第二单元 化学能与电能的转化 第4课时（导学案）化学苏教版2019选择性必修1

该高中化学导学案聚焦电解原理的应用，涵盖电冶金、氯碱工业、铜的电解精炼及电镀等核心内容，通过问题思考、探究与归纳总结，构建从电解原理到工业应用的递进学习支架，衔接离子反应、能量转化等前序知识。 以核心素养为导向，通过宏观现象与微观离子迁移分析（宏观辨识与微观探析），结合问题链建立电解应用思维模型（证据推理与模型认知），融入工业实例培养科学态度与社会责任，习题设计兼顾基础与综合，助力学生深化理解与科学思维提升。

第二单元 化学能与电能的转化 第4课时 电解原理的应用 一、知识目标 1.通过对电冶金、氯碱工业、电镀、铜的电解精炼等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化，掌握相关电极反应式和总反应式的书写。 2.了解离子交换膜的分类、性能和作用，掌握“隔膜”电解池的解题步骤。 3.理解电冶金、电解饱和食盐水、铜的电解精炼和电镀的工作原理及应用。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识电解原理在工业生产中的应用，从微观上理解离子在电极上的反应及离子交换膜对离子迁移的影响。 2.证据推理与模型认知：通过分析电解应用的实例，建立电解应用问题的分析思维模型，加深对电解原理的理解和应用。 3.科学态度与社会责任：了解电解原理在工业生产中的重要性，认识化学对社会发展的贡献，增强环境保护意识和可持续发展观念。 一、学习重点 1.电冶金、电解饱和食盐水、铜的电解精炼和电镀的原理及应用。 2.离子交换膜的作用。 二、学习难点 1.电解应用问题分析思维模型的建立。 2.离子交换膜在电解过程中的作用及相关计算。 1．电极反应和电解反应 (1)阳极：优先放电的离子：Cl-，电极反应式：2Cl--2e-===Cl2↑，反应类型：氧化反应。 (2)阴极：优先放电的离子：H2O电离出的H+，电极反应式：2H2O+2e-===H2↑+2OH- ，反应类型：还原反应。 (3)电解方程式：2NaCl+2H2OH2↑+2NaOH+Cl2↑。 2．电解饱和食盐水的工作原理 (1)电解过程中，阳极室Cl-离子浓度减小，Na+离子通过阳离子交换膜进入阴极室，NaCl溶液浓度变小；阴极室OH-离子浓度增大，形成NaOH浓溶液。 (2)阳极产物为Cl2，阴极产物为：NaOH、H2。 (3)阳离子交换膜的作用 ①防止阴极区的OH-进入阳极区，OH-与Cl2的反应方程式为Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。 ②防止H2与Cl2混合发生爆炸。 （一）电冶金 问题思考 1.为什么钾、钙、钠、镁、铝等活泼金属要用电解法来冶炼？ 2.写出电解熔融态氯化钠时，阳极、阴极的电极反应式以及总反应式。 答案：阳极：；阴极：；总反应：。 问题探究 3.写出电解熔融态氯化镁和氧化铝的电极反应式和总反应式。 4.工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用？冰晶石的作用是什么？ 归纳总结 电冶金是制取活泼金属的重要方法，不同金属的冶炼选择不同的电解质，同时要注意一些辅助物质的作用。 （二）电解饱和食盐水 问题思考 1.已知电解饱和食盐水时，在氯化钠溶液中存在、、和，哪些离子优先在电极上发生反应，并写出阴极和阳极的电极反应式。 · 答案：阳极上优先发生反应，阴极上优先发生反应。阳极：；阴极：。 2.电解池的阴极区和阳极区用阳离子交换膜隔开，使得阴极区的不能进入阳极区。电解饱和食盐水时为什么要阻止阴极区的进入阳极区？ · 答案：因为会与发生反应：，这样会降低氯气的产量，同时也会生成杂质。 #### 归纳总结 阳离子交换膜的作用：①防止阴极区的进入阳极区发生副反应；②防止与混合发生爆炸。把电解饱和食盐水生产氯气、氢气和氢氧化钠的工业生产叫做氯碱工业。 （三）铜的电解精炼 问题思考 1.铜的电解精炼时，电解池的构成是怎样的，阳极和阴极分别是什么，电解质溶液是什么？ · 答案：阳极是粗铜（含有铁、锌、银、金等多种杂质），阴极是纯铜，电解质溶液是硫酸酸化的硫酸铜溶液。 2.写出阳极和阴极的电极反应式。 · 答案：阳极反应式：、、等，不如铜活泼的银、金等在阳极沉积下来，形成阳极泥。阴极反应式：。 3.电解完后，溶液的浓度有何变化？