师：同学们，大家好。今天我们一起学习人教版高中化学选择性必修一第四章第二节第二课时——电解原理的应用。以下是本课的学习目标：第一，学会运用电解原理模型，分析氯碱工业、电镀、电解精炼铜和电冶金这四个实际应用情境，预测实验现象，书写电极反应方程式和总反应方程式。第二，通过分析电解饱和食盐水装置的弊端，思考解决方案，了解真实情境中的解决方法——离子交换膜电解槽，掌握离子交换膜的作用。第三，通过完成任务和解答问题，培养分析思维能力及实验设计能力，进一步深化对电极材料影响电极反应的认识。第四，了解电解对人类社会发展和进步的重要作用及贡献，开拓视野。
首先，回顾上一节课总结的电解原理模型：阳极上，还原剂失去电子，发生氧化反应，变成氧化产物；阴极上，氧化剂得到电子，发生还原反应，变成还原产物。电子从阳极向阴极移动，溶液中的离子迁移方向为阳离子往阴极移动，阴离子往阳极移动。
根据这个模型，我们来看电解原理在实际生活中的四个应用。若将实验4 - 2中的氯化铜溶液改为滴加了酚酞的饱和氯化钠溶液，请同学们应用电解原理模型分析离子移动方向，判断电极反应物，写出预测电极反应式及总反应方程式。现在大家可以按下暂停键，认真思考并解答。
利用电解原理模型，我们很快能判断：阴极会吸引钠离子和水电离的氢离子，阳极会吸引氯离子和水电离出的氢氧根离子。在阴极上，水电离出的氢离子比钠离子先放电，所以阴极发生的反应是：(2H_{2}O + 2e^{-} = H_{2}\uparrow + 2OH^{-})；阳极上，氯离子比水电离出的氢氧根离子先放电，预测发生的反应是：(2Cl^{-} - 2e^{-} = Cl_{2}\uparrow)。总反应就是将两极反应相加：(2NaCl + 2H_{2}O \stackrel{电解}{=!=!=} H_{2}\uparrow + Cl_{2}\uparrow + 2NaOH)。
接下来，我们观看电解滴加了酚酞的饱和氯化钠溶液实验录像，记录现象，并用电极反应式解释现象。
（实验录像描述：氯化钠溶液的电解实验，组装好仪器后，将滴有酚酞的饱和氯化钠溶液放入U型管，阳极管口附近放一张湿润的淀粉碘化钾试纸，接通电源，认真观察实验现象。一段时间后，观察到两极均有气泡产生，阴极溶液慢慢变红，阳极处的淀粉碘化钾试纸变蓝。）
师：在刚才的视频中，我们看到阴极区有气泡产生，且使滴加了酚酞的溶液变红，说明溶液呈碱性，氢氧根离子浓度大于氢离子浓度；阳极上也有气泡产生，且该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，说明有氯气产生。这些实验证据都证明我们的猜想是正确的。水电离的氢离子得电子变成氢气，导致氢氧根离子富余，最终氢氧根离子浓度大于氢离子浓度；氯离子在阳极上失去电子变成氯气。
这就是实际工业生产中氯碱工业的原理。在此，我们总结出应用电解池模型的一般思路：先分析离子的移动情况，再分析电极附近的物质在电极上的放电顺序，进而写出先放电物质的电极反应式，最后将两式相加，得到总反应。
课本介绍了氯碱工业产品及其应用。产物中的氢氧化钠可用于造纸、玻璃、肥皂；氯气用于有机合成、农药；氯气和氢气还可以进一步反应制成盐酸等，用途广泛。
下面我们思考一下，在上述电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间有可能发生哪些化学反应呢？
生：氯气和氢氧化钠会反应生成氯化钠、次氯酸钠和水；氢气和氯气混合后，光照会产生氯化氢。
师：非常好。这些反应显然都不利于我们得到更纯净的产品，也难以分离出产物再应用到其他用途。因此，在工业生产中我们需要注意什么问题呢？同学们应该从多角度去思考，例如从安全角度考虑，要防止氯气和氢气混合后光照而发生爆炸；从产量角度考虑，要避免氢氧化钠和氯气反应；从产物性质考虑，设备需要防腐蚀以抵抗溶液电解后大大增强的碱性；从产物的纯度考虑，要分离氯化钠和氢氧化钠等。那真实的工业生产是如何解决这些问题的呢？课本104页给出了解决问题的装置，请同学们阅读后回答以下问题：在该装置中，阴阳极分别得到什么气体？该选用什么类型的离子交换膜？投料口a、b及产物口c、d分别是什么物质？现在大家可以按下暂停键，认真思考并解答。
生：该装置中阳极得到氯气，阴极得到氢气。为了使氯化钠和氢氧化钠分离，也就是氯离子和氢氧根离子分开，不能使用阴离子交换膜。为了得到更多的氢氧化钠，应该采用阳离子交换膜，使得钠离子往阴极移动。阳极区需要氯离子，且希望杂质少，所以a口投放精制的饱和氯化钠溶液；b口只需要投放水即可，但为了增强导电性，可在其中加入少量氢氧化钠。电解一段时间后，阳极区氯离子和钠离子会减少，所以产物口c会得到淡盐水；阴极区会不断有氢氧根富余并吸引钠离子，故d口会得到较浓的氢氧化钠溶液。
师：非常棒。我们应用电解原理模型已经成功解决了第一个任务。接下来我们继续完成任务二，改变电极材料。若将实验4 - 2中的阳极用铜片代替，阴极用铁片代替，请应用电解原理模型分析离子移动的方向，判断电极反应物，写出预测的电极反应方程式及实验现象。现在大家可以按下暂停键，认真思考并解答。
按步骤，我们先来分析离子移动情况及这些离子的放电顺序。在该装置中，阴极会吸引铜离子和水电离的氢离子，阳极会吸引氯离子和水电离的氢氧根离子。因为铜离子放电顺序大于水电离的氢离子，所以我们预测阴极上铜离子得到电子变成铜单质，即会看到铁片上有红色固体析出。阳极上氯离子比水电离的氢氧根离子更先放电，是否为氯离子先放电呢？我们注意到此时阳极是活性电极，它也可以失去电子，且按照放电顺序，活性金属电极的放电顺序比氯离子还要靠前，因此预测阳极上是铜单质失去电子变成铜离子，会看到铜片逐渐变薄被溶解。
那事实是否如此呢？接下来认真观看实验录像，请大家记录实验现象，并用电极反应式解释现象。
（实验录像描述：下面进行的是利用铜片和铁片电解氯化铜溶液。首先将铜片与电源正极相连，铁片与电源负极相连，将两电极插入氯化铜溶液中，打开电源开关。认真观察实验现象。几分钟后，将两电极取出。可以观察到作为阳极的铜片表面变薄变亮，作为阴极的铁片表面有红色固体析出。）