第三单元 金属的腐蚀与防护课堂实录

电化学专题复习——电解原理及其应用

浙江省磐安中学 韦琴琴

一、教学目标

【知识与技能】

1.通过本次学习了解电解池的构成条件，理解电解原理及其应用——氯碱工业、电解精炼、电镀。

2.通过对实验现象的观察、分析和推理，培养学生的实验能力、观察能力、思维能力。

【过程与方法】

1.通过三组对比来复习电解池的构成条件以及对电极材料不同对电极反应的影响。

2.通过演示实验让学生理解阳极的电极材料对电极反应的影响，并以此来解决电解精炼和电镀时两极材料的选择。

3.通过作图分析理解电解原理，加深学生对抽象的理论的理解。

【情感态度与价值观】

渗透由现象看本质、由个别到一般、由一般到特殊的辩证唯物主义观点。

二、教学重难点

【教学重点】电解原理和以电解饱和食盐水为例得出惰性电极作阳极时的电解的一般规律。

【教学难点】理解电解原理以电解饱和食盐水、电解精炼、电镀中非惰性电极时电解产物的判断。

三、

教学准备

饱和食盐水，U型管1只，铁钉、石墨电极各1个，学生电源，带铁夹的铁架台，灵敏检流计，鳄鱼夹导线若干。

四、教学过程

通过前面的学习我们知道电化学中有两个非常重要的装置，分别是原电池和电解池。今天我们在深入地来破解一下电解池的相关知识。

【新课展开】

【大家来找茬】

第一组：电化学装置的判断——复习电解池的构成条件

两装置中，左边为原电池，右边为电解池，依据是有无外接直流电源，这是区别原电池和电解池的关键。这也是电解池的构成条件之一。左池的原电池发生的是吸氧腐蚀，发生的电极反应式：负极（Fe）: Fe-2e-= Fe,正极（C）：O2+2H2O+4e-=4OH。如何快速又直观地证明这是一个原电池？（利用灵敏检流计，若是原电池则会有电流产生，指针会发生偏转。）

【演示实验】：左池：吸氧腐蚀实验，并用灵敏检流计检测电流。

现象：灵敏检流计指针发生偏转，说明左池为原电池。

电解池的构成条件除了有无外接直流电源外，还需哪些其他条件呢？

结合电解池装置图复习电解池的构成条件: ①外加直流电源——区别电解池和原电池的重要标志

②有两个电极（阴阳两极）——两电极活动性可以相同也可以不同

电解池两极名称取决于电源的正负极，与电源正极相连的一极为阳极，与电源负极相连的一极为阴极。

③电解质溶液或熔融电解质

④构成闭合回路

第二组：探究阴极材料对电极反应的影响

2+- 们一起来复习一下电解的原理。

1.标定电极名称，确定阳极材料

两个装置图的区别在哪？两池的电极反应是否相同？两极现象是否相同？这就需要我根据电极材料活动性不同可以将电极分为惰性电极和活泼性电极。常见的惰性电极有石墨或金、铂电极；活泼性电极为除金、铂以外的金属电极。

以左池为例：阳极（C） 阴极（Fe）

2.排查离子并分类排队（包括水电离的离子）

以左池为例，进行作图分析并书写电极反应式：

溶液中存在的阳离子有：Na和H；阴离子有：Cl

和OH。电路中电子的移向：电子从电源的负极→电解池的阴极；再经电解池的阳极→电源的正极。“电子不下水，离子不上岸”，溶液中通过离子的得失电子来构成闭合回路。溶液中的阳离子需得电子，阳离子就会向聚集着电子的阴极移动，而溶液中的阴离子需失电子，阴离子就会向正极移动。可以用“阴阳相吸”来进行记忆理解。若溶液中存在多种阴阳离子时则要考虑放电顺序。

学生回忆：

阴极的放电顺序：Ag＞Hg＞Fe＞Cu＞H(酸)＞Pb＞Sn＞Fe＞Zn＞H(水)＞Al＞Mg＞Na＞Ca＞K

阳极的放电顺序：（惰性电极）S＞I＞Br＞Cl＞OH＞含氧酸根离子＞F

3.书写电极反应式

左池中：阴极得电子发生还原反应，而阴极材料虽为活泼电极Fe，但不会得电子，故溶液中阳离子放电，放电顺序为：H＞Na，所以阴极的电极反应式为：2H+2e==H2↑（得电子，发生还原反应）。但溶液中的阴离子有两种，阳极的放电顺序为：Cl＞OH，所以阳极的电极反应式为：2Cl﹣2e== Cl2↑（失电子，发生氧化反应）。所以我们可以看到两极上都有气泡产生。这就是“三步书写电解池电极反应式”的方法。

在该电解池中，铁作阴极被保护，不参与电极反应。书写总反应时，要注意得失电子守恒以及离子的来源，Cl来自NaCl, H来自H2O，所有我们可以将阴极的电极反应式写为：2H2O+2e==H2↑+2OH。总反应为：2NaCl+2H2O==2NaOH+ H2↑+ Cl2↑(条件：通电)。阴极产物：NaOH和H2，阳极产物：Cl2。若写成离子方程式：2Cl+2H2O==2OH+ H2↑+ Cl2↑(条件：通电)。

