“電解”多媒體教學設計片段

文章編號：1005－6629(2008)05－0042－02中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1利用動畫模擬認識電解熔融氯化鈉的有關知識，進而學習電解基本原理

［交流·研討］—初識電解

工業上可以用電解熔融氯化鈉的方法生產金屬鈉，右圖為該法的裝置示意圖。容器中盛有熔融的氯化鈉，兩側均插入石墨片作為電極，兩個電極分別與電源的正極和負極相連。

［引導討論］

1.接通電源前，熔融的氯化鈉中有哪些離子？這些離子的運動情況怎樣？

2.接通電源后，熔融氯化鈉中Na+和Cl-各向哪個方向移動？

3.接通電源后，外電路上的電流方向怎樣？

4.移動到兩電極表面的Na+和Cl-將怎樣變化？

［微觀模擬］

由于我們實驗室無條件做這個實驗，我們借助于多媒體動畫來模擬上述四個微觀動作。注意：使用平面圖，可以不展示工業生產的裝置，簡單的學習基本的原理，這樣便于接受。

［學生活動］觀察模擬后，小組討論，然后派代表匯報討論結果。

1.通電前，氯化鈉在熔融狀態下發生電離，生成自由移動的鈉離子和氯離子，此時鈉離子和氯離子做雜亂無章的熱運動。通電后，在電場的作用下，鈉離子和氯離子作定向移動，其中鈉離子移向a極(與電源負極相連的電極)，氯離子移向b極(與電源正極相連的電極)。

2.在閉合回路中，電流從電源的正極流向負極，而電子從電源的負極流向正極。因此，在整個電解裝置中，電子從電源的負極流向a極，Na+在a極得電子，發生還原反應；電子從b極流向電源的正極，Cl-在b極失去電子，發生氧化反應。因此，在a極，鈉離子得電子生成金屬：Na++e-→Na；在b極，氯離子失電子被氧化為氯原子，兩個氯原子結合成Cl2：2Cl-→Cl2↑+2e-。

［教師活動］展示電解熔融氯化鈉，分析用幻燈片，由學生填寫，加深記憶。進而師生共同總結歸納電解原理。

2活動探究和動畫模擬相結合學習電解氯化銅溶液，研究離子的放電順序

［活動探究］如右圖所示，在U型管中用惰性電極(石墨)電解氯化銅溶液。用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗陽極生成的產物。

［激疑］請大家在進行實驗前思考下列問題：

1.接通電源前，CuCl2溶液中有哪些離子？

2.接通電源后，CuCl2溶液中的這些離子在電場的作用下分別向哪個電極移動？

3.這些離子在電極上可能發生什么反應？請寫出相應的電極反應式。

［學生活動］討論，分析，預測并解答問題

1.在氯化銅溶液中，氯化銅會發生電離，生成銅離子和氯離子，水也會發生微弱的電離生成氫離子和氫氧根離子。在電場的作用下，銅離子和氫離子向陰極移動，氯離子和氫氧根離子向陽極移動。

2.在陰極可能發生如下反應：Cu2++2e-→Cu、2H++2e-→H2↑

在陽極可能發生如下反應：2Cl-→Cl2↑+2e-、4OH-→2H2O+O2↑+4e-(OH-的放電，學生書寫可能有難度，應加以指導)

［引導］請學生根據可能發生的電極反應式，推測實驗可能出現的現象，然后分組進行實驗，有目的地去觀察實驗現象。

［學生活動］分組進行電解氯化銅的實驗，用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗陽極生成的產物。

觀察實驗現象，在此基礎上得出實驗結論。

實驗現象：陰極的石墨棒上有紅色的銅析出，陽極石墨棒附近的濕潤淀粉碘化鉀試紙變藍。

實驗結論：在陰極，銅離子發生反應的能力強于氫離子，生成了銅單質；在陽極，氯離子發生反應的能力強于氫氧根離子，生成了氯氣。

［微觀模擬］為了幫助學生加深對這個反應的認識，我們從微觀離子的角度再觀察一遍，進行電腦動畫模擬過程。

［思考］從剛才對實驗現象和預測現象的對比，我們發現了一個問題，當一個電極周圍存在多種可能放電的離子時，不是大家共同放電，而往往只有一種離子放電？你認為放電能力與什么因素有關？(物質在電解池的陰、陽兩極發生反應的過程叫放電。)

發現問題，激疑，使學生學習情緒持續高張。

［學會討論后總結］物質在陰極發生反應，本質上是得電子，發生還原反應的過程，因此，物質的氧化性越強，越易發生反應，如銅離子的氧化性強于氫離子，因此放電能力為Cu2+>H+。物質在陽極發生反應，本質上是失電子，發生氧化反應的過程，因此物質的還原性越強，越易發生反應，如氯離子的還原性強于氫氧根離子，因此放電能力為Cl->OH-。

