電解池-高二上學期化學人教版（2019）選擇性必修1

第1課時電解的原理

電解池1.通過實驗探究知道電解池裝置的基本構(gòu)造，能夠從電極名稱、電極反應、能量轉(zhuǎn)化等方面理解電解池的原理，會正確書寫電解池的電極反應式和總反應式；2.通過實驗探究建構(gòu)電解池模型，培養(yǎng)學生觀察、分析、推理、歸納等能力，學會運用“宏觀-微觀-符號”三重表征來解決問題；3.通過實驗探究和化學家戴維的介紹，培養(yǎng)學生對化學的學習熱情和求知欲，感受科學家的精神品質(zhì)，培養(yǎng)科學精神與社會責任意識。學習目標前置作業(yè)下圖是水的電解實驗，回答下列問題：1.在右圖的方框內(nèi)標出電源的正、負極，并書寫該反應化學方程式。

2.書寫水的電離方程式，并思考未通電前純水中有哪些離子？如何運動？

3.在接通電源時，純水中的離子如何運動？為什么會發(fā)生這樣的運動？通電后水的電離平衡是否被破壞？

4.根據(jù)氧化還原反應的知識，H2是怎么產(chǎn)生的？O2又是如何產(chǎn)生的？H2與O2的電極上分別發(fā)生了什么反應？

5.用能量轉(zhuǎn)化的觀點思考，電解水這一過程中存在哪種能量轉(zhuǎn)化？-+概括歸理一：通電可以使水電離出的H+和OH-定向移動兩極，發(fā)生還原反應和氧化反應，將電能轉(zhuǎn)化為化學能。每課一題下圖中哪一個是原電池裝置？圖A裝置與圖B裝置有何區(qū)別？AB原電池圖B中存在外加直流電源主題一電解池模型的初建根據(jù)電解水實驗，歸納總結(jié)下列內(nèi)容1.電解裝置的特點①直流電源；②陰、陽電極；

CC陽極陰極③電極插入電解質(zhì)溶液；④形成閉合回路。2.電極名稱陰極：與電源負極相連；陽極：與電源正極相連。3.電極反應4H++4e-=2H2↑

（陰極-發(fā)生還原反應）4OH--4e-=O2↑+2H2O（陽極-發(fā)生氧化反應）4.能量轉(zhuǎn)化形式電能→化學能概括歸理二：電解裝置和原電池裝置相比多了外加電源，兩極分別是陽極與陰極。主題二電解池模型的完善英國化學家戴維最初想法是水通電可以分解為氫氣和氧氣，那物質(zhì)的水溶液通電又會怎樣呢？提出問題英國化學家戴維【思考與交流】問題4CuCl2溶液通電后的產(chǎn)物該如何檢驗？問題3類比遷移電解水的實驗現(xiàn)象，預測CuCl2溶液通電后在兩極有什么物質(zhì)生成？分別發(fā)生了什么反應？寫出電極反應式。問題1書寫氯化銅的電離方程式，思考未通電前CuCl2溶液中含有哪些離子?運動情況如何？問題2在接通電源時，CuCl2溶液中含有的離子如何運動？CuCl2=Cu2++Cl-Cu2+、H+移向陰極，Cl-、OH-移向陽極。陰極:Cu2++2e＝Cu（還原反應）陽極：2Cl－－2e＝Cl2↑

（氧化反應）產(chǎn)物氯氣用濕潤淀粉KI試紙檢驗【實驗探究】以CuCl2溶液為例，探究電解對CuCl2溶液的作用。實驗步驟：1.用一次性滴管吸取一定量的氯化銅溶液；2.將滴管倒置，沿氯化銅溶液面用大頭針扎一個小孔，插入石墨電極，同樣辦法在另一側(cè)插入另一個石墨電極，兩根鉛筆芯上下距離約5mm；3.將兩根石墨棒分別跟電池的正極和負極連接；4.觀察現(xiàn)象，用鑷子夾住濕潤淀粉KI試紙放在滴管尖嘴處，檢驗生成氣體。實驗裝置微型化、操作簡便、藥品用量少，體現(xiàn)綠色化學思想科學探究與創(chuàng)新意識宏觀表征微觀表征符號表征實驗現(xiàn)象：電解過程中陰陽離子的移動方向：電解過程中電子的移動方向：電解過程中電流的流動方向：能量轉(zhuǎn)化關(guān)系：電極反應：化學反應方程式：離子反應方程式：“宏觀-微觀-符號”三重表征表陰極：有紅色物質(zhì)析出。無氣泡產(chǎn)生。陽極：有氣泡產(chǎn)生。該氣體可使?jié)櫇竦牡矸鄣饣浽嚰堊兯{。Cu2+、H+移向陰極，Cl-、OH-移向陽極。電源負極→陰極；陽極→電源正極電源正極→陽極；陰極→電源負極電能→化學能陰極:Cu2++2e-＝Cu（還原反應）陽極：2Cl--2e-

