4.2.2電解池原理應(yīng)用（導(dǎo)學(xué)案）高二化學(xué)（人教版2019選擇性必修1）（原卷版）

第四章《化學(xué)反應(yīng)與電能》導(dǎo)學(xué)案第二節(jié)電解池第二課時(shí)電解池原理的應(yīng)用【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.能說(shuō)出電解飽和食鹽水、電鍍、電解精煉銅以及電冶金等電解原理的應(yīng)用；2.知道電解在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存能量中的具體應(yīng)用；3.會(huì)書(shū)寫(xiě)有關(guān)電解原理的應(yīng)用的電極反應(yīng)式及化學(xué)方程式；【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】1.掌握電解飽和食鹽水的原理。(重點(diǎn))2.了解電鍍、金屬精煉、電冶金等方面的應(yīng)用。(重點(diǎn))【舊知回顧】電解池原理1.電解：使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)，而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程。電解過(guò)程可以看作外接電源提供的電能，借助電解池將還原劑的電子轉(zhuǎn)移給了氧化劑。2.電解池（電解槽）：把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置。3.陰陽(yáng)極的判斷：4.陰陽(yáng)極離子放電規(guī)律（惰性電極）陽(yáng)極：失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)—比較——還原性(失電子能力）強(qiáng)弱陰離子的放電順序是：S2>SO32>I>Br>Cl>OH>NO3>SO42(等含氧酸根離子）>F陰極：得電子，發(fā)生還原反應(yīng)—比較——氧化性(得電子能力）強(qiáng)弱陽(yáng)離子在陰極上放電順序是：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+【課中探究】情境導(dǎo)入：電解飽和食鹽水在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用我們熟悉的氯氣、燒堿（氫氧化鈉）以及氯化氫的化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門不可或缺的重要材料。這些原料在工業(yè)上可以通過(guò)電解飽和食鹽水制得。1.NaOH是玻璃、肥皂、紡織工業(yè)上的重要原料。紡織肥皂玻璃紡織肥皂玻璃2.Cl2是合成橡膠、鹽酸、漂白產(chǎn)品上的重要原料。一、氯堿工業(yè)活動(dòng)一、電解飽和食鹽水實(shí)驗(yàn)（無(wú)離子交換膜）任務(wù)1：引導(dǎo)學(xué)生思考電解飽和食鹽水原理?！居懻?】用電解飽和食鹽水的方法來(lái)制取氫氧化鈉、氫氣和氯氣，用學(xué)習(xí)過(guò)的電解池知識(shí)構(gòu)建模型?！敬痤}要點(diǎn)】1.分析溶液中存在的離子，且明確離子移動(dòng)的方向；①溶液中存在的離子：Na+、H+、Cl－、OH－②陰離子（Cl－、OH－）→陽(yáng)極；陽(yáng)離子Na+、H+→陰極2.比較陰陽(yáng)極的離子放電順序①陽(yáng)極：Cl－＞OH陰極：H+＞Na+任務(wù)2：引導(dǎo)學(xué)生書(shū)寫(xiě)電解飽和食鹽水的電極反應(yīng)式，并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；電解【答題要點(diǎn)】陽(yáng)極2Cl－－2e－=Cl2↑陰極2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－電解總電極反應(yīng)式：2NaCl＋2H2O==Cl2↑＋H2↑＋2NaOH【討論1】若在兩電極附近滴加酚酞試液，會(huì)有什么現(xiàn)象?【答題要點(diǎn)】陰極試液變紅！陽(yáng)極無(wú)明顯變化！【討論2】能否用該電解池制備Cl2、H2和NaOH？【答題要點(diǎn)】1.電解產(chǎn)生的Cl2接觸NaOH溶液(會(huì)反應(yīng))，使產(chǎn)品不純；同時(shí)生成物H2和Cl2混合，容易引起爆炸。2.Cl2接觸NaOH溶液反應(yīng)：Cl2+2OH===ClO+Cl+H2O3.解決這類問(wèn)題，需要阻止Cl2與2OH相互接觸。活動(dòng)二、離子交換膜的學(xué)習(xí)任務(wù)1：分組討論離子交換膜的功能及特點(diǎn)【答題要點(diǎn)】1.離子交換膜是一類高分子膜，它能選擇性地使物質(zhì)通過(guò)。陽(yáng)離子能通過(guò)陽(yáng)離子交換膜，而陰離子則不能通過(guò)。2.離子交換膜結(jié)構(gòu)示意圖：①只允許Na＋等陽(yáng)離子通過(guò)，不允許Cl－、OH－等陰離子及氣體分子通過(guò)。②防止陰極產(chǎn)生的氫氣與陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣混合發(fā)生爆炸，也能避免氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氧化鈉反應(yīng)而影響氫氧化鈉的產(chǎn)量和質(zhì)量。