第四章第三节 电解池.docx
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第四章第三节电解池
第四章第三节电解池
(符华武 东莞市东莞市第七高级中学)
●教材分析:
电解池原理是电化学的理论知识的一半江山,电解池在联系教材方面起到一个承前启后的作用。
承前是它与高一的元素化合物(也就是电解质)、氧化还原反应,高二的原电池原理等知识为基础,启后是它与实际生产生活密切相关比喻电镀,活泼金属的冶炼,和精炼都要用到电解池的知识,所以另外它也是历年高考中的考点。
作用是通过对电解池的学习之后,学生会将高一和高二所学的知识联系起来形成系统的知识网络,对培养学生的认知规律有很大的提高。
学情分析:
知识方面,高二学生在必修1、必修2和选修4中已经学习过电解质、氧化还原反应、原电池的相关知识,,学习本节内容有知识基础。
能力方面,高二学生具有一定的实验探究和分析能力,也有一定的观察推理和归纳能力。
课时建议:
二课时
第1课时
★三维教学目标
1.知识与技能
(1)理解认识电解原理。
(2)比较电解池和原电池的异同
2.过程与方法 培养学生的动手操作能力,通过对实验现象的观察、分析和推理、归纳的能力,培养学生发现、分析和解决问题的科学探究精神。
3.情感态度与价值观
(1)分组实验与讨论,体会小组合作学习的乐趣,培养团结协作的精神;
(2)通过探究实验的操作,现象的观察、记录和分析,感受实验方法在化学研究中的重要作用和严谨性。
★教学重点及难点
重点:
理解电解的基本原理
难点:
电子、离子在电解过程的运动和电极反应
★教法建议及教具准备:
三重表征理论策略、实验探究策略、多种感官学习策略。
宏观现象,微观粒子的运动和反应,电极反应式来学习;视觉、嗅觉、感觉等多种感官来观察、分析、归纳知识;通过合作探究、交流小结学习知识。
体现教师为主导、学生为主体的教学观。
教具:
多媒体动画、电解的实验装置
★教学组织流程图
教学程序教学环节 教学内容
【教学过程】
教师活动
学生活动
设计意图
【新课导入】水的电解示意图
观察思考并回答:
现象:
阴极产生的气体收集检验时发出“噗”的声音的气体;阳极产生能使带火星木头复燃的气体。
它们体积比为2:
1
结论:
水被电解为氢气和氧气。
点明本节课学习电解
【问题思考】1、通电时CuCl2溶液会不会发生化学变化呢?
【活动与探究】
1、将两根碳棒插入CuCl2
溶液中;
如右图甲
二、将两根碳棒用导线
连接后插入CuCl2溶液中;
如右图乙
三、指导学生的探究实验
(操作要点:
12V直流电源,
把电源连接的碳棒插入盛有
CuCl2溶液的U型管两端,
阳极的管口放湿润的KI-淀
粉试纸)
分三步实验探究
回答问题;实验探究电解CuCl2、并说明现象
1.电离出自由移动的离子
2.发生了化学变化,因为有新物质生成。
实验现象:
与电源正极相连的碳棒有气泡产生,且有刺激性气味,能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝;与电源负极相连的碳棒上有红色的固体析出.
结论:
阳极是Cl2阴极是Cu
从宏观现象说明导电(电解)是不是化学变化
【提问】引导学生分析电解过程要什么条件。
能量如何变化,观察刚才电解CuCl2溶液的装置
电解:
电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的
过程。
电解池:
电能转化为化学能的装置。
构成电解池的条件:
直流电源,阴阳极、电解质溶液或熔融电解质,闭合回路。
电解,电解池概念,电解池的组成
【设疑】CuCl2溶液在电流的作用下为什么会分解生成Cu和Cl2呢?
1:
通电前,氯化铜溶液中含有哪些微粒?
2:
在通电时这些微粒各向什么区移动?
3:
通电后在阳极和阴极各会发生什么样的电极反应?
