化学选修4 化学反应原理第三节 电解池学案

4-3-2  电解池（第二课时）

教学目标

1、了解氯碱工业，电镀，冶金的原理

2、培养学生的实验操作能力，团结协作能力、观察能力、分析能力、归纳总结能力以及运用知识解决问题的能力

教学重点：

电解池原理

教学难点：

电解原理的应用

教学过程：

【引言】上节课我们学习了电解的原理，电解是通过电流引起化学反应的过程，即将电能转变成了化学能。电解的原理在工业上有哪些应用呢？这节课就向同学们介绍两个电解原理在工业上应用的事例.

【板书】二、电解原理的应用

【讲】电解饱和食盐水以制备烧碱、氢气和氯气，电解饱和食盐水的工业生产叫氯碱工业。

【板书】1、电解饱和食盐水制烧碱、氢气和氯气

【投影】

实验装置及原理

按上图装置，在U形管里倒入饱和食盐水，插入一根石墨棒做阳极，一根铁棒做阴极。同时在两边管中各滴入几滴酚酞试液，并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。接通直流电源后，注意管内发生的现象。

【讲】在这个反应中，由于H＋在阴极上得到电子而生成H2，破坏了附近的水的电离平衡，促进了水继续电离，结果阴极区溶液里OH―浓度增大而呈碱性。

【板书】（1） 实验原理：

阳极(放电顺序：Cl―>OH―)：2Cl―-2e == Cl2 ↑ (氧化反应)

阴极(放电顺序：H＋>Na＋)：2H＋+2e==H2 ↑(还原反应)

总反应：2NaCl+2H2O2NaOH +H2↑+ Cl2↑

                          阴极         阳极

【注意】在学习电解食盐水的化学原理时，学生往往不容易理解碱为什么在阴极区生成。这点可以从H＋在阴极上大量被还原，从而引起水的电离平衡被破坏，来分析在阴极区积累大量OH―的理由。

【板书】（2）工业制备方法---离子交换膜法

【讲】由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。

将电解槽隔成阴极室和阳极室和阴极室，它只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl―、OH―)和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO 而影响烧碱的质量。

【讲】其原料粗盐中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42―等杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。

【投影】

【讲】除杂质时所加试剂的顺序要求是Na2CO3必须在BaCl2之后，加入盐酸在过滤之后。

【问】工业上为什么要对粗铜进行电解精炼呢？

【学生活动】指导学生查找阅读教材中相关内容，请学生代表回答。

【问】怎样利用电解的原理精炼粗铜呢？

【板书】2、电解精炼铜

粗铜作阳极，纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解液。

【投影】见下页

【学生活动】请学生讨论分析电解液中离子的种类，通电后溶液中离子的移动情况和阴极反应。

【学生总结】CuSO4溶液中有Cu2+、H+、SO42-、OH-等四种离子,通电后Cu2+、H+移向阴极，SO42-、OH-移向阳极，阴极上Cu2+放电变成Cu聚集在阴极板（精铜）上。

【板书】 阴极(精铜)：Cu2+＋2e－＝Cu

【讲】SO42-和OH-虽然移向了阳极，但是由于阳极板（粗铜）表面的Cu原子失电子能力强于二者，故阳极上Cu原子失电子被溶解。

【板书】阳极(粗铜)：Cu－2e－＝Cu2+

【问】粗铜中所含的杂质（如：Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）是如何除去的呢？

【讲】比铜活泼的金属杂质，在铜溶解的同时也会失电子形成金属阳离子而被溶解掉。如： Zn－2e－＝Zn2+；Ni－2e－＝Ni2+；由于这些离子比Cu2+难以还原，故它们不能在阴极上得电子析出而存留在溶液中。比铜不活泼的金属杂质，在铜失电子溶解时,不能失电子而溶解，故它们以单质形式沉积于电解槽底部，形成阳极泥。