＝Cl2↑

（氧化反應）CuCl2電解Cu+Cl2↑Cu2++2Cl-電解Cu+Cl2↑宏觀辨識與微觀探析證據(jù)推理與模型認知科學探究與創(chuàng)新意識【歸納總結(jié)】1.電解：使直流電通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫做電解。2.電解池：電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置。3.電解池裝置圖：概括歸理三：電解是將電能轉(zhuǎn)化化學能，通過陰陽兩極發(fā)生的氧化還原反應實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要途徑之一。能量觀轉(zhuǎn)化觀歸納總結(jié)：構(gòu)建電解的原理模型e-e-陰極陽極化合升高陽極氧化陰極還原氧化產(chǎn)物

陽離子（氧化性）

陰離子（還原性）還原劑失電子還原產(chǎn)物氧化劑得電子化合降低裝置要素失電子場所（陽極材料）離子導體（電解質(zhì)）電子導體（導線）得電子場所（陰極材料）反應微粒生成微粒電子流向得失電子微粒后續(xù)反應原理要素e-e-宏觀辨識微觀探析證據(jù)推理模型認知主題三應用電解池模型解決電解問題【科學史話】戴維時代人們認為從草木灰中提取出來的碳酸鉀是一種元素，但戴維不迷信前人的結(jié)論，他想通過電解法使其分解。戴維實驗了幾十次，結(jié)果在兩極得到了兩種氣體，經(jīng)分析是水電解產(chǎn)生的氫氣和氧氣，而碳酸鉀本身并沒有變化。到底如何能得到金屬鉀呢？【思考與交流】問題5電解CuCl2水溶液時，陽極為什么不產(chǎn)生O2，陰極為什么不產(chǎn)生H2？說明：得失電子的能力不同放電能力失電子能力：得電子能力：Cl-＞OH-Cu2+＞H+放電次序

陰離子失去電子，陽離子得到電子的過程叫放電。問題6按照電解CuCl2水溶液的現(xiàn)象進行猜測推理，電解碳酸鉀溶液陰極應該產(chǎn)生金屬鉀，但事實卻是相當于電解水呢，為什么呢？問題7聯(lián)系金屬活動性順序表，金屬單質(zhì)的還原性越強，對應金屬陽離子的氧化性有何規(guī)律？非金屬單質(zhì)的氧化性越強，對應陰離子的還原性有何規(guī)律？概括歸理四：用“氧化還原理論”突破電解池的陰、陽離子放電規(guī)律失電子能力：OH-＞CO32-得電子能力：H+＞K+金屬單質(zhì)的還原性越強，對應金屬陽離子的氧化性越弱非金屬單質(zhì)的氧化性越強，對應陰離子的還原性越弱【歸納總結(jié)】離子放電順序規(guī)律：陰極：氧化性強的離子先得電子Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+

>Pb2+>

Sn2++>Fe2+>Zn2+

濃度大時先于

H+放電

>H+>

Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

水中H+先放電陽極：還原性強的離子先失電子活性陽極先放電，離子后放電。S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－

活性金屬電極（除Pt、Au外）>概括歸理五：離子放電順序遵循“誰強誰放電”問題8預測電解NaCl水溶液的產(chǎn)物是什么？如何檢測這些電解產(chǎn)物？寫出電極反應式和總反應式。預測電解NaCl水溶液陽極產(chǎn)物為Cl2,陰極產(chǎn)物為H2和NaOH。Cl用濕潤的淀粉KI試紙檢驗，淀粉KI試紙變藍證明產(chǎn)生Cl2,NaOH用酚酞試液檢驗，試液變紅證明產(chǎn)生NaOH。電極反應：陰極:2H2O+2e-=H2↑+2OH-（還原反應）

