高中化學(xué)第三冊《電解原理》分析

1、高中化學(xué)第三冊電解原理分析【本章結(jié)構(gòu)】相關(guān)電化學(xué)的知識是無機化學(xué)中很重要的知識，它既涉及到理論知識又與元素及其化合物知識密切相關(guān)，教材在第二冊安排了原電池的知識，研究了化學(xué)能是如何轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿?，在第一冊已?jīng)初步介紹了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，在第三冊對此又實行了更深層次的研究，故而進一步研究電能是如何轉(zhuǎn)化為化學(xué)能是十分必要的，而且，通過化學(xué)能和電能的相互轉(zhuǎn)變的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生對氧化還原反應(yīng)的理解和對化學(xué)反應(yīng)中能量變化的理解更加深刻。學(xué)生能夠在老師的指導(dǎo)下，使用所學(xué)關(guān)于氧化還原反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化等理論知識學(xué)習(xí)本單元知識，同時又鞏固加深了對這些知識的理解。能夠這么說，學(xué)習(xí)了本單元知識，學(xué)生對電

2、化學(xué)的知識才能夠理解得比較全面。所以，本單元內(nèi)容在整個高中化學(xué)中占據(jù)了相當(dāng)重要的位置。二、本單元結(jié)構(gòu)第一節(jié)電解原理是本單元的核心和基礎(chǔ)。本節(jié)教材分為兩部分。第一部分電解原理，教材以電解CuCl2溶液為例，介紹了電解原理，從引導(dǎo)學(xué)生思考電解質(zhì)溶液導(dǎo)電與金屬導(dǎo)電是否相同入手，采用演示實驗的方法，引出新課，然后分析實驗現(xiàn)象，判斷反應(yīng)生成了哪些物質(zhì)，如果把實驗4-1、實驗4-2、實驗4-3改作邊講邊實驗，則能夠更好的培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作水平，團結(jié)協(xié)作水平和觀察水平；通過對實驗4-2中通電前后溶液里離子移動的情況的分析、電極上發(fā)生反應(yīng)的分析培養(yǎng)學(xué)生的總結(jié)歸納水平。通過電解過程中陰陽離子在兩極發(fā)生氧化還原反

3、應(yīng)以及電解前后電解質(zhì)溶液的變化等內(nèi)容不失時機地實行辯證唯物主義的教育；在學(xué)生理解電解原理的基礎(chǔ)上，建立電流強度、時間、電量和電子數(shù)之間的聯(lián)系，即物理和化學(xué)學(xué)科的聯(lián)系，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。第二部分是關(guān)于電解原理的一些重要應(yīng)用，能夠培養(yǎng)學(xué)生使用知識解決問題的水平。對電鍍工業(yè)廢水處理的簡單介紹，增強學(xué)生的環(huán)境保護意識。第二節(jié)氯堿工業(yè)是電解原理的又一實際應(yīng)用。通過這個節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生的化學(xué)價值觀得以進一步培養(yǎng)；通過對電解食鹽水的實驗培養(yǎng)學(xué)生的觀察水平、分析歸納水平和利用化學(xué)原理解決實際問題的水平；通過閱讀教材相關(guān)材料培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)水平；通過對實驗現(xiàn)象的觀察，掌握觀察實驗的方法和步驟，準(zhǔn)確記錄實驗現(xiàn)

4、象，準(zhǔn)確分析實驗現(xiàn)象，探究實驗規(guī)律的方法。通過討論激發(fā)學(xué)生的求知欲，閃現(xiàn)智慧的火花，培養(yǎng)創(chuàng)新意識?！窘虒W(xué)重點、難點】教學(xué)重點：電解原理、氯堿工業(yè)反應(yīng)原理教學(xué)難點：電解原理、氯堿工業(yè)反應(yīng)原理【教學(xué)建議】一、 課時安排電解原理3課時氯堿工業(yè)（學(xué)生實驗改為邊講邊實驗）3課時單元復(fù)習(xí)1課時單元檢測1課時二、 具體建議（一） 關(guān)于“電解原理”的教學(xué)建議1、 在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生實行實驗探究，從實驗入手，通過對實驗現(xiàn)象的觀察和分析得出結(jié)論。能夠?qū)嶒?-1、實驗4-2、實驗4-3改為邊講邊實驗，讓學(xué)生邊實驗、邊觀察、邊分析，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用；2、 對CuCl2溶液電解和金屬導(dǎo)電原理的微觀解釋可使用計算

