42電解池原理教學設計高二上學期化學人教版選擇性必修1

課題名稱電解池原理課時3周次課標要求知道電解池的能量轉化形式，會描述電解池的工作原理，考綱要求掌握電解池工作原理，能準確地判斷電解池的陰、陽極，電子、電流、離子的移動方向，命題方向選擇題、填空題必備知識能正確書寫電解池的電極反應式和總反應方程式。清北班：掌握電解規(guī)律和電解產(chǎn)物的判斷方法及電解過程中電解質溶液酸、堿性的變化等。關鍵能力通過實驗探究、原理分析體會判斷電解不同電解質水溶液的產(chǎn)物時的一般過程和方法，學會觀察、分析、解釋有關實驗現(xiàn)學科素養(yǎng)科學探究與創(chuàng)新意識、科學態(tài)度與社會責任的化學學科素養(yǎng)。知識聯(lián)系點氧化還原反應重點及突破惰性電極作陽極時電解的一般規(guī)律難點及突破不同材料作陽極電解產(chǎn)物的判斷、電解質溶液變化分析易錯易混點及解決電解池原理能力關鍵點邏輯思維，分析歸納總結思想方法點守恒思想板書設計第四章《電化學基礎》導學案第三節(jié)電解池—電解原理一、電解原理1.電解的定義：電流通過電解質溶液或熔融電解質而在兩個電極上引起氧化還原反應的過程。電解池：將電能轉變?yōu)榛瘜W能的裝置。2.電解的原理：陽極—發(fā)生氧化反應，陰極發(fā)生還原反應。二、酸、堿、鹽溶液的電解規(guī)律1.常見離子的放電順序：I－>Cl－>OH－>SOeq\o\al(2－,4)；Ag＋>Cu2＋>H＋；K＋～Al3＋不可能在陰極放電。2.惰性電極的電解規(guī)律：①電解水型—含氧酸、強堿、活潑金屬含氧酸鹽；②電解電解質型—無氧酸、不活潑金屬的無氧酸鹽；③放H2生堿型—活潑金屬的無氧酸鹽；④放O2生酸型—不活潑金屬的含氧酸鹽。教學過程環(huán)節(jié)設計內(nèi)容任務教師活動預設學生活動預設設計意圖展示目標自主學習教師展示教學目標知識目標1.電解池的工作原理，能正確書寫電解池的電極反應式和總反應方程式。清北班：掌握電解規(guī)律和電解產(chǎn)物的判斷方法及電解過程中電解質溶液酸、堿性的變化等。能力目標：通過實驗探究、原理分析體會判斷電解不同電解質水溶液的產(chǎn)物時的一般過程和方法學科素養(yǎng)：學探究與創(chuàng)新意識、科學態(tài)度與社會責任的化學學科素養(yǎng)。了解本課時的目的。讓學生知道了解本節(jié)重點（1min）。自主學習請同學們閱讀教材，熟悉教材及本節(jié)課知識，預習新課。自主學習。培養(yǎng)學生自主學習的能力，初步了解了解電解池的應用（3min)。新課引入重點講評練習鞏固【引入】近幾年，隨著環(huán)境污染加劇，越來越多的人們開始關注生活環(huán)境的健康問題。于是市面上催生了多種消毒器和凈水器。有一種消毒液發(fā)生器：只需加入一勺鹽和1L水，便可制得消毒液。聽到這里想必大家和我一樣滿心疑慮，鹽水真能變身為消毒液嗎？今天，讓我們一起用科學的視角來一探究竟?！景鍟炕顒右弧㈦娊庠怼緦嶒炋骄俊浚航滩腜79頁實驗42，按下圖所示裝置完成實驗，并填寫下表內(nèi)容?！就队啊繉嶒灛F(xiàn)象實驗結論電流表指針發(fā)生偏轉說明電解質溶液導電，形成閉合回路與負極相連的b極上逐漸覆蓋了一層紅色物質析出金屬銅與正極相連的a極上有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{產(chǎn)生了氯氣【討論】閱讀教材P79頁內(nèi)容，分析通電前、中、后三個階段電解質溶液中離子的變化情況，寫出電極反應式和總反應式。由此可得出什么結論？【交流1】(1)氯化銅溶液中的電離過程有①CuCl2=Cu2＋＋2Cl－，②H2OH＋＋OH－；溶液中存在的離子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通電前，這些離子在溶液中作自由運動。【交流2】(2)通電時，在電場的作用下，溶液中的離子作定向運動，即Cl－、OH－趨向a極，Cu2＋、H＋趨向b極?！窘涣?】(3)a極電極反應式是2Cl－－2e－=Cl2↑，b極電極反應式是Cu2＋＋2e－=Cu，總反應式是CuCl2Cu＋Cl2↑?！窘涣?】(4)結論：電解質溶液的導電過程，就是電解質溶液的電解過程?！拘〗Y1】（1）閱讀教材P80頁內(nèi)容，思考電解及電解池的概念是什么？