右池的电极反应和现象又会怎样？

让学生根据“三步书写电解池电极反应式”的方法进行分析讨论，得出结论：阴阳两极均为惰性电极，均不参与反应。故只能是溶液中的阴阳离子得失电子发生氧化还原反应。而溶液中阳离子只有Na和H，放电顺序为：H＞Na，故阴极的电极反应式仍为：2H+2e==H2↑。而阳极仍为惰性电极，故阳极的电极反应式仍为：2Cl﹣2e== Cl2↑。这就是电解原理的应用——氯碱工业。

结果发现两电解池的电极反应式相同，现象亦相同。即电解池阴极的电极反应与阴极的材料无关，被保护。

在学习“氯碱工业”新课时，老师特别强调，铁棒一定要作阴极，很多同学心中仍是不解，如果铁棒作阳极，电极反应是否会改变？

--+++++------+----+++-2------2++2+++2+3+2++2+2+2+2++3+++--

【深入探究】

第三组：探究阳极材料对电极反应的影响

观察并思考：这两个装置的电极反应以及现象是否相同？

【演示实验】：以铁棒作阳极、石墨棒作阴极电解饱和食盐水，观察实验现象。

现象：刚开始通电时，在石墨棒（阴极）上有大量气泡产生，铁棒（阳极）无气泡。

让学生再次根据“三步书写电解池电极反应式”的方法进行分析讨论，试分析阴极产生的是什么气体？学生分析讨论，得出结论：阴极（C）仍为：2H+2e==H2↑(发生还原反应)。而阳极为活性电极，又会发生什么反应呢？

再次观察电解池，发现在U型管的底部有白色絮状或稍带点灰绿色沉淀生成，取出U型管中的物质，振荡，发现沉淀马上变为灰绿色。引导学生思考这一现象是那种物质的性质？（白色沉淀迅速变成灰绿，最终变成红褐色是Fe（OH）2的性质。）溶液中的Fe来自于哪里呢？（来自于阳极材料——铁棒，说明阳极是活泼电极铁棒先失电子，发生氧化反应。）得出当电解池的阳极为活泼电极和溶液中的阴离子都易失电子，但“近水楼台先得月”，电极本身先失电子被氧化腐蚀，故阳极的电极反应式为：阳极（Fe）：Fe—2e== Fe (发生氧化反应)。总反应：Fe+2H2O== Fe（OH）2↓+ H2↑（条件：通电）。我们可以观察到阴极表面有气泡产生，阳极表面无气泡产生但会溶解腐蚀而质量减少（变薄），同时生成白色絮状沉淀，又因Fe易被氧气氧化成Fe故迅速变为灰绿，最终变为红褐色。

通过对二、三两组电解池的分析我们可以发现在电解同一物质时，电解池阴极的电极反应与阴极的材料无关即阴极的电极本身不参与反应（被保护）；但与阳极材料有关，阳极相同则电极反应亦相同，且若阳极为活性电极时，活性电极本身先失电子发生氧化反应而被腐蚀。

将阳极的放电顺序补充完整：

活性电极＞（惰性电极）S＞I＞Br＞Cl＞OH＞含氧酸根离子＞F

【学以致用】：电解原理的应用——电解精炼、电镀

1．电解精炼铜

学生分析电解精炼铜的原理：把粗铜进行电解提纯，故需把粗铜溶解即粗铜作电解池的2------2+3+-2+2++-……

阳极；纯铜是溶液中铜离子得电子变成铜单质而在阴极析出，故阴极用纯铜作电极；电解质溶液选择铜离子的可溶性盐溶液。

3．电镀

以电镀铜为例：

镀层金属作阳极（Cu）：Cu—2e== Cu镀件作阴极：Cu+2e== Cu 电镀液：含有镀层金属阳离子的可溶性盐溶液（含有Cu的可溶性盐溶液）

其实奥运金牌并不是纯金，根据1978年制定的奥运章程规定，奥运会奖牌的直径不得小于60毫米，厚度不得小于3毫米，金、银牌必须用纯度为92.5%的银制作，金牌至少要镀金6克。

原来金牌是在银上镀金制作而成的奥运金牌上的金就是通过电镀将金镀到银上的，当然制作金牌的工艺要求更为精密和复杂。虽然奥运金牌从材质上说并不是价值连城，但它附有的意义远远高于它本身的价值。它代表了运动员们在奥运赛场上用汗水、泪水换来的荣誉。希望同学们通过自己的努力奋斗，也能在自己的人生赛场上赢得金牌。

【板书设计】：三步书写电解池电极反应式

1.标定电极名称，确定阳极材料

2.排查离子并分类排队（包括水电离的离子）

阴极的放电顺序：Ag＞Hg＞Fe＞Cu＞H(酸)＞Pb＞Sn＞Fe＞Zn＞H(水)＞Al＞Mg＞Na＞Ca＞K

阳极的放电顺序：活性电极＞（惰性电极）S＞I＞Br＞Cl＞OH＞含氧酸根离子＞F

3.书写电极反应式：阳极失电子被氧化

阴极得电子被还原

2------2++2+++2+3+2++2+2+2+2++3+2+2+--2+