专题一 第三节 电解与电镀（教学设计）-【中职专用】高中化学同步精品课堂（高教版2023·加工制造类）

专题一 电化学基础与金属防护 第三节 电解与电镀 （教学设计） 课程标准 1.了解电解的工作原理，认识电解在实现物质转化和能量储存中的具体应用； 2.了解电镀的工作原理，认识电镀在生产、生活中的应用； 3.了解电镀废水对环境的影响 教学目标 1.通过电解的工作原理、电解在实现物质转化和能量储存中的具体应用，培养学生宏观辨识和微观探析、实验探究与创新意识等化学学科核心素养； 2.通过电镀的工作原理、电镀废水对环境的影响，培养学生现象观察与规律认知、科学态度与社会责任等化学学科核心素养 教学过程 【创设情境，生成问题】 氯气是一种重要的化工原料，工业上一般用氯碱工业装置制取氯气和氢氧化钠，你知道其中的化学原理吗？ 【观察与认知】 [实验探究] (1)如图T1-3-2所示，在装有氯化铜溶液的U形管中插入两支石墨电极，接通直流电源。观察两支电极上的现象，填写表T1-3-1。 (2)通电一段时间后，用润湿的淀粉碘化钾试纸置于U形管的上口，观察试纸颜色变化，并记录。 (3)根据实验现象，分析得到哪些产物。 [探究结果] 如图T1-3-2所示，接通电源后，与电源正极相连的石墨棒上有气体产生，另一支石墨棒上有物质析出。经过观察和试纸检验，所生成的气体是氯气，析出的物质是金属铜。这说明通电后，两支石墨电极上发生了化学反应。 表T1-3-1 电极 石墨（左侧） 石墨（右侧） 现象 有红色固体析出 有气泡产生 润湿的淀粉碘化钾试纸 无现象 变蓝 产物 Cu Cl2 【新课讲授】 一、电解 1.电解池 (1) 电流通过电解质溶液，发生氧化还原反应的过程称为电解。 (2) 电解是将电能转化为化学能的过程，用于电解的装置称为电解池 (槽)。 (3) 电解池也有两极。与电源正极相连的电极为阳极，阳极发生的是失电子的氧化反应；与电源负极相连的电极为阴极，阴极发生的是得电子的还原反应。 [实验探究] ①在装有氯化钠溶液的U形管中插入两支石墨电极，接通直流电源。观察两支电极上的现象，并填写表T1-3-2。 ②通电一段时间后，用润湿的淀粉碘化钾试纸分别置于U形管的两边管口，观察试纸颜色变化，并记录。 ③往U形管的两边管口各滴入3滴酚酞指示剂，观察溶液的颜色变化，并记录。 [实验装置] [实验现象] 表T1-3-2 电极 石墨（阳极） 石墨（阴极） 通电后现象 有气泡产生 有气泡产生 润湿的淀粉碘化钾试纸 变蓝 \ 滴入酚酞 溶液变红 产物 Cl2 H2 [探究结果] ① 接通直流电源后两支电极上都有气体产生。 ② 阳极上产生的气体是氯气：2Cl--2e-==Cl2↑（氧化反应） 阴极上产生的气体是氢气：2H++2e-==H2↑ （还原反应） ③ 阴极附近溶液呈碱性，有氢氧化钠生成。 【新课讲授】 一、电解 2.电极反应 [电解饱和食盐水原理分析] 通电前：NaCl =Na+ + Cl- H2O H+ + OH- 通电时： 阴极——还原反应 放电顺序：H+ ＞Na+ 2H2O＋2e－==H2↑+2OH－ 阳极——氧化反应 放电顺序：Cl- ＞OH- 2Cl--2e-==Cl2↑ 离子方程式： 属于电解水和电解质类型的电解池 [电解饱和食盐水装置改进] 阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl－、OH－离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。 离子交换膜的作用： a、防止氢气和氯气混合；b、避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，而影响氢氧化钠的产量。 [学以致用] 现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽，用氯碱工业中的离子交换膜技术原理，可电解Na2SO4溶液生产NaOH溶液和H2SO4溶液。下列说法中正确的是（ ） A．阳极反应式为2H++2e-=H2↑ B．从A口出来的是H2SO4溶液 C．a是阳离子交换膜，允许H+通过 D．E、G处加入的物质均为H2O 3、电解原理的应用 电解原理在工业生产中有广泛应用，如金属冶炼、金属精炼、化工原料的生产制备、电镀、工业废水处理等 (1)氯碱工业 工业上通过电解饱和食盐水制取氢氧化钠、氯气和氢气等化工产品。