电解质溶液在通电情况下的变化.docVIP

7.4电解质溶液在通电情况下的变化 一．教学目标 1．知识与技能 （1）饱和氯化钠溶液的电解（B） （2）电解池的构造与工作原理（B） 2．过程与方法 通过电解饱和食盐水的实验，运用观察、分析、抽象、概括的思维方法探究电解池结构以及工作原理。 3．情感态度与价值观 （1）从对电解水、饱和食盐水实验现象的分析中，领悟宏观表象和微观本质的关系。 （2）通过对阳离子交换膜电解槽的认识，感受电解原理在工业生产中的应用和技术的进步。 二．教学重点和难点 1．重点电解原理、饱和食盐水中离子的放电顺序 2．难点电解饱和食盐水的阴极区产物 三．教学用品 电解水的实验用具一套 电解饱和食盐水的微型学生实验用品 四．教学过程 一、电解饱和食盐水 1、实验装置 2、实验现象 ①在U型管的两个电极上都有气体放出。 ②阳极放出有刺激性气味的黄绿色气体，并且能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，说明放出的是Cl2； ③阴极放出无色的气体，经爆鸣验证是H2； ④同时发现阴极附近溶液变红，这说明溶液里有碱性物质生成。 3、理论解释 为什么会出现这些实验现象呢？ 这是因为NaCl是强电解质，在溶液里完全电离，水是弱电解质，也微弱电离，因此在溶液中存在着Na+、H+、Cl－、OH－四种离子。 当接通直流电源后，带负电的OH－和Cl－向阳极移动，带正电的Na+和H+向阴极移动。在这样的电解条件下，Cl－比OH－容易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出，使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。 H＋比Na＋容易得到电子，因而H＋不断地从阴极获得电子被还原为氢原子，并结合成氢分子从阴极放出。 阳极反应：2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应） 阴极反应：2H＋＋2e－＝H2↑（还原反应） 在上述反应中，H＋是由水的电离生成的，由于H＋ 在阴极上不断得到电子而生成H2放出，破坏了附近的水的电离平衡，水分子继续电离出H＋和OH－，H＋又不断得到电子变成H2，结果在阴极区溶液里OH－的浓度相对地增大，使酚酞试液变红。因此，电解饱和食盐水的总反应可以表示为： 4、实验总结 ①电解 像这种使直流电通过电解质溶液而发生氧化还原反应的过程叫做电解。 ②电解是电能转变为化学能的过程，可见,电解质溶液的导电过程也就是电解质溶液的电解过程。 5、用途 工业上利用这一反应原理，制取烧碱、氯气和氢气。 6、拓展：离子交换膜法 ①在上面的电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间能够发生化学反应，如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO、H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中，要避免这几种产物混合，常使反应在特殊的电解槽中进行。 ②离子交换膜法制烧碱 目前世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。这一技术在20世纪50年代开始研究，80年代开始工业化生产。 离子交换膜电解槽主要由阳极、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。 一个单元槽的示意图。 电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层； 阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na＋通过，而Cl－、OH－和气体则不能通过。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溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。 一台离子交换膜电解槽的示意图（共16个单元槽）。 二、电解氯化铜溶液 1、实验装置 在一个U型管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极，把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与电池正极相连的电极附近。接通直流电源，观察U型管内发生的现象及试纸颜色的变化。 2、实验现象 ①接通直流电源后，电流表指针发生偏转 ②阴极石墨棒上逐渐覆盖了一层红色物质，这是析出的金属铜； ③在阳极碳棒上有气泡放出，并可闻到刺激性的气味，同时看到湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，可以断定，放出的气体是Cl2。 这个实验告诉我们，CuCl2溶液受到电流的作用，在导电的同时发生了化学变化，生成了Cu和Cl2。 3、理论解释 CuCl2溶液在电流的作用下为什么会分解生成Cu和Cl2呢？ 这是因为，CuCl2是强电解质，在水溶液中电离生成Cu2+和Cl－： CuCl2→Cu2＋＋2Cl－ 通电前，Cu2+和Cl－在溶液里自由地移动着： 通电后，在电场的作用下，这些自由移动的离子，改作定向移动。带负电的阴离子向阳极移动，带正电的阳离子向阴极移动。 在阳极，Cl－失去电子被氧化成氯原子，并两两结合成Cl2 ，从阳极放出。 在阴极，Cu2+获得电子被还原成铜原子，覆盖在阴极石墨棒上。在两个电极上发生的反应可以表示如下： 阳极：2