一个问题一个问题抛给学生思考,先猜测答案,然后边观看动画模拟边验证答案正误
1.通电前有Cl-OH-Cu2+H+
2.Cl-OH-离子向阳极;Cu2+H+离子向阴极
3.阴极Cu2++2e–=Cu还原反应
;阳极2Cl––2e–=Cl2↑氧化反应
从离子的微观运动方面理解CuCl2溶液的电解
【小结】1.引导学生小结电极和电极发生的反应
2.引导学生从电解框图中小结电解原理
1①与电源正极相连,电子流出;阴离子移向该极,失电子,发生氧化反应。
②与电源负极相连,电子流入;阳离子移向该极,得电子,发生还原反应。
学生从宏观到微观总结电解原理
【巩固】展示题目1、如右图是电解氯化铜溶液的装置,其中c、d为石墨电极,则下列有关判断正确
的是
A、a为负极,b为正极
B、a为阳极,b为阴极
C、电解过程中,d电极质量增加
D、电解过程中,氯离子浓度不变
学生根据电流方向判断电源的正负极,电解池的阴阳极及阴阳极上发生的变化,得出答案
学生通过练习对电解原理学以致用
【展示】原电池和电解池的事例,学生观察比较两者的原理,组成异同
学生填表
让学生利用比较的方法加以区别电解池和原电池装置和工作原理
【练习】辨认电解池和原电池,并理解它们的工作原理和相互联系
1.分析下图,哪个是原电池,哪个是电解池。
2、下列说法或实验现象的描述不正确的是()
A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面出现气泡
B.把铜片插入氯化铁溶液中,在铜片表面出现一层铁
C.把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出速度加快
D.与电源负极相连的是电解槽的阴极
巩固并练习,学以致用。
【课堂练习】(详见教学过程,3道题)
【课后作业】
1.铁棒与石墨棒用导线连接后,浸入0.01mol/L的食盐溶液中,可能出现的现象是
A.铁棒附近产生OH-B.铁棒被腐蚀
C.石墨棒上放出Cl2D.石墨棒上放出O2
2.在原电池和电解池的电极上所发生的反应,同属氧化反应或同属还原反应的是:
A.原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应;
B.原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应;
C.原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应;
D.原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应;
3.下列叙述正确的是( )
A.原电池中阳离子向负极移动B.用铝质铆钉接铁板,铁易被腐蚀
C.马口铁(镀锡)的表面一旦破损,铁腐蚀加快D.白铁(镀锌)的表面一旦破损,铁腐蚀加快
4.A、B、C是三种金属,根据下列①、②两个实验:
①将A与B浸在稀H2SO4中用导线相连,A上有气泡逸出B逐渐溶解;②电解物质的量浓度相同的A、C的盐的混合溶液时,阴极上先析出C,(使用惰性电极),确定它们的还原性强弱顺序为
A.A>B>CB.B>C>AC.C>A>BD.B>A>C
5.在①电解是将电能转化为化学能;②电解是将化学能转变成电能;③电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化;④不能自发进行的氧化还原反应可通过电解的原理实现;⑤任何物质被电解时,必导致氧化还原反应发生;这五种说法中正确的是()
A.①③④⑤B.②③⑤C.③④D.①②③④
6.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的pH均增大
D.产生气泡的速度甲比乙慢
7.能够使反应Cu+2H2O==Cu(OH)2+H2发生的是()
A.铜片作原电池的负极,碳棒作原电池的正极,氯化钠作电解质溶液
B.铜锌合金在潮湿空气中发生电化学腐蚀
C.用铜片作阴、阳电极,电解硫酸钠溶液
D.用铜片作阴、阳电极,电解硫酸铜溶液
8.用下图所示的装置进行电解。
通电一会儿,发现湿润的淀粉KI试纸的C端变为蓝色。
则:
(1)电源的正极为________、负极为________A中发生反应的化学方程式为__________________。
(2)在B中,阳极、阴极分别是________、________观察到的现象是________、________、________。
(3)在C、D中阳极、阴极分别是________、________。
C端发生的电极反应式是__________________。
