1-2-4化学能与电能的转化-电解原理的应用(第4课时)(教案).docx

1.2.4化学能与电能的转化-电解原理的应用
（第4课时）
一、核心素养发展目标
1.通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。
2.建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。

二、教学重难点
重点：氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金的电极反应式书写。
难点：氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金的电极反应式书写。
三、教学方法
实验探究法、分析法、总结归纳法、分组讨论法等
四、教学过程
【导入】展示氯碱工业的相关图片
【讲解】氯碱工业：用电解饱和食盐水的方法来制取氢氧化钠、氢气和氯气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业。
【展示】电解NaCl溶液实验视频
【讲解】通电前，氯化钠溶液中含有四种自由移动的离子，它们是Na＋、Cl－、H＋、OH－。
通电时，移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－在阳极放电，移向阴极的离子是Na＋、H＋，
H＋在阴极放电，因H＋放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显碱性。
【生】阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；氧化反应
阴极：2H＋＋2e－===H2↑；还原反应
总离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。
【展示】阴极区域产物及阳极区域产物
【问】能否用该电解池制备Cl2、H2 和NaOH？若不能，该怎样改进装置？
【生】1．Cl2 与 NaOH 反应
Cl2 + 2OH- === ClO- + Cl- + H2O
2．H2 与 Cl2 混合易爆炸
H2 + Cl2 === 2HCl
【展示】阳离子交换膜
【讲解】阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量和质量。
常见的离子交换膜
离子交换膜由高分子特殊材料制成，分三类：
(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
隔膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
(2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

【讲解】电解——人类创造新物质的重要手段
电解帮助人类创造出更多自然界不存在的新物质，成为化学重要分支——电化学或能源化学的基础，因此也形成了电解工业。
电解除广泛应用于金属矿物冶炼、金属精炼外，还促进了电镀、污水处理等领域的技术革命，为新的制造业的发展提供了理论基础。
对于像钠、镁、铝这样非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出来，工业上常用电解法冶炼。
【生】工业制金属钠2NaCl2Na＋Cl2↑
工业制金属镁MgCl2Mg＋Cl2↑
工业制金属铝2Al2O34Al＋3O2↑
【讲解】AlCl3是共价化合物；Al2O3是离子化合物，熔点2050℃。
冰晶石在铝电解中作为助溶剂。
【讲解】自从1807年戴维首次使用电解方法制得金属钾，之后的研究继续用电解法获得了钠、钙、镁、钡、锶、硼、硅、铝、氟等单质。电解为这些元素的发现立下了汗马功劳。
【展示】工业精炼铜视频
【讲解】粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用硫酸铜溶液作电解质溶液。
【展示】铜的电解精炼动画视频
【讲解】阳极：放电顺序：金属 ＞ OH- ＞ SO42-
【生】阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋等
【讲解】阴极：放电顺序：Cu2+ ＞ H+ ＞ Fe2+
【生】阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
【讲解】电解精炼铜的原理：粗铜中比铜活泼的金属锌、铁等，失去电子形成阳离子而溶解(残留在溶液中)；比铜不活泼的金属银、金等，以金属单质的形式沉积在电解槽的底部(形成阳极泥)；粗铜中的铜在纯铜上析出。
电解精炼过程中的“两不等”
电解质溶液浓度在电镀前后不相等；
阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。
【展示】电镀的图片
【讲解】电镀：应用电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀可以使金属更加美观耐用，抗腐蚀性能增强。
【展示】电镀银实验
【讲解】现象：待镀金属表面镀上一层光亮的银，银不断溶解。
银为镀层金属，与直流电源的正极相连，作阳极；
待镀金属与直流电源的负极相连，作阴极；
含银离子溶液为电镀液，含有镀层金属离子。
【生】阳极反应式为Ag－e－===Ag＋；
阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag。
【讲解】含银离子溶液浓度的变化是不变。
阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。
电镀过程中的“一多，一少，一不变”
一多”指阴极上有镀层金属沉积；
一少”为阳极上有镀层金属溶解；
一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。
【展示】零件电镀过程视频

【课堂小结】师生共同完成。
一、氯碱工业
二、活泼金属冶炼
三、粗铜精炼
四、电镀

【课堂练习】
1、金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量铁、锌、铜、铂等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)(　　)
A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有铜和铂，没有锌、铁、镍
答案：D
2、关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是(　　)
A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极
B．电解液的成分都保持不变
C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋
D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu
答案：D