任務(wù)2：總結(jié)離子交換膜的作用【答題要點(diǎn)】(1)隔離某些物質(zhì)，防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；(2)能選擇性的通過(guò)離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用；(3)用于物質(zhì)的制備（電解后溶液陰極區(qū)或陽(yáng)極區(qū)得到所制備的物質(zhì)）；(4)用于物質(zhì)的分離、提純。任務(wù)3：老師總結(jié)常見(jiàn)的離子交換膜【答題要點(diǎn)】(1)陽(yáng)離子交換膜，只允許陽(yáng)離子通過(guò)，不允許陰離子通過(guò)。(2)陰離子交換膜，只允許陰離子通過(guò)，不允許陽(yáng)離子通過(guò)。(3)質(zhì)子交換膜，只允許H＋通過(guò)，不允許其他陽(yáng)離子和陰離子通過(guò)。(4)雙極膜(由一張陽(yáng)膜和一張陰膜復(fù)合制成的陰、陽(yáng)復(fù)合膜)，雙極膜中間層的H＋在直流電場(chǎng)作用下移向陰極，OH－移向陽(yáng)極。【總結(jié)】教師總結(jié)氯堿工業(yè)產(chǎn)品及其應(yīng)用【對(duì)應(yīng)練習(xí)1】關(guān)于電解NaCl水溶液，下列敘述正確的是()A．電解時(shí)在陽(yáng)極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉B．若在陽(yáng)極附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色C．若在陰極附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈無(wú)色D．電解一段時(shí)間后，將全部電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到燒杯中充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行浴緦?duì)應(yīng)練習(xí)2】如圖所示，用石墨電極電解飽和食鹽水，下列說(shuō)法不正確的是（）A.a極是陽(yáng)極B.通電使NaCl發(fā)生電離C.Na＋、H＋向b極移動(dòng)D.a極產(chǎn)生黃綠色氣體【對(duì)應(yīng)練習(xí)3】高氯酸在化工生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用，工業(yè)上以NaClO4為原料制備高氯酸的原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是（）A.上述裝置中，f極為光伏電池的正極B.陰極反應(yīng)式為2H2O－4e－4H＋＋O2C.d處得到較濃的NaOH溶液，c處得到HClO4D.若轉(zhuǎn)移2mol電子，理論上生成100.5gHClO4二、電鍍池【導(dǎo)入】生活中有好多金屬需要有鍍層的，工業(yè)上是防腐作用，但是也有些不法分子是以假充真，比如生活中一些商家會(huì)用銅鍍金來(lái)欺騙?；顒?dòng)一、學(xué)習(xí)電鍍?cè)?，設(shè)計(jì)電鍍池任務(wù)1：在鐵制品上鍍上銅，該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？【問(wèn)題】什么是電鍍？電鍍要實(shí)現(xiàn)的目的什么？【答題要點(diǎn)】定義：利用電解原理在某些金屬的表面鍍上一薄層其它金屬或合金的加工工藝；目的：使金屬增強(qiáng)抗腐蝕的能力，增加美觀和表面硬度。任務(wù)2：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—鐵制品上鍍上銅【答題要點(diǎn)】要點(diǎn)1：電鍍材料的選擇：陰極——鍍件；陽(yáng)極——鍍層金屬；電鍍液——含有鍍層金屬離子的溶液；要點(diǎn)2：裝置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)3：電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)陰極：Cu2++2e=Cu；陽(yáng)極：Cu2e=Cu2+【老師總結(jié)】1.鍍層金屬通常是一些在空氣中或溶液里不易起變化的金屬(Cu、Ni、Zn、Ag)和合金。2.電鍍的特點(diǎn)：①陽(yáng)極本身參加電極反應(yīng)②電解質(zhì)溶液的濃度保持不變3.技巧總結(jié)電鍍過(guò)程中的“一多，一少，一不變”：“一多”指陰極上有鍍層金屬沉積；“一少”指陽(yáng)極上有鍍層金屬溶解；“一不變”指電鍍液(電解質(zhì)溶液)的濃度不變。任務(wù)3：【自主學(xué)習(xí)】設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案—湯匙上如何鍍銀【學(xué)習(xí)反饋】陰極——鍍件（湯匙）陽(yáng)極——鍍層金屬（銀）電鍍液——含有鍍層金屬離子的溶液（含Ag+）電極反應(yīng)式：陽(yáng)極：Ag－e－=Ag+陰極：Ag++e－=Ag【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練4】若在鐵片上鍍鋅，以下敘述錯(cuò)誤的是A．把鐵片與電源的正極相連B．電解質(zhì)必須用含有鋅離子的可溶性鹽C．鋅極發(fā)生氧化反應(yīng)D．鐵極的電極反應(yīng)式為Zn2++2e=Zn【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練5】下列描述中，不符合生產(chǎn)實(shí)際的是A．