2019-2020年高中化学 4.1《电解原理》教案 旧人教版选修.doc

2019-2020年高中化学 4.1电解原理教案 旧人教版选修重点难点:1理解电解的基本概念和原理。2了解铜的电解精炼、电镀铜。3会写电极反应式、电解方程式，掌握围绕电解的计算。知识点讲解:基础知识导引电解电解CuCl2 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。如用惰性电极电解CuCl2溶液时，电极反应式：阳极 2Cl2e=Cl2（氧化反应）阴极 Cu2+2e=Cu（还原反应）电解方程式为：CuCl2 Cu+Cl2电解池把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。电解池与直流电源的连接 其中跟直流电源或原电池的负极相连的电极是电解池的阴极；跟直流电源或原电池的正极相连的电极是电解池的阳极。重点难点点拨一、电解原理1电解质溶液的导电我们知道，金属导电时，是金属内部的自由电子发生的定向移动，而电解质溶液的导电与金属导电不同。通电前电解质溶液中阴、阳离子在溶液中自由地移动；通电后在电场的作用下，这些自由移动的离子改作定向移动，带负电荷的阴离子由于静电作用向阳极移动，带正电荷的阳离子则向阴极移动，并在两极上发生氧化还原反应。我们把：借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转化为化学能的装置叫电解池。电解池中与直流电源负极相连的电极叫阴极，与直流电源正极相连的电极叫阳极。物质能否导电是由其内部能否形成定向移动的自由电荷所决定的，对金属就是自由电子，而对电解质溶液就是自由移动的阴阳离子。2电解（1）概念：使电流流过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。（2）电子流动的方向：电子从外接直流电源的负极流出，经导线到达电解池的阴极，电解池溶液中的阳离子移向阴极，并在阴极获得电子而被还原，发生还原反应；与此同时，电解池溶液中的阴离子移向阳极，并在阳极上失去电子（也可能是阳极很活泼而本身失去电子）而被氧化，发生氧化反应。这样，电子又从电解池的阳极流出，沿导线而流回外接直流电源的正极。（3）电极反应的类型：阳极反应为氧化反应，阴极反应为还原反应，故而阴极处于被保护的状态，而阳极则有可能被腐蚀。3、电极名称的进一步理解原电池：根据电子流动的方向可以把电极分成正、负极。流出电子的电极（或发生氧化反应的电极）为负极、流入电子的电极为（或发生还原反应的电极）正极；电解池：根据离子的迁移方向可以把电极分成阳极、阴极。阳离子移向的电极（或与直流电源负极相连的电极）为阴极、阴离子移向的电极（或与直流电源正极相连的电极）为阳极。在原电池中，称正极、负极，其中负极流出电子在电解池中，称阳极、阴极，其中阴极流入电子电解池的阳极与原电池的正极相连，电解池的阴极与原电池的负极相连4、电极反应式和电解方程式的书写化学变化的表示表示方法为了表示化学变化的不同侧面，化学变化主要用化学方程式表示。具体分类如下：（普通）化学方程式氧化还原方程式（标出电子转移方向、数目等）离子方程式电离方程式水解方程式热化学方程式（标明反应物、生成物的状态及对应的热效应）电极反应式电解方程式电极反应式与电解方程式的书写书写电极反应，首先要搞清楚电极材料，然后分析溶液中离子情况，再根据阴、阳极放电的规律，得出相应的结论。电解过程总反应方程式叫电解方程式(指电解时总的化学方程式或离子方程式)。要正确书写电解方程式，首先要正确写出电极反应式，然后分析参加电极反应的离子来自何种物质，这样才能正确写出反应物、生成物，配平且在等号上方注明“电解”或“通电”。书写的具体步骤：先查阳极电极材料和确定溶液中的离子种类如用C电极电解CuSO4溶液：溶液中有CuSO4=Cu2+SO42；H2O H+OH-。溶液中存在Cu2+、H+、OH、SO42共4种离子。由放电顺序确定放电产物和电极反应C电极为惰性电极，不参加反应。放电能力 Cu2+H+ Cu2+放电生成CuOHSO42，OH放电生成O2电极反应：阴极2Cu2+4e=2Cu阳极4OH-4e2H2O+O2溶液中余下的H+和SO42结合成新物质H2SO4。