陽極：2Cl--2e-＝Cl2↑

（氧化反應）化學反應方程式：2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2電解概括歸理六：電極反應式書寫遵循“原子守恒、電荷守恒、電子守恒”【實驗探究】以NaCl溶液為例，探究電解對NaCl溶液的作用。實驗步驟：1.在表面皿中放一片濾紙，用NaCl溶液潤濕濾紙；2.將兩根石墨電極分別用導線連在電源的正負極上，并按圖所示樹立在濾紙上；3.大約30秒后，在陰極附近濾紙上滴加2~3滴酚酞試液，觀察現(xiàn)象，在陽極附近放濕潤的淀粉碘化鉀試紙，觀察現(xiàn)象。2~3滴酚酞試液石墨石墨用飽和氯化鈉浸濕的濾紙濕潤的淀粉KI試紙實驗操作簡便、藥品用量少，體現(xiàn)綠色化學思想宏觀表征微觀表征符號表征實驗現(xiàn)象：電解過程中陰陽離子的移動方向：電解過程中電子的移動方向：電解過程中電流的流動方向：能量轉(zhuǎn)化關(guān)系：電極反應：化學反應方程式：離子反應方程式：“宏觀-微觀-符號”三重表征表陽極：產(chǎn)生可使?jié)駶櫟矸跭I試紙變藍的刺激性氣味氣體。陰極：陰極附近的濾紙滴加2~3酚酞試液，濾紙變紅。Na+、H+移向陰極，Cl-、OH-移向陽極。電源正極→陽極；陰極→電源負極電能→化學能陰極:2H2O+2e-=H2↑+2OH-（還原反應）陽極：2Cl－－2e-＝Cl2↑

（氧化反應）2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑電解電源負極→陰極；陽極→電源正極2Cl－＋2H2O==H2↑＋Cl2↑＋2OH－電解宏觀辨識與微觀探析證據(jù)推理與模型認知科學探究與創(chuàng)新意識

分析電解反應的一般思路明確陽極材料根據(jù)陽極氧化，陰極還原分析得出產(chǎn)物陰陽兩極附近各有哪些離子由陰陽兩電極反應式，分析溶液中微粒的變化（弱電解質(zhì)須保持分子形式）【歸納總結(jié)】證據(jù)推理模型認知問題9利用電解CuCl2溶液的裝置電解氯化鈉溶液得不到金屬Na，那么戴維應該如何從NaCl中成功制取了Na？制取金屬鈉電解熔融狀態(tài)的氯化鈉陽極：2Cl-

－2e-==Cl2↑陰極：2Na++2e-==2Na總反應：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑電解：使直流電通過電解質(zhì)溶液（或熔融電解質(zhì)）而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程叫做電解。完善電解概念【科學史話】戴維最后通過電解熔融的氫氧化鉀得到了金屬鉀。他創(chuàng)立的最強大的氧化還原手段——電解法，使數(shù)千年都沒有被發(fā)現(xiàn)的活潑金屬從其熔融液中還原出來，受戴維的啟發(fā)，在電解法出現(xiàn)后的44年間科學家發(fā)現(xiàn)了31種新元素。電解的方法到今天依然具有重要的應用價值。概括歸理七：冶煉鉀、鈣、鈉、鎂、鋁等活潑的金屬時，需要使用電解法這種最強有力的氧化還原手段！我的那些最重要的發(fā)現(xiàn)是受到失敗的啟示而作出的。

——無機化學之父戴維

電解池的應用污水處理電鍍粗銅精煉氯堿工業(yè)2019年大連化學物理研究所韓洪憲研究員和李燦院士團隊研發(fā)出廉價電催化劑，能用8千小時,并有望在大規(guī)模可再生能源制氫技術(shù)中應用。科技興則民族興，科技強則國家強科技是國家強盛之基，創(chuàng)新是民族進步之魂H2O的電解CuCl2（aq)的電解電解是外加電源下的非自發(fā)氧化還原反應個別一般陽離子陰極(還原反應)陰離子陽極(氧化反應)電能→化學能轉(zhuǎn)化觀微粒觀能量觀推理與驗證思維方法認識層面