電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽(yáng)極B．電解法精煉粗銅，用純銅作陰極C．電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極D．在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽(yáng)極三、精煉銅活動(dòng)一、粗銅中含雜質(zhì)(Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行粗銅提純?nèi)蝿?wù)1：粗銅提純裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【答題要點(diǎn)】電極的選擇：陽(yáng)極—粗銅；陰極—純銅；電解質(zhì)溶液—含有Cu2+的溶液，如CuSO4溶液；任務(wù)2：陽(yáng)極中雜質(zhì)金屬活潑性如何？將如何反應(yīng)？【答題要點(diǎn)】1.比銅活潑的金屬：Zn–2e=Zn2+Fe–2e=Fe2+Ni–2e=Ni2+2.不及銅活潑的貴重金屬（銀、金等）沉入槽底形成陽(yáng)極泥。3.銅：Cu–2e=Cu2+【問(wèn)題】電解一段時(shí)間后，溶液濃度如何變化？【學(xué)生】電解質(zhì)溶液中CuSO4的濃度變小【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練6】利用電解原理，在鐵皮表面鍍一層鋅的有關(guān)敘述正確的是（）A.用可溶性鐵鹽作電解質(zhì)B.鋅元素既被氧化又被還原C.鐵為負(fù)極，鋅為正極D.鐵為陽(yáng)極，鋅為陰極【對(duì)應(yīng)訓(xùn)練47】利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純，下列敘述正確的是（）A.電解時(shí)以純銅作陽(yáng)極B.電解時(shí)陰極發(fā)生氧化反應(yīng)C.粗銅連接電源負(fù)極，其電極反應(yīng)式是Cu－2e－Cu2D.電解后，電解槽底部會(huì)形成含少量Ag、Pt等金屬的陽(yáng)極泥四、金屬的冶煉活動(dòng)一、思考生活、工業(yè)中的金屬是如何提煉【講解】原理：使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來(lái)。Mn++ne＝M【問(wèn)題1】回憶金屬活動(dòng)順序，思考活潑金屬如何提煉？【答題要點(diǎn)】1.K、Ca、Na、Mg、Al等金屬的還原性很強(qiáng),因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來(lái),只能用電解其化合物熔融狀態(tài)方法來(lái)冶煉.如工業(yè)冶煉NaCl→NaMgCl2→MgAl2O3→Al；【總結(jié)】圖示法總結(jié)金屬冶煉方法規(guī)律：【正誤判斷】(1)電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁,用鐵作陽(yáng)極。()(2)鐵器上鍍銅所用電解質(zhì)溶液為FeSO4溶液。()(3)電鍍銅和電解精煉銅時(shí)，電解質(zhì)溶液中c(Cu2＋)均保持不變。()(4)電解冶煉鎂、鋁通常電解MgCl2和Al2O3，也可以電解MgO和AlCl3。()課后作業(yè)練習(xí)【例1】下列描述中，不符合生產(chǎn)實(shí)際的是()A．電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽(yáng)極B．電解法精煉粗銅，用純銅作陰極C．電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極D．在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽(yáng)極【例2】中學(xué)階段介紹的應(yīng)用電解法制備物質(zhì)主要有三種：一是鋁的工業(yè)制備，二是氯堿工業(yè)，三是金屬鈉的制備。下列關(guān)于這三種工業(yè)生產(chǎn)的描述中正確的是()A．電解法制金屬鈉時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)式：Na＋＋e－=NaB．電解法生產(chǎn)鋁時(shí)，需對(duì)鋁土礦進(jìn)行提純，在提純過(guò)程中應(yīng)用了氧化鋁或氫氧化鋁的兩性C．在氯堿工業(yè)中，電解池中的陰極產(chǎn)生的是H2，NaOH在陽(yáng)極附近產(chǎn)生D．氯堿工業(yè)和金屬鈉的冶煉都用到了NaCl，在電解時(shí)它們的陰極都是Cl－失電子【例3】利用電解原理，在鐵皮表面鍍一層鋅的有關(guān)敘述正確的是（）A.用可溶性鐵鹽作電解質(zhì)B.鋅元素既被氧化又被還原C.鐵為負(fù)極，鋅為正極D.鐵為陽(yáng)極，鋅為陰極【例4】下列化工生產(chǎn)原理錯(cuò)誤的是（）①可以用電解熔融氯化鈉的方法來(lái)制取金屬鈉②將鈉加入氯化鎂飽和溶液中制取鎂③用電解法冶煉鋁時(shí)，原料可選用氯化鋁④濕法煉銅是用鋅和硫酸銅溶液反應(yīng)置換出銅A.②③B.①③C.①②③D.②③④【例5】在如圖所示的裝置中，通電5min后，銅電極的質(zhì)量增加2.16g。試回答下列問(wèn)題：（1）電源中X極為直流電源的極。

（2）溶液pH的變化情況：A，B，C。（填“增大”“減小”或“不變”）

（3）通電5min后，B裝置中共收集2