由电极反应产物，写出总反应式电解方程式如上述反应中的反应物为CuSO4和H2O，产物是Cu、O2和H2SO4，电解方程式为：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO45、电离、水解和电解的比较发生条件变化实质实例电离适用于电解质在溶液或熔化状态中发生电解质分离成自由移动的离子（在水溶液中形在水合离子）CuSO4=Cu2+SO42-电离是盐类发生水解反应和电解反应的先决条件电解要通入直流电才能发生一般说，盐类的水解反应是可逆的、微弱的；其他物质（如CaC2、醇钠、卤代烃、酯、多糖、蛋白质等）的水解程度与物质自身有关。水 解与水电离产生的H+或OH-结合成难电离物质等在水溶液中发生组成盐的酸根阴离子或金属阳离子（包括NH4+）和水电离出的H+或OH结合成弱电解质CN-+H2OHCN+OH-Cu2+2H2OCu(OH)2+2H+ 电 解只有电解质处于熔融状态或溶液中才能发生要通入直流电，才发生电解在直流电作用下，组成电解质的阴、阳离子（或水中的H+、OH）在电极上发生氧化还原反应2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4 6、电离方程式、离子方程式和电极反应式、电解方程式的比较表示内容书写特点实例电离方程式表示电解质在熔融状态或溶液中的离解的式子强电解质完全电离，用“=”表示，弱电解质不完全电离，用“”表示。多元酸、碱分步电离分步书写（中学阶段中多元弱碱的电离可一步书写）NaHSO4=Na+H+SO42- H2S+H2OH3O+HS-HS-+H2OH3O+S2-NaHCO3=Na+HCO3-HCO3-H+CO32-Al(OH)3Al3+3OH- 离子方程式表示弱电解质等在溶液中的反应。可以表示同一类的反应反应物、生成物中易溶且易电离的写离子形式（包括弱酸、弱碱、难电离物质等）；其他物质写分子式。方程式两边原子个数和电荷均应守恒，固态物质间反应不用离子方程式表示（浓溶液间的反应一般也不用）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+电极反应式表示原电池或电解池中的电极反应要注明电极名称，得（失）电子数用惰性电极电解CuSO4溶液阳极 4OH-4e-=2H2O+O2阴极 Cu2+2e-=Cu钢铁的吸氧腐蚀（铁本身是活泼电极，参加反应）负极Fe2e=Fe2+正极O2+2H2O+4e-=4OH-电解饱和食盐水（用惰性电极）阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：2H+2e-=H2电解方程式表示电解时物质变化的化学方程式条件是“电解”用惰性电极电解硫酸铜时：2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2用惰性电极电解饱和食盐水时：2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2 7、电解时电极放电顺序的判断离子在电极上得失电子的能力与离子的性质、溶液的浓度和温度、电流的大小、电极的材料及电极间的距离等都有关系。中学阶段我们一般只讨论电极材料的性质、离子的氧化性强弱和还原性强弱对它们得失电子能力的影响。阳极放电顺序看电极，如果是活性电极（指金属活动顺序表Ag及Ag以前的金属）则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中的阴离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断。阴离子放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根F（实际上在水溶液中的电解，OH后面的离子是不可能放电的，因为水提供的OH会放电）阴极放电顺序阴极本身被保护，直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序：Ag+Fe3+Cu2+Fe2+Zn2+H+Al3+Mg2+（类似，在水溶液中的电解，H+后面的离子一般是不放电的，因为水提供的H+会放电；离子的放电顺序往往还与溶液的酸碱性、温度、离子的浓度等有关）8、电解质溶液的电解规律（惰性电极）被电解的物质电解质实例阴极阳极总方程式溶液的pH备注H2O强碱的含氧酸盐Na2SO44H+4e=2H24OH4e=O2+2H2O2H2O2H2O2不变电解质起导电作用，其量不变，水减少含氧酸H2SO4降低强碱KOH升高电解质自身弱碱的非含氧酸盐(氟化物除外)CuCl2Cu2+2e=Cu2Cl2e=Cl2CuCl2Cu+Cl2具体看金属阳离子水解能力与生成的气体溶于水后的反应。