【板书】比铜活泼的金属杂质——以阳离子形式留于溶液中

比铜不活泼的金属杂质——形成阳极泥

【投影】播放课前制作的多媒体课件,模拟电解精炼铜的过程中两极和电解液中离子的变化情况。

【问】请大家根据两极上所发生的主要反应分析电解精炼铜过程中的电解液有无变化。

【学生活动】学生分析、讨论并回答。

【板书】电解精炼铜过程中CuSO4溶液的浓度基本不变。

【过渡】以上我们学习了铜的电解精炼原理，下面我们再共同学习电解原理的另一个应用实例——电镀铜。

【板书】3、电镀铜

【问】什么是电镀？电镀的优点有哪些？

【学生活动】指导学生查找阅读教材中相关内容，请学生代表回答。

【板书】（1） 电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。

（2） 电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。

（3） 镀层金属：通常是在空气或溶液中不易起变化的金属，如Cr、Zn、Ag、Cu等

【讲】电镀时，把待镀金属制品作为阴极；把镀层金属作为阳极；用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液。通低压直流电，阳极金属在溶液中成为阳离子，移向阴极，在阴极获得电子被还原成金属，在待镀件表面上覆盖上一层均匀光洁而致密的镀层。

【讲】例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。。

【问】请大家根据电解精炼铜过程中所发生的两极反应，选择在铁制品上镀铜装置的阴极材料、阳极材料和电镀液。

【学生活动】学生分析、讨论并回答。

【板书】（4） 在铁制品上镀铜：阳极——铜

                           阴极——铁制品

                   电镀液——CuSO4溶液

原理：阳极(Zn)  Zn-2e==Zn2+

      阴极(Fe)  Zn2++2e == Zn

【讲】阳极的锌不断氧化成Zn2+进入溶液，阴极溶液中Zn2+被还原成锌镀层，因此电镀液中C(ZnCl2)保持不变。

【讲】电镀的特点是“一多、一少、一不变”。一多指阴极上有镀层金属沉积，一少指阳极上有镀层金属溶解，一不变指电解液浓度不变。

【讲】这里还需要我们注意的是，电镀生产过程中产生的废水、废气、废渣中含有多种对环境有害的物质，处理后应符合国家规定的排放标准，对其中的有用成分要回收利用。

【过】Na、Mg、Al等活泼金属都可用电解它们的熔融盐或氧化物制得。这种方法是利用电解法来冶炼活泼金属，我们将其称之为电冶金。

【板书】4、电冶金

（1）本质：利用电解使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来

（2） 适用范围：制取活泼金属单质，如电解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al

【小结】本节课我们学习了铜的电解精炼和电镀铜的知识，铜的电解精炼类似于“在铜上镀铜”，故掌握电镀的原理是本节的重点。下面请同学们根据所学知识填写课前所发放的表格。

【投影】原电池、电解池与电镀池的比较

板书设计：

二、电解原理的应用

1、电解饱和食盐水制烧碱、氢气和氯气

（1） 实验原理：

阳极(放电顺序：Cl―>OH―)：2Cl―-2e == Cl2 ↑ (氧化反应)

阴极(放电顺序：H＋>Na＋)：2H＋+2e==H2 ↑(还原反应)

总反应：2NaCl+2H2O2NaOH +H2↑+ Cl2↑

                       阴极         阳极

（2）工业制备方法---离子交换膜法

2、电解精炼铜

粗铜作阳极，纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解液。

阳极(粗铜)：Cu－2e－＝Cu2+

阴极(精铜)：Cu2+＋2e－＝Cu

比铜活泼的金属杂质——以阳离子形式留于溶液中

比铜不活泼的金属杂质——形成阳极泥

电解精炼铜过程中CuSO4溶液的浓度基本不变。

3、电镀铜

（1） 电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。

（2） 电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力、增加美观和表面硬度。

（3） 镀层金属：通常是在空气或溶液中不易起变化的金属，如Cr、Zn、Ag、Cu等

（4） 在铁制品上镀铜：阳极——铜

                   阴极——铁制品

           电镀液——CuSO4溶液

原理：阳极(Zn)  Zn-2e==Zn2+

      阴极(Fe)  Zn2++2e == Zn