目的：學生預測現象和實驗真實現象的鮮明對比會激發學生學習的興趣和熱情，這正是突破思維鈍點的好時機，教師要善于抓住學習中出現的細小機會，使學生綜合能力得到訓練和提高。

3巧用動畫模擬突破陰極產物判斷的教學難點，探究電解飽和食鹽水

［活動探究］用石墨電極電解飽和食鹽水。

按右圖所示安裝儀器，電極材料為石墨，電解質溶液為加有酚酞的飽和食鹽水。

1.接通電源，觀察電極表面出現的現象，根據你已學的化學知識，設法檢驗兩極附近溶液的變化并判斷氣體產物。

2.判斷陰極和陽極，寫出電極反應式和電解反應的化學方程式。

電解飽和食鹽水是氯堿工業的基礎，氯堿工業的產品—燒堿和氯氣是應用很廣的重要化工原料。在實驗前請大家交流討論下列問題：

1.請你分析飽和食鹽水中可能存在哪些離子，在電場中它們的移動方向如何，可能發生的電極反應是什么？

2.分別寫出陰極和陽極的電極反應式。

［學生討論分析］1.Na+、H+移向陰極，Cl-、OH-移向陽極，由得失電子順序，可知陰極反應為：2H++2e-→H2↑，陽極反應為：2Cl-→Cl2+2e-。

［學生活動］預測現象。

教師應注意引導學生從OH-的來源和離子的移動方向進行雙向分析。

第一種可能：陰極區有無色無味的氣體；陽極區溶液變紅色，陽極區有黃綠色的氣體生成，且生成的氣體可以使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍。

第二種可能：陰極區有無色無味的氣體，且陰極區溶液變紅色；陽極區有黃綠色的氣體生成，且生成的氣體可以使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍。

注意：大部分學生會認為第一種可能是正確的，教師要有效的抓住時機激發學生學習的興趣。

［學生活動］動手實驗和交流分析現象。

展示現象：陰極區有無色無味的氣體，且陰極區溶液變紅色；陽極區有黃綠色的氣體生成，且生成的氣體可以以使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍。

結論：有NaOH、H2和氯氣生成。

［追問］第二種預測是正確的，為什么呢？

離子交換膜法電解原理示意圖

此處進行動畫模擬，然后由學生分析，進而進行師生總結。

［師生總結］在飽和食鹽水中，陽離子Na+和水電離出的H+移向陰極，H+在陰極上發生還原反應：2H++2e-→H2↑；而陰離子Cl-和水電離出的OH-移向陰極，Cl-在陽極上發生氧化反應：2Cl-→Cl2+2e-。在電解過程中，由于陰極區H+濃度變小，水的電離平衡向生成H+和OH-的方向移動，隨著H+不斷變為氫原子并最終形成氫氣逸出 ， 使陰極區溶液中的OH-越來越多。如果設法用隔膜阻止OH-移向陽極，則氫氧化鈉可以在陰極附近的溶液中富集，由陰極溶液可以得到燒堿，這就是電解食鹽水制備燒堿的原理。電解食鹽水還可以得到另外兩種重要的化工產品——氯氣和氫氣。

電解食鹽水的總反應為：2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑

［設疑］在實際電解飽和食鹽水時，電解池的陰極區和陽極區用陽離子交換膜隔開，使得陰極區的OH-不能進入陽極區。電解飽和食鹽水時為什么要阻止陰極區的OH-進入陽極區？

［學生討論后小結］電解過程中，在電場的作用下，陽離子向陰極移動，而陰離子向陽極移動。由于在陽極氯離子失去電子生成氯氣，若不采取措施，氫氧根離子會向陽極移動，從而與氯氣發生反應，既減少了氯氣的產量，又會使得到氫氧化鈉不純。因此，必須阻止氫氧根離子向陽極移動。

［教師進一步闡釋］目前，常用的隔膜有石棉隔膜和陽離子交換膜。石棉隔膜能阻止氣體通過，但允許水分子及離子通過。由于氫氧根離子能透過隔膜，因此氯氣會與氫氧根發生反應，導致制得的氫氧化鈉不純。而陽離子交換膜只允許陽離子通過，而不允許陰離子及氣體通過，也就是說，只允許鈉離子通過，氯離子、氫氧根離子和氫氣、氯氣都不能通過。這樣既可以防止陰極產生的氫氣與陽極產生的氯氣相混合在一定條件下引起爆炸，又能避免氯氣與氫氧化鈉作用生成次氯酸鈉而影響燒堿的質量。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”