【交流1】(1)電解是使電流通過電解質溶液或熔融電解質而在兩個電極上引起氧化還原反應的過程?！窘涣?】(2)電解池是將電能轉化為化學能的裝置。【小結2】（2）電解池的兩極與原電池的兩極有何關系？構成電解池的條件是什么？【交流1】①電解池電極名稱陰極：與電源負極相連的電極，發(fā)生還原反應；陽極：與電源正極相連的電極，發(fā)生氧化反應。【交流2】②電解池的構成條件：具有與直流電源相連接的兩個電極(陰極、陽極)，插入電解質溶液或熔融電解質中，形成閉合回路?！拘〗Y3】電解池的工作原理是什么？完成下表內(nèi)容?！窘涣魍队啊侩姌O名稱陰極陽極實驗現(xiàn)象有__紅色_物質析出有__黃氯色_氣體生成離子移動_陽離子_移向_陰離子_移向反應類型__還原__反應_氧化_反應電極反應式Cu2＋＋2e－===Cu___2Cl－－2e－===Cl2↑_電池反應_CuCl2Cu＋Cl2↑_【結論】電解質溶液的導電過程，就是電解質溶液的電解過程?！咎骄?】（1）電解質溶液的導電與金屬的導電有何不同？【交流】金屬導電是因為在電場作用下，自由電子發(fā)生定向移動，是物理變化；而電解質溶液導電是因為發(fā)生了氧化還原反應，是化學變化?！咎骄?】（2）電解池中兩極放電情況有何特點？【交流1】陽極一定發(fā)生氧化反應，且放電物質可以是電解質溶液中的還原性離子，也可以是電極本身；【交流2】陰極一定發(fā)生還原反應，且陰極不管是什么材料，電極本身都不放電，一定是溶液(或熔融電解質)中的陽離子放電?！咎骄?】(3)在電解池中電子和離子移動方向有何特點？【交流1】電子：從電源負極流向電解池的陰極，從電解池的陽極流向電源的正極。【交流2】離子：陽離子移向電解池的陰極；陰離子移向電解池的陽極?！镜淅?】如下圖所示裝置中，屬于電解池的是()【典例2】下圖為電解飽和食鹽水的簡易裝置，下列有關說法正確的是()A．電解一段時間后，往蛋殼中的溶液中滴加幾滴酚酞，呈紅色B．蛋殼表面纏繞的鐵絲發(fā)生氧化反應C．鐵絲表面生成的氣體能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{D．蛋殼可阻止生成的氯氣與氫氣、氫氧化鈉溶液接觸【板書】活動二、酸、堿、鹽溶液的電解規(guī)律【思考】根據(jù)陰、陽離子的性質及氧化性和還原性強弱等知識，判斷下列兩組離子：①Cu2＋、Na＋、H＋、Ag＋；②Cl－、I－、SOeq\o\al(2－,4)、OH－。在電解時的移動方向及放電的順序是什么？你認為應特別關注常見哪些離子的放電順序？【交流1】（1）電解時移向陽極的是②，放電先后順序是I－>Cl－>OH－>SOeq\o\al(2－,4)；移向陰極的是①，放電先后順序是Ag＋>Cu2＋>H＋>Na＋?！窘涣?】（2）最常用、最重要的放電順序為陽極：Cl－>OH－；陰極：Ag＋>Cu2＋>H＋。③電解水溶液時，K＋～Al3＋不可能在陰極放電。【討論】利用電解原理，思考用惰性電極電解下列不同電解質溶液時的情況，并完成表格內(nèi)容?！窘涣魍队啊侩娊赓|及類別電極反應式電解物質pH變化溶液復原方法電解水型H2SO4含氧酸陽極：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O陰極：4H＋＋4e－=2H2↑H2O減小加入H2ONaOH強堿增大Na2SO4活潑金屬的含氧酸鹽不變電解電解質型HCl無氧酸陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：2H＋＋2e－=H2↑HCl增大加入HClCuCl2不活潑金屬的無氧酸鹽陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：Cu2＋＋2e－=CuCuCl2加入CuCl2放H2生堿型NaCl活潑金屬的無氧酸鹽陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：2H＋＋2e－=H2↑NaCl、H2O增大加入HCl放O2生酸型CuSO4不活潑金屬的含氧酸鹽陽極：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O陰極：2Cu2＋＋4e－=2CuCuSO4、H2O減小加入CuO或CuCO3【探究1】（1）分析電解問題的基本方法思路是什么？