5、機輔助教學(xué)來協(xié)助學(xué)生理解，加深理解；3、 建議補充習(xí)題加深對電解原理的理解：要求學(xué)生寫出用惰性電極電解下列溶液的電極反應(yīng)方程式和總反應(yīng)方程式：CuCl2 、HCl 等Na2SO4、NaOH、H2SO4等NaCl、CuSO4、AgNO3等熔融的NaCl、NaOH、MgCl2、Al2O3等。即時比較原電池和電解池，能夠利用下題加深印象：指出下列裝置的名稱、電極名稱和電極反應(yīng)情況：能夠與金屬的腐蝕和防護聯(lián)系，進一步鞏固和完善相關(guān)知識。能夠用下述例題：下列各裝置中都盛有0.1mol/L的NaCl溶液，放置一定時間后，裝置中的四塊相同鋅片，腐蝕速率由快到慢順序的是 。4、 在學(xué)生已經(jīng)掌握了石墨作電極電解

6、氯化銅溶液原理的基礎(chǔ)上，建議將陽極材料改為銅并要求學(xué)生使用氧化還原知識分析陽極、陰極反應(yīng)；并進一步深入：如果該銅片混有Ag、Zn、Fe、Au等雜質(zhì)則陰極陽極反應(yīng)又如何？最后要求學(xué)生應(yīng)用電解原理設(shè)計實驗以提純含有上述雜質(zhì)的粗銅。并即時歸納在陽極為惰性電極和金屬電極（有些參考書稱為活性電極）時的電極反應(yīng)和電極產(chǎn)物的判斷，有條件的學(xué)校能夠使用計算機根據(jù)學(xué)生的設(shè)計實行模擬實驗，如此不但能使學(xué)生對相關(guān)原理的理解更加深刻，并且讓學(xué)生體驗到成就感。5、 學(xué)習(xí)電鍍原理時，相關(guān)電鍍池的形成條件之一-電鍍液一般用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)-配成是學(xué)生比較難以接受的知識點， 建議在學(xué)習(xí)了銅的電解精煉后要求學(xué)生思考右圖

7、裝置的電極反應(yīng)，激起學(xué)生認知矛盾，進而強調(diào)在這樣的條件下Zn2+的放電水平大于H+,使學(xué)生掌握一般用含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液。（二） 關(guān)于“氯堿工業(yè)”的教學(xué)建議氯堿工業(yè)屬于電解原理的又一應(yīng)用實例，但教學(xué)要求為A層次和B層次，教學(xué)時在時間分配上要合理，重點講解電解飽和食鹽水的原理，對生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)細節(jié)不必作過多的講述，能夠采取自學(xué)討論的方法。1、 電解飽和食鹽水的反應(yīng)原理可采用實驗探究法，建議將實驗4-3改為邊講邊實驗。實驗過程中要提示學(xué)生觀察什么；實驗后通過對產(chǎn)物的檢驗，充分讓學(xué)生分析現(xiàn)象，從而歸納得出結(jié)論，有條件的學(xué)校還能夠計算機模擬通電前后溶液中的離子的移動，電極上發(fā)生了什么反