变蓝的原因是__________________。
★连接高考
▲考题错解及分析
【例1】把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液混合溶液的玻璃皿中(如图所示平面图),经过一段时间后,首先观察到溶液变红的区域是()
A、Ⅰ和Ⅲ附近B、Ⅰ和Ⅳ附近
C、Ⅱ和Ⅲ附近D、Ⅱ和Ⅳ附近
错选:
D
原因分析:
部分同学根据离子的移动方向判断,认为电解池中阴离子OH-移向阳极Ⅱ,阳极碱性增强,所以错选。
左图为电解池,Fe为阳极,阳极反应为:
Fe-2e-==Fe2+;Zn为阴极,阴极反应为:
2H++2e-==H2↑,因此Ⅰ区域c(OH-)变大,碱性增强使酚酞变红;右图为原电池,Fe为正极,正极反应式为:
2H2O+O2+4e-==4OH-,因此Ⅳ区域c(OH-)变大,碱性增强使酚酞变红。
正确答案:
B
【例2】某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液,通电时,为使Cl2被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图的装置,则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()
A、a为正极,b为负极;NaClO和NaCl
B、a为负极,b为正极;NaClO和NaCl
C、a为阳极,b为阴极;HClO和NaCl
D、a为阴极,b为阳极;HClO和NaCl
错选:
A
原因分析:
很多同学想不出消毒液的制备原理,想不到NaOH+Cl2发现有图的反应,上面有一个导管,认为是疏导气体的,也不知道就错选A,
其实电解反应2NaCl和2H2O生成NaOH和H2↑、Cl2↑,副反应为:
2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O,则可推知使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液的主要成分是NaClO和NaCl溶液,其中起消毒作用的是NaClO溶液。
为让副反应充分反应,氯气应从下面充入,故电源a极是负极,b为正极。
正确答案:
B
▲疑难问题及解答
1.原电池和电解池的区别是什么?
填表(表格和答案以下)
答案:
原电池
电解池
电极名称
正极负极
阳极阴极
电极反应
还原反应
氧化反应
氧化反应
还原反应
离子移动
阳离子移向
阴离子移向
阴离子移向
阳离子移向
能量变化
化学能转化为电能
电能转化为化学能
反应是否自发
自发
非自发
2.电解质的电解过程一定发生化学变化吗?
答案:
一定,因为电解质的导电过程就是电解过程,电解发生了氧化还原反应。
▲优秀高考题精选
1.(2011广东高考12)某小组为研究电化学原理,设计如图2装置。
下列叙述不正确的是
A、a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B、a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为:
Cu2++2e-=Cu
C、无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液从蓝色逐渐变成浅绿色
D、a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动
答案:
D
解析:
本题考察原电池、电解池的原理、判断及其应用。
若a和b不连接,则不能构成原电池,单质铁直接与Cu2+发生氧化还原反应而置换出铜,方程式为:
Fe+Cu2+=Fe2++Cu,A正确;若a和b用导线连接,则构成原电池,此时铁作负极,铜作正极,方程式分别为:
Fe-2e-=Fe2+、Cu2++2e-=Cu,B正确;有A、B分析可知,选项C是正确的;若a和b分别连接直流电源正、负极,则构成电解池,此时铜作阳极失去电子被氧化,铁作阴极,在电解池中阳离子向阴极运动,因此选项D是错误的。
2.(2011北京高考26)
氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示:
(1)溶液A的溶质是;
(2)电解饱和食盐水的离子方程式是;
(3)电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2~3,用化学平衡移动原理解释盐酸的作用;
答案:
(1)NaOH。