【交流1】(1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極?！窘涣?】(2)再分析通電前溶液中含有哪些陰、陽離子(包括水電離出的H＋和OH－)?！窘涣?】(3)然后根據(jù)通電后，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，結合放電順序分析誰先在電極放電?！窘涣?】(4)判斷電極產(chǎn)物，正確書寫電極反應式要注意遵循原子守恒和電荷守恒?！窘涣?】(5)結合題目要求分析電解時的各種變化情況，如兩極現(xiàn)象、水的電離平衡移動、離子濃度的變化、pH變化等?！咎骄?】（2）書寫電解時兩極的電極反應式要注意哪些問題？【交流1】(1)陰極：無論是惰性電極還是活潑電極都不參與電極反應，發(fā)生反應的是溶液中的陽離子。陽離子放電順序：Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋……電解水溶液時，K＋～Al3＋不可能在陰極放電，即不可能用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬?！窘涣?】(2)陽極：溶液中還原性強的陰離子失去電子被氧化，或者電極材料本身失去電子被氧化而溶入溶液中。其放電順序：金屬陽極>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根?！咎骄?】（3）欲使電解質溶液復原的措施是什么？判斷電極產(chǎn)物時應注意哪些問題？【交流1】（1）一般加入陽極產(chǎn)物和陰極產(chǎn)物的化合物?！窘涣?】（2）判斷電極產(chǎn)物時應注意：①對陽極，首先看陽極材料是否為活性電極，若為活性電極，則陽極材料被溶解；若為惰性電極，則依據(jù)陰離子的放電順序判斷誰先放電，且注意溶液中OH－的存在?！窘涣?】②對陰極，不論陰極材料是什么，均按照陽離子的放電順序判斷誰先放電，且注意溶液中H＋的存在。清北加練：【典例1】用石墨作電極，分別電解下列各物質的溶液：①CuCl2②CuSO4③NaCl④NaNO3⑤HCl⑥H2SO4⑦KOH其中只有水被電解的有()A．①②⑤B．②④⑥⑦C．④⑥⑦D．③⑤⑥⑦仔細聆聽。學生思考，獨立完成，理解、做筆記。獨立完成課堂練習。練習鞏固理解電解池原理情景引入，吸引學生注意力，讓學生體會處處有化學（2min）。突破重點通過老師講解，學生了解并記憶。通過教師講解，理解并掌握概念。目標達成，鞏固概念。突破重難點課堂小結電解質溶液用惰性電極電解的示例電解質溶液用惰性電極電解的示例：陽極：4OH4e=O?f+2H?O陰極：4H++4e=2H?↑陽極：2CF2e=Cl?↑陽極：2CH2e=Cl?1陰極：Cu2++2e=Cul陽極：2CH2e=Cl?↑陰極：2H++2e=H?I陽極：4OH4e=O?f+2H?O陰極：2Cu2++4e=2Cul學生小結，教師補充?？偨Y方法得失，形成知識體系和脈絡（2min）。作業(yè)衡水作業(yè)本第三章第三節(jié)電解池的原理清北：加練高考必刷題。學生完成作業(yè)。鞏固所學知識。課后自我(組內(nèi))評價目標達成問題設計練習設計重難點突破易錯易錯點教法學法教材理解處理課題名稱電解池應用課時2周次16課標要求結合電解的原理，通過問題探究、討論交流，理解電解飽和食鹽水、電鍍、電解精煉銅、電冶金的原理，能正確書寫電極反應式、總反應方程式?？季V要求理解電解飽和食鹽水、電鍍、電解精煉銅、電冶金的原理，能正確書寫電極反應式、總反應方程式。命題方向選擇題，填空題必備知識能正確書寫電極反應式、總反應方程式掌握陰陽極離子放電順序清北：學會分析電解程度與溶液酸堿性、產(chǎn)物的關系等，能熟練分析多個變裝后的電解池裝置，會計算電解過程中溶液的pH等。關鍵能力通過對變裝電解池裝置的分析，培養(yǎng)對比、歸納、總結的能力，并通過自主探究、變式訓練，獲得知識的同時，體驗科學知識的形成過程學科素養(yǎng)培養(yǎng)學生透過現(xiàn)象看本質的辯證唯物主義觀。