此处Cl2溶于水的酸性强于Cu2+水解的酸性，所以pH下降相当于电解质分解，水不参加反应非含氧酸（HF除外）HBr2H+2e=H22Br2e=Br22HBr Br2+H2升高电解质自身和水强碱的非含氧酸盐NaCl2H+2e=H22Cl2e=Cl22NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2 升高产生碱或酸弱碱的含氧酸盐CuSO4Cu2+42e=2Cu4OH4e=O2+2H2O2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2降低9、电解质溶液电解时（均为惰性电极），pH变化情况，电解液复原所需加入物质及电解类型（与上面的8相互对照补充）（1）分解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐（如NaOH、H2SO4、K2SO4等）的电解。阴极：4H+4e-=2H2阳极：4OH-4e-=O2+2H2O总反应：2H2O 2H2+O2阴极产物：H2；阳极产物：O2。电解质溶液复原加入物质：H2O。pH变化情况：原来酸性的溶液pH变小，原来碱性的溶液pH变大，强酸（含氧酸）强碱的正盐溶液pH不变。（2）分解电解质型：无氧酸（除HF外）、不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）的电解，如HCl、CuCl2等。阴极：Cu2+2e-=Cu阳极：2Cl-2e-=Cl2总反应：CuCl2 Cu+Cl2阴极产物：酸为H2，盐为金属；阳极产物：卤素等非金属单质。电解液复原加入物质为原溶质，如电解CuCl2溶液，需加CuCl2。pH变化情况：如电解无氧酸溶液pH变大但不会超过7；如为盐溶液的电解则视无氧酸根的情况而定（如：电解CuCl2溶液时，由于生成的Cl2溶于水产生的酸性强于Cu2+水解产生的酸性，所以pH下降；电解Na2S溶液时，由于生成NaOH使pH升高）。（3）放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）溶液的电解，如NaCl、MgBr2等。阴极：2H+2e-=H2阳极：2Cl-2e-=Cl2总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2阴极产物：碱和H2；阳极产物：卤素等非金属单质。电解饱和食盐水的产物分别为NaOH和H2以及Cl2。电解液复原加入物质为卤化氢。电解饱和食盐水，要使电解质溶液复原需加入HCl。pH变化情况：电解液pH显著变大（4）放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，如CuSO4、AgNO3等。阴极：2Cu2+4e-=Cu阳极：4OH-4e-=O2+2H2O总反应：2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4阴极产物：析出不活泼金属单质；阳极产物是该盐对应的含氧酸和氧气，本例中分别是Cu以及H2SO4、O2。电解液复原加入物质为不活泼金属的氧化物（金属价态与原盐中相同）。如电解CuSO4溶液，复原需加入CuO。pH变化情况：溶液pH显著变小。10、实验分析：电解CuCl2溶液（1）电极材料阴极可用惰性电极，甚至较活泼的金属，但阳极需使用惰性电极，否则会发生氧化反应而溶解。（2）惰性电极一般指金、铂、石墨电极，而银、铜等均是活性电极。（3）实验现象：通电后，电流表指针发生偏转，阴极石墨棒上析出一层红色固体，阳极表面有气泡放出，可闻到刺激性气味。（4）淀粉碘化钾试纸的作用：检验阳极产物是否为Cl2。使用时应先润湿并缠于玻棒端或用镊子夹持，作用时间不宜太久，否则变蓝后的试纸又会失去蓝色。【随堂练习】1、 电解CuSO4溶液时，若要求达到以下三点要求：阳极质量减少；阴极质量增加；电解液中Cu2+不变，则可选用的电极是A用含Zn、Ag的铜合金作阳极，纯铜作阴极 B纯铜作阳极，含Zn、Ag的铜合金作阴极 C用纯铁作阳极，用纯铜作阴极 D用石墨作阳极，用隋性电极(Pt)用阴极2、用石墨作电极，电解1molL1下列物质的溶液，溶液的pH保持不变的是AHCl BNaOH CNa2SO4 DNaCl3、用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解质溶液的pH下降的是ACuCl2 BAgNO3 CBaCl2 DH2SO44、当两极都用银片作电极电解AgNO3溶液时，在阳极上的产物是A只有银 B银和氧气 C只有氢气 D上述都不对答案1、B 2、C 3、B 4、D