这是电化学工业中氯碱工业最主要的反应。 (2)电冶金 采用电解熔融金属化合物可制取活泼金属单质，如Na、Ca、Mg、A1等金属的制备。活泼金属的阳离子不能被普通的还原剂还原，电解法几乎是工业上制取活泼金属单质唯一可行的方法。 (3)电解精炼 电解精炼是提纯金属的一种方法。以精炼铜为例，粗铜作阳极，精铜作阴极，硫酸铜溶液为电解质溶液。铜从阳极溶解，在阴极沉淀。粗铜中的不活泼的杂质不溶解，成为阳极泥沉落于电 解槽底部，活泼的杂质虽然在阳极溶解，但不能在阴极沉淀。因此，通过电解阴极可以得到纯度很高的铜。 (4)金属防护 电泳、阳极极化等利用电解原理进行金属表面处理的工艺可以让金属提升防腐蚀能力，更好地保护金属。通过电解可以实现物质转化，也可以利用电解将电能以化学能的形式储存起来。手机、笔记本计算机、电动自行车等二次电池的充电过程，铅蓄电池作为风力发电的储能设备，都是利用电解将电能转化为化学能的过程。此外，电解原理也用于工业废水的处理。 【观察与认知】 组装一个简易电镀装置：铁钉与电源负极相连，铜片与电源正极相连，铁钉和铜片平行放置在硫酸铜溶液中。接通电源，你能观察到什么现象？反应一段时间后，断开电源，取下铜片和铁钉，你又能观察到什么现象？ [探究结果] (1)接通电源之后，铜片逐渐溶解，铁钉上有金属铜析出，铜为阳极，被氧化为Cu2+进入溶液（铜片溶解），溶液中Cu2+在阴极被还原成金属铜附着在铁钉上，完成铁钉镀铜。 (2)电镀结束后，取下铁钉观察，发现铁钉上的铜并不均匀，并且松散，很容易从铁钉上脱落。在实际的工业生产中，为了得到均匀、光洁、致密的镀层，需要在电镀前对镀件进行抛光、脱脂除油、酸洗活化等预处理，并向电镀液中加入各种助剂。 【新课讲授】 二、电镀 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方法。 电镀是重要的现代加工技术，其主要目的是增强金属的抗腐蚀性能、增加表面硬度和改善金属外观。 1、电镀原理 (1)在实际的工业生产中，为了得到均匀、光洁、致密的镀层，需要在电镀前对镀件进行抛光、脱脂除油、酸洗活化等预处理，并向电镀液中加入各种助剂。 (2)通常以镀层金属作阳极，含镀层金属离子的溶液作电镀液，待镀工件作阴极。 (3)镀层的质量受到电镀液浓度、pH、温度、电流密度、配位剂的使用等电镀条件的影响。 (4)镀层金属通常为较稳定的金属或在空气中能形成致密保护膜的金属。 2.电镀废水的危害 (1)电镀生产过程中会产生大量废水，如废电镀液、镀件清洗废水、设备清洗废水等。 (2)这些废水中可能含有铬、镍、铜、镉、锌等重金属以及氰化物、酸、碱、光亮剂、添加剂等有毒有害污染物。 (3)若不经处理直接排放，将对周边的土壤、水域及空气造成污染，甚至可能引起人畜急性中毒致死，对环境危害极大。 (4)电镀废水必须经过严格处理，达到国家规定的排放标准后才允许排放。 (5)努力发展电镀废水的闭路循环无排放技术，争取从源头减少污染的排放量，降低环保投资和运行成本。 【拓展延伸】 绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学，其核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。原子经济性和“5R”原则是绿色化学的核心内容。 原子经济性是指最大限度地利用原料中的每个原子，使之结合到目标产物中，减少反应产生的废弃物，从而减少对环境造成的污染。 “5R”原则指：Reduction，减量使用原料，减少实验废弃物的产生和排放；Reuse，循环使用、重复使用；Recycling，回收，实现资源的回收利用；Regeneration，再生，变废为宝；Rejection，拒用有毒有害品。 【练一练】 1.电解CuCl2与NaCl的混合溶液(惰性电极)，阴极上和阳极上最先析出的物质为（ ） A．H2和Cl2 B．Cu和Cl2 C．H2和O2 D．Cu和O2 2.若在铁片上镀锌,以下叙述错误的是(　　) A.把铁片与电源的正极相连 B.电解质必须用含有锌离子的可溶性盐 C.锌极发生还原反应 D.铁极的电极反应式为Zn2+ +2e-==Zn 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！8 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$