知識聯(lián)系點氧化還原反應的電子守恒與電解池電子的轉移重點及突破電解原理在氯堿工業(yè)、電鍍、電冶金方面的應用難點及突破利用電解原理對陌生電解池進行的分析易錯易混點及解決陰陽極離子的放電順序原電池與電解池的區(qū)別能力關鍵點分析，歸納總結能力思想方法點利用“守恒”思想和氧化還原反應的有關知識，學會分析電解程度與溶液酸堿性、產(chǎn)物的關系等板書設計電解池原理電解池的定義陰極：得電子化合價升高氧化反應陽極：失電子化合價降低還原反應3、電解池的裝置圖教學過程環(huán)節(jié)設計內(nèi)容任務教師活動預設學生活動預設設計意圖展示目標自主學習知識目標1、能正確書寫電極反應式、總反應方程式2、掌握陰陽極離子放電順序清北：學會分析電解程度與溶液酸堿性、產(chǎn)物的關系等，能熟練分析多個變裝后的電解池裝置，會計算電解過程中溶液的pH等。能力目標：通過對變裝電解池裝置的分析，培養(yǎng)對比、歸納、總結的能力，并通過自主探究、變式訓練，獲得知識的同時，體驗科學知識的形成過程學科素養(yǎng)：培養(yǎng)學生透過現(xiàn)象看本質的辯證唯物主義觀。了解本課時的目的。讓學生知道了解本節(jié)重點（1min）。新課導入【情景導入】假若你是某化工廠的一名設計師，你能設計出同時制備NaOH、H2和Cl2有效的方案嗎，有人設計了下面一些裝置，都可行嗎？本節(jié)課我們將來解決這一問題。思考交流創(chuàng)設問題情境，激發(fā)探究欲望。重點講解重點講評練習鞏固【思考1】（1）閱讀教材P80—81頁內(nèi)容，思考若用惰性電極（石墨、Pt等）電解飽和食鹽水時的裝置、現(xiàn)象及原理是什么？并寫出電極反應式及總反應式。【交流1投影】①裝置如：圖1或圖2等?！窘涣?】②原理分析：通電前，氯化鈉溶液中含有的離子：Na＋、Cl－、H＋、OH－；通電時Na＋、H＋移向陰極，H＋放電，Cl－、OH－移向陽極，Cl－放電。電極反應式為【板書1】陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反應)；【板書2】陰極：2H＋＋2e－=H2↑(還原反應)；【強調(diào)】因H＋放電，導致水的電離平衡H2OH＋＋OH－向右移動，致使生成NaOH。【交流3】③電解的總反應式：【板書】化學方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Cl2↑＋2NaOH；【板書】離子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－；【強調(diào)】工業(yè)上習慣把電解飽和食鹽水叫做氯堿工業(yè)?！舅伎?】（2）閱讀教材P81頁內(nèi)容，根據(jù)下圖，觀察有何現(xiàn)象，并分析其原因，并寫出電極反應式。思考電鍍的概念及條件是什么？【交流1】①通電前，溶液中存在Cu2＋、SO42、H+、OH四種離子，放電順序是陰極Cu2＋>H+,陽極金屬Cu>OH>SO42?！窘涣?】②通電時：【板書1】陽極（活性電極）：Cu－2e－=Cu2＋；【板書2】陰極：Cu2＋＋2e－=Cu?！窘涣?】③可觀察到的現(xiàn)象是一段時間后，鐵件表面鍍上了一層紅色的銅，陽極銅片不斷溶解，而硫酸銅溶液濃度不變?！窘涣?】④電鍍的概念是應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。【交流5】⑤電鍍池的構成：一般都是用含有鍍層金屬離子的電解質溶液作電鍍液；把鍍層金屬浸入電鍍液中與直流電源的正極相連，作為陽極；待鍍金屬制品與直流電源的負極相連，作陰極?！舅伎?】（3）閱讀教材P81頁內(nèi)容，思考金屬冶煉的實質是什么？利用電解原理，如何以氯化鈉為原料制取金屬鈉？【交流1】①金屬冶煉的本質：使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來。如Mn＋＋ne－=M。【交流2】②教材P82頁，圖413利用電解原理，電解熔融的氯化鈉可制取金屬鈉：【板書1】陽極反應式：2Cl－－2e－=Cl2↑；【板書2】陰極反應式：2Na＋＋2e－=2Na；【板書3】總反應：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑?！締栴}探究1】（1）利用“閱讀思考（1）”的圖1裝置電解飽和的食鹽水，得到的產(chǎn)物是否純凈？又如何對裝置進行改進來提高產(chǎn)物的純度呢？