2，可以使二者發生反應生成HCl，得到鹽酸副產品。 任務2：燒堿、氯氣都是重要的化工原料，習慣上把電解飽和食鹽水的工業生產叫做氯堿工業。工業電解食鹽水制備燒堿時必須阻止OH－移向陽極，以使氫氧化鈉在陰極溶液中富集，常用陽離子交換膜將兩極溶液分開，使陽離子能通過陽離子交換膜，而陰離子不能通過。 分析下圖各進出口對應物質分別是什么？ 參考答案： A：稀氯化鈉溶液（淡鹽水）；B：飽和氯化鈉溶液；C：水（含少量NaOH）；D：濃NaOH溶液；E：H2；F：Cl2。
目標二：認識電解在電鍍、精煉銅、電冶金等方面的應用。 任務1：閱讀教材p104內容，完成下列問題。 1.請你設計一個實驗:在鐵鑰匙表面鍍上一層銅。指出陰極、陽極材料和電解質溶液,寫出電極反應式,并畫出裝置示意圖,敘述實驗現象。 參考答案：陽極材料:銅片;陰極材料:鐵鑰匙;電解質溶液:CuSO4溶液。陽極反應式:Cu-2e-Cu2+;陰極反應式:Cu2++2e-Cu。裝置示意圖如下: 現象:銅片不斷溶解,鐵鑰匙表面鍍上一層紅色物質。 2.電鍍銅實驗裝置中若兩極上的材料互換，能在鐵鑰匙的表面鍍上一層銅嗎？為什么？ 參考答案：不能。若兩極材料互換，則鐵鑰匙作陽極，其電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，故在鐵鑰匙的表面不會鍍上銅而是被消耗。 3.電鍍時,若用鍍層金屬作陽極材料,電鍍液中的陽離子濃度是否會發生明顯的變化 參考答案：不會;因為陽極上生成陽離子的物質的量與陰極上消耗陽離子的物質的量相等,所以溶液中陽離子濃度不會發生明顯變化。 4.為了使鍍層厚度均勻、光滑致密、與鍍件的附著力強，通常可采用哪些措施？ 參考答案：用鍍層金屬作陽極，及時補充溶液中的離子，使溶液中離子濃度保持不變，從而使電鍍的速率保持不變，使鍍層厚度均勻；適當降低電鍍時直流電源的電壓；在電鍍液中加入少量的表面活性劑；鍍件表面要潔凈、平整等。 任務2：1.粗銅中往往含有鐵、鋅、銀、金等多種雜質，常用電解的方法進行精煉。電解池的構成是用粗銅作陽極，用純銅作陰極，用硫酸銅溶液作電解質溶液。繪制銅的電解精煉示意圖，寫出陰、陽極發生的電極反應。 參考答案：粗銅作為陽極材料，精銅（純銅）作為陰極材料，離子導體為硫酸酸化的CuSO4溶液。 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu 陽極：Cu(粗銅)－2e－===Cu2＋（主要） Zn－2e－===Zn2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Ni－2e－===Ni2＋ 2.電解精煉過程中，粗銅中的雜質（Zn、Fe、Ag、Au等）是如何被除去？電解液的濃度是否不變？ 參考答案：粗銅中比Cu活潑的金屬Zn、Fe等失去電子，產生的陽離子殘留在溶液中，不如Cu活潑的Ag、Au等以金屬單質的形式沉積在電解槽的底部，形成陽極泥，粗銅中的Cu在精銅上析出。 由于在陽極上，Fe、Zn、Ni比Cu活潑，都能失電子而進入溶液，而在陰極上，溶液中氧化性較強的Cu2＋會優先于H＋、Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋得電子，所以CuSO4溶液濃度會略有降低。 3.金屬冶煉就是使礦石中的金屬離子獲得電子變成金屬單質的過程，從它們的化合物中還原出來。如Mn＋＋ne－===M。電解是最強有力的氧化還原手段，適用于一些活潑金屬單質的制取，如冶煉鈉、鎂、鋁等活潑金屬。寫出分別電解熔融NaCl、熔融MgCl2和熔融Al2O3制鈉、鎂、鋁的電極反應。 總方程式陽極、陰極反應式冶煉鈉2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑， 陰極：2Na＋＋2e－===2Na冶煉鎂MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑， 陰極：Mg2＋＋2e－===Mg冶煉鋁2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑陽極：6O2－－12e－===3O2↑ 陰極：4Al3＋＋12e－===4Al
【學習總結】
回顧本課所學，畫出思維導圖
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