8、應(yīng)。這樣從宏觀到微觀，從現(xiàn)象到本質(zhì)，使學(xué)生對電解飽和食鹽水的原理有比較深刻的理解。2、 離子交換膜法制燒堿部分，建議采用自學(xué)討論法實行教學(xué)，但教師要事先擬好自學(xué)提綱：（1）離子交換膜電解槽主要由哪幾個部分組成？（2）電解前如何精制飽和食鹽水？課堂上借助于離子交換膜電解槽的模型，討論其組成和各部分的作用，分析電解法制燒堿的生產(chǎn)流程和工作原理，借以復(fù)習(xí)相關(guān)知識并使學(xué)生理解化學(xué)知識在實際中的重要應(yīng)用。3、 以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)本部分內(nèi)容建議課前布置學(xué)生收集相關(guān)以NaOH、H2、Cl2為原料的化學(xué)反應(yīng)，并指明工業(yè)上的用途，并在課堂上實行交流，這樣既能夠充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，激發(fā)學(xué)生智慧的

9、火花，體現(xiàn)學(xué)習(xí)的協(xié)作精神。【問題討論】電解產(chǎn)物的判斷：電解的產(chǎn)物首先決定于在陽極、陰極放電的離子。當(dāng)電解水溶液時，電解液中除了電解質(zhì)的陽、陰離子外，還有水電離出來的H+和OH-，它們也分別移向陰陽兩極。這樣在陰極或陽極上就有幾種離子可能放電，究竟哪一種離子放電，不但取決于它們的電極電位，還取決于離子濃度大小。此外，如果電解時用的不是惰性電極而是用Cu、Zn、Fe等金屬電極，那么電極也能夠參加反應(yīng)。再有當(dāng)電解產(chǎn)物為氣體時，電極材料的不同也會對放電有不同的影響，這就增加了電極反應(yīng)的復(fù)雜性。即使如此，因為陽極上實行的是氧化反應(yīng)，反應(yīng)的必然是容易給出電子的物質(zhì)，也就是把各種因素考慮在內(nèi)以后放電的是電極

10、電位代數(shù)值較小的物質(zhì)。在陰極上實行的是還原反應(yīng)，放電的必然是容易獲得電子的物質(zhì)，即電極電位代數(shù)值較大的物質(zhì)?，F(xiàn)在以石墨為電極，以電解硫酸鈉溶液為例。電解液中存有的離子有Na+、H+、OH-和SO42-通電后，Na+、H+向陰極移動，雖然氫離子濃度很小，它的電極電位代數(shù)值比其標(biāo)準(zhǔn)電極電位小，但仍不可能小于鈉的電極電位，所以在陰極放電的是H+：2H+2e-=H2 在陽極上，OH-和SO42-的反應(yīng)分別為：2SO42-2e- S2O82-(S2O82-/ SO42-)=+2.05V4OH-4e-=O2+2H2O(O2/OH-)=+0.401V考慮到離子濃度的影響，(O2/OH-)=(O2/OH-)+

11、在Na2SO4溶液中，C（OH-）能夠認為是110-7mol/l，此時氧的電極電位應(yīng)為：(O2/OH-)=0.401V-0.059lg10-7V+0.814V即使把放電受阻的因素考慮進去，總的結(jié)果仍然是(O2/OH-)(S2O82-/ SO42-),所以陽極產(chǎn)物是O2（OH-放電的產(chǎn)物）。由此可知，受電流作用實行分解的不是Na2SO4而是H2O。【參考資料】無機化學(xué)華東師范大學(xué)編分析化學(xué)東北師大等編教師教學(xué)用書人民教育出版社化學(xué)室編著練習(xí)推薦：1、 用石墨電極電解pH3的稀硫酸50ml，通電一小時后停止電解。此時測得溶液的pH=2。已知每個電子所帶電量為1.610-19C，求：（1）電路中的電流強度是多少？（2）陰陽極產(chǎn)生的氣體體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）是多少？2、 工業(yè)上用立式隔膜電解槽電解飽和食鹽水制取氯氣和燒堿時，要用石棉絨隔開陰、陽兩極?，F(xiàn)在將用如下圖裝置電解飽