【交流1】①分析得到的產(chǎn)物性質，兩極產(chǎn)物相互接觸會發(fā)生以下反應：【板書1】Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O、Cl2+H2=2HCl，【板書2】總反應方程式為：NaCl＋H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋NaClO，則需要將兩極產(chǎn)物隔離開，否則在實際生產(chǎn)中會比較危險，且純度不高?！窘涣?】②改進措施：a.可用圖2裝置中的U型管進行電解;b.馬上導出產(chǎn)生的兩極氣體;c.用離子交換膜像病毒隔離一樣把兩極產(chǎn)物隔離開等方法均可通過產(chǎn)物的純度?！窘涣?】③實際生產(chǎn)中的確用離子交換膜把氯堿工業(yè)的設計圖分成了陰極室和陽極室，如下圖3。（播放電解過程的動畫，加深對電解過程的理解）【投影】圖3【交流4】④離子交換膜的作用是將電解槽隔成陰極室和陽極室，它只允許陽離子(Na＋)通過，而且阻止陰離子(Cl－、OH－)和氣體通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影響燒堿的質量。因此，通過本電解池裝置，可獲得較為純凈的NaOH、H2和Cl2?！締栴}探究2】（2）在硫酸銅溶液中，插入兩個電極進行電解，有下列三種情況：①兩極均為Pt電極；②兩極均為銅片；③陽極為鋅片，陰極為銅片。請分別寫出電極反應式及總反應式，并思考其特點是什么？【交流1】①若兩極均為Pt電極，則陽極反應式是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，陰極反應式是2Cu2＋＋4e－=2Cu，【板書】電解的化學方程式是2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4。【交流2板板書】②若兩極均為銅片，則陽極反應式是Cu－2e－=Cu2＋，【板書】陰極反應式是Cu2＋＋2e－=Cu，電解過程中溶液的濃度不變?！窘涣?板書】③若陽極為鋅片，陰極為銅片，則陽極反應式是Zn－2e－=Zn2＋，電解過程中陽極鋅片不斷溶解，陰極銅片質量不斷增加?！景鍟侩娊獾幕瘜W方程式是CuSO4＋Zneq\o(=,\s\up7(電解))Cu+ZnSO4。【問題探究3】（3）已知粗銅中往往含有鐵、鋅、銀、金等多種雜質，思考如何利用電解原理將粗銅變成精銅？【交流1】①粗銅中往往含有鐵、鋅、銀、金等多種雜質，常用電解的方法進行精煉。其電解池的構成是用粗銅作陽極，用純銅作陰極，用CuSO4溶液作電解質溶液?！窘涣?板書】②電極反應式：陽極為Cu－2e－=Cu2＋、Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋；【板書】陰極為Cu2＋＋2e－=Cu?！窘涣?】③電解精煉銅的原理是粗銅中比銅活潑的金屬Zn、Fe等失去電子，產(chǎn)生的陽離子殘留在溶液中，不比銅活潑的金屬Ag、Au等以金屬單質的形式沉積在電解槽的底部，形成陽極泥，粗銅中的銅在純銅上析出。【拓展探究】若用下圖4所示裝置電解KI及淀粉溶液制備KIO3，通電后發(fā)現(xiàn)右側溶液變藍色，一段時間后，藍色逐漸變淺，試分析其原因是什么？已知:3I2＋6OH－＝IO3－＋5I－＋3H2O?！窘涣?板書】(1)右側惰性電極為陽極，電極反應：2I－－2e－=I2；【板書】左側不銹鋼為陰極，電極反應式：2H＋＋2e－=H2↑；【交流2】（2）A為陰離子交換膜，電解質溶液中的通過陰離子交換膜進入陽極室.【板書】發(fā)生反應：3I2＋6OH－＝IO3－＋5I－＋3H2O，生成KIO3。【板書】總反應方程式為：KI+3H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))KIO3+H2↑?！窘涣?】（3）若中間換成陽離子交換膜，電解槽內(nèi)發(fā)生的總離子方程式為：【板書】2KI+2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))KOH+H2↑+I2【小結】電解原理在工業(yè)上的主要應用有哪些？【交流1】(1)氯堿工業(yè)：用電解飽和食鹽水的方法來制取NaOH、Cl2、H2，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系