(2)2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑(3)氯气可溶于水发生反应Cl2+H2O
HCl+HClO,根据平衡移动原理可知增大盐酸的浓度可使平衡向逆反应方向移动。
解析:
(1)电解时在电极的作用下,溶液中的阳离子向阴极作定向运动,阴离子向阳极作定向运动,所以电解饱和食盐水时Na+和H+向阴极运动并放电,但H+比Na+易得电子,所以H+首先放电,方程式为2H++2e-=H2↑。
由于H+是水电离出的,所以随着H+的不断放电,就破坏了阴极周围水的电离平衡,OH-的浓度就逐渐增大,因此溶液A的溶质是NaOH。
由于Cl-比OH-易失电子,所以在阳极上CI-首先放电,方程式为2Cl--2e-=Cl2↑。
因此电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑。
(2)见解析
(1)
(3)由于阳极上生成氯气,而氯气可溶于水,并发生下列反应Cl2+H2O
HCl+HClO,根据平衡移动原理可知增大盐酸的浓度可使平衡向逆反应方向移动,减少氯气在水中的溶解,有利于氯气的溢出。
★设计思路:
1.利用三重表征理论来学习电解原理,首先是宏观方面现象的观察,学生能很好地通过观察描述出阴阳极的现象,再根据物质的性质特征对物质变化做出初步的判断,通过电解氯化铜的探究实验装置理解电解池的概念和组成;接着通过动画模拟电解过程加上问题引导,学生可以很清楚地看到电子、电流、离子等的运动情况,也能很理解阴阳极的微粒和电子得失而引起的氧化还原反应,对电解过程有了更深入的理解,接着我们理解后写出电极反应式,反应实质更加一目了然。
然后我们根据宏观和微观两个方面的理解把电解上升到理论阶段的学习,即概况出电解原理。
最后把前面刚学完的原电池和电解池比较,得出它们组成和工作原理的异同,通过比较学习和练习进一步巩固了电解池原理。
2.激发学生的好奇心,利用实验探究激发他们的学习兴趣,整节课学生的注意力都很集中,回答问题也很积极,充分体现了学生的学习主体性地位,3.精选习题,练习1充分考查了电解原理;练习2考查了电解池和原电池的区别;练习3即考查电解池和原电池的联系和区别。
★教学反思
本课题的实施过程充分体现了学生的学习主体性和老师的教学主导性,整节课都是在老师的引导下,学生通过实验探究,交流讨论,观察归纳来完成的,通过检查学生后来的习题情况说明,学生对电解原理掌握的很好;三重表征理论对化学的教学效果很好,我们以后要经常考虑使用这样的思维进行设计教学过程,另外我们要充分利用学生的最近发展区来引导学生温故而知新,比喻讲到电解池的离子游动方向时,我对学生说原电池的外电路是从负极游向正极的,在电解池这个闭合回路中,电子和阴离子都是带负电荷的,它们的移动方向会怎样?
得出阴离子会游向哪一极,学生都可以正确回答,然后再放动画验证加强记忆,效果很好。
尽管探究实验里,我都做了提示,但还是有一小部分学生不能很好地完成实验,所以老师在指导学生的实验过程不但要提示,而且要巡堂指导,要进一步说明要经常放手让学生进行实验,锻炼他们的实验能力探究和动手能力。
★专家评价
1.课堂气氛活泼,学生注意力集中,参与性很高。
2.老师的引导和设疑能力很好,上课思维科学,过程流畅,驾驭课堂的能力不错。
3.使用的教学多媒体内容完整,课件简洁而有内容重点突出。
4.教师的教学手段充分体现了学生是学习的主体的新型教学观,一节课的多数时间都是学生在探究、交流、练习、评讲。
内化知识的效果好。
我们就是要把课堂还给学生。
精品课打造过程中专家点评实录
第一次:
能捉住重点,把电解原理讲清楚,但上课过程,老师有点急着完成任务,讲得太快和在讲解不同电解质溶液和电极对电解过程的影响时,讲得不够深入,让人感觉是把结论塞给学生,另外由于课堂内容过多,学生及时练习反馈的时间过少,建议只保留电解原理部分的知识,而把影响电解过程的电解质溶液和电极部分的知识留到下一节课。
第二次:
这一次课堂的容量合适,但探究实验时,学生有点混乱,建议把探究实验的装置图放到幻灯片,幷提示学生加以指导;另外讲解习题时,先给一个思维指导,然后让学生做题,回答问题,讲解得出答案的过程,老师再来帮助纠正和师生一起小结。
第三次:
这一次不管在教学环节还是学生的活动环节都比较好,通过引入、探究、小结、设疑、动画、小结、练习、总结的程序,条理清楚。
学生内化知识的效果很好,如果在时间上再控制好一点,把最后一道题目分析完再下课就更好。
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- 第四章第三节 电解池 第四 三节