阴极增重与阳极减重相等吗？ · 答案：（1）电解质溶液的浓度不断减小，因为阳极上除了铜失电子，还有比铜活泼的金属失电子，而阴极上只有得电子，所以溶液中浓度减小；（2）阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等，因为阳极上有其他金属溶解，且有阳极泥生成。 #### 归纳总结 铜的电解精炼是通过电解的方法将粗铜提纯的过程，要注意电极材料、电极反应以及溶液浓度的变化等问题。 （四）电镀 问题思考 1.什么是电镀，电镀的目的是什么？ · 答案：应用电解的原理在某些金属或其他材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程叫做电镀。电镀的目的：①提升美观和增加表面硬度；②增强材料的抗腐蚀能力，防止金属氧化。 2.电镀池的构成是怎样的呢？ · 答案：①阳极：镀层金属，通常是一些在空气中或溶液里不易被腐蚀的金属或合金，如铬、镍、银、铜等；②阴极：待镀金属制品，也叫镀件；③电镀液：含有镀层金属离子的溶液。 3.以铁钉镀锌为例，实验需要准备哪些仪器和药品，以及实验的操作步骤是怎样的？ · 答案： · 实验准备：仪器：托盘天平、烧杯、试管、玻璃棒、镊子、药匙、导线、细砂纸、直流电源（6 - 9 V）。药品和试剂：铁钉、锌片、溶液、浓盐酸、、、硼酸、浓硝酸、蒸馏水。 · 实验操作： · 电镀液配制：依次向烧杯中加入蒸馏水、、、硼酸，搅拌使固体溶解，调节溶液的为5 - 6。 · 镀件的处理：铁钉依次用细砂纸打磨、溶液浸泡、浓盐酸浸泡、稀硝酸浸泡，并洗净。 · 电镀操作：用烧杯作电镀槽，加入电镀液，用锌片作阳极，铁钉作阴极，接通的直流电源，电镀，观察并记录现象。 4.预测以铁钉镀锌为例的实验现象，并写出阳极和阴极的电极反应式。 · 答案：实验现象：锌片逐渐溶解，铁钉表面逐渐覆盖一层银白色镀层。阳极：；阴极：。 5.在电解前后电镀液的浓度是否改变？阴极增加的质量与阳极减少的质量是否相等？ · 答案：电极反应式为：阴极：；阳极：。故含锌离子的溶液浓度不变，且阴极增重 = 阳极减重（以铁钉镀锌为例）。 #### 归纳总结 电镀是利用电解原理在金属表面镀上一层其他金属或合金的工艺，要注意电镀池的构成、电极反应以及电镀液浓度等问题。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二单元 化学能与电能的转化 第4课时 电解原理的应用 一、知识目标 1.通过对电冶金、氯碱工业、电镀、铜的电解精炼等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化，掌握相关电极反应式和总反应式的书写。 2.了解离子交换膜的分类、性能和作用，掌握“隔膜”电解池的解题步骤。 3.理解电冶金、电解饱和食盐水、铜的电解精炼和电镀的工作原理及应用。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识电解原理在工业生产中的应用，从微观上理解离子在电极上的反应及离子交换膜对离子迁移的影响。 2.证据推理与模型认知：通过分析电解应用的实例，建立电解应用问题的分析思维模型，加深对电解原理的理解和应用。 3.科学态度与社会责任：了解电解原理在工业生产中的重要性，认识化学对社会发展的贡献，增强环境保护意识和可持续发展观念。 一、学习重点 1.电冶金、电解饱和食盐水、铜的电解精炼和电镀的原理及应用。 2.离子交换膜的作用。 二、学习难点 1.电解应用问题分析思维模型的建立。 2.离子交换膜在电解过程中的作用及相关计算。 1．电极反应和电解反应 (1)阳极：优先放电的离子：Cl-，电极反应式：2Cl--2e-===Cl2↑，反应类型：氧化反应。 (2)阴极：优先放电的离子：H2O电离出的H+，电极反应式：2H2O+2e-===H2↑+2OH- ，反应类型：还原反应。 (3)电解方程式：2NaCl+2H2OH2↑+2NaOH+Cl2↑。 2．电解饱和食盐水的工作原理 (1)电解过程中，阳极室Cl-离子浓度减小，Na+离子通过阳离子交换膜进入阴极室，NaCl溶液浓度变小；阴极室OH-离子浓度增大，形成NaOH浓溶液。 (2)阳极产物为Cl2，阴极产物为：NaOH、H2。 (3)阳离子交换膜的作用 ①防止阴极区的OH-进入阳极区，OH-与Cl2的反应方程式为Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。 ②防止H2与Cl2混合发生爆炸。 （一）电冶金 问题思考 1.为什么钾、钙、钠、镁、铝等活泼金属要用电解法来冶炼？ 答案：因为这些金属的活动性很强，难以用还原剂将它们从其化合物中还原出来，所以采用电解法。 2.写出电解熔融态氯化钠时，阳极、阴极的电极反应式以及总反应式。 答案：阳极：；阴极：；总反应：。 问题探究 3.写出电解熔融态氯化镁和氧化铝的电极反应式和总反应式。 答案：电解熔融态氯化镁：阳极：；阴极：；总反应：。 电解熔融态氧化铝：阳极：；阴极：；总反应：。 4.工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用？冰晶石的作用是什么？ 答案：为共价化合物，在熔融状态下不电离出离子，不能导电，不能被电解；冰晶石（）是助熔剂，能降低的熔点，从而降低成本。 归纳总结 电冶金是制取活泼金属的重要方法，不同金属的冶炼选择不同的电解质，同时要注意一些辅助物质的作用。 （二）电解饱和食盐水 问题思考 1.已知电解饱和食盐水时，在氯化钠溶液中存在、、和，哪些离子优先在电极上发生反应，并写出阴极和阳极的电极反应式。 · 答案：阳极上优先发生反应，阴极上优先发生反应。阳极：；阴极：。 2.电解池的阴极区和阳极区用阳离子交换膜隔开，使得阴极区的不能进入阳极区。电解饱和食盐水时为什么要阻止阴极区的进入阳极区？ · 答案：因为会与发生反应：，这样会降低氯气的产量，同时也会生成杂质。 #### 归纳总结 阳离子交换膜的作用：①防止阴极区的进入阳极区发生副反应；②防止与混合发生爆炸。把电解饱和食盐水生产氯气、氢气和氢氧化钠的工业生产叫做氯碱工业。 （三）铜的电解精炼 问题思考 1.铜的电解精炼时，电解池的构成是怎样的，阳极和阴极分别是什么，电解质溶液是什么？ · 答案：阳极是粗铜（含有铁、锌、银、金等多种杂质），阴极是纯铜，电解质溶液是硫酸酸化的硫酸铜溶液。 2.写出阳极和阴极的电极反应式。 · 答案：阳极反应式：、、等，不如铜活泼的银、金等在阳极沉积下来，形成阳极泥。阴极反应式：。 3.电解完后，溶液的浓度有何变化？阴极增重与阳极减重相等吗？ · 答案：（1）电解质溶液的浓度不断减小，因为阳极上除了铜失电子，还有比铜活泼的金属失电子，而阴极上只有得电子，所以溶液中浓度减小；（2）阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等，因为阳极上有其他金属溶解，且有阳极泥生成。 #### 归纳总结 铜的电解精炼是通过电解的方法将粗铜提纯的过程，要注意电极材料、电极反应以及溶液浓度的变化等问题。 （四）电镀 问题思考 1.什么是电镀，电镀的目的是什么？ · 答案：应用电解的原理在某些金属或其他材料表面镀上一薄层其他金属或合金的过程叫做电镀。电镀的目的：①提升美观和增加表面硬度；②增强材料的抗腐蚀能力，防止金属氧化。 2.电镀池的构成是怎样的呢？ · 答案：①阳极：镀层金属，通常是一些在空气中或溶液里不易被腐蚀的金属或合金，如铬、镍、银、铜等；②阴极：待镀金属制品，也叫镀件；③电镀液：含有镀层金属离子的溶液。 3.以铁钉镀锌为例，实验需要准备哪些仪器和药品，以及实验的操作步骤是怎样的？ · 答案： · 实验准备：仪器：托盘天平、烧杯、试管、玻璃棒、镊子、药匙、导线、细砂纸、直流电源（6 - 9 V）。药品和试剂：铁钉、锌片、溶液、浓盐酸、、、硼酸、浓硝酸、蒸馏水。 · 实验操作： · 电镀液配制：依次向烧杯中加入蒸馏水、、、硼酸，搅拌使固体溶解，调节溶液的为5 - 6。 · 镀件的处理：铁钉依次用细砂纸打磨、溶液浸泡、浓盐酸浸泡、稀硝酸浸泡，并洗净。 · 电镀操作：用烧杯作电镀槽，加入电镀液，用锌片作阳极，铁钉作阴极，接通的直流电源，电镀，观察并记录现象。 4.预测以铁钉镀锌为例的实验现象，并写出阳极和阴极的电极反应式。 · 答案：实验现象：锌片逐渐溶解，铁钉表面逐渐覆盖一层银白色镀层。阳极：；阴极：。 5.在电解前后电镀液的浓度是否改变？阴极增加的质量与阳极减少的质量是否相等？ · 答案：电极反应式为：阴极：；阳极：。故含锌离子的溶液浓度不变，且阴极增重 = 阳极减重（以铁钉镀锌为例）。 #### 归纳总结 电镀是利用电解原理在金属表面镀上一层其他金属或合金的工艺，要注意电镀池的构成、电极反应以及电镀液浓度等问题。 / 学科网（北京）股份有限公司 $