《電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能-電解》講義

《電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——電解》講義一、教材版本與章節(jié)信息我們使用的是魯科版高中選修《化學(xué)反應(yīng)原理》第1章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化中的第2節(jié)“電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能——電解”。這部分內(nèi)容在整個化學(xué)選修課程里可是相當(dāng)重要的呢，就像一把鑰匙，能幫我們打開很多化學(xué)知識的新大門。二、教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能目標(biāo)同學(xué)們得搞清楚電解的概念，這就像是認(rèn)識一個新朋友，要知道它是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的一種裝置。比如說，我們常見的電鍍，那就是電解的一種實際應(yīng)用哦。要學(xué)會寫一些簡單的電解反應(yīng)方程式，這就像是學(xué)外語要會寫單詞一樣重要。例如，電解氯化銅溶液的方程式，可不能寫錯啦。能夠理解電解池中電極的名稱、電極反應(yīng)以及電子和離子的流向。這就好比是要明白一場足球比賽里球員們（離子和電子）的跑動方向（流向）。2、過程與方法目標(biāo)通過對電解氯化銅溶液實驗的觀察和分析，培養(yǎng)大家的觀察能力和邏輯思維能力。就像偵探破案一樣，從實驗現(xiàn)象中找出線索，推理出背后的化學(xué)原理。學(xué)會運(yùn)用對比的方法，對比原電池和電解池的異同點。這就像對比白天和黑夜，找出它們的區(qū)別和聯(lián)系，能讓我們對這兩種電化學(xué)裝置有更深刻的理解。3、情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)體會化學(xué)在實際生活中的廣泛應(yīng)用，像電解在金屬精煉、電鍍等方面的應(yīng)用。讓大家知道化學(xué)可不是只在實驗室里的神秘學(xué)科，它就在我們身邊的每一個角落，比如你身上漂亮的鍍銀飾品，就有電解的功勞呢。培養(yǎng)大家的環(huán)保意識，因為在一些電解工業(yè)中可能會產(chǎn)生污染物，我們要想辦法減少這些污染，讓化學(xué)更好地為人類服務(wù)。三、教學(xué)重難點1、教學(xué)重點電解的原理。這是整個章節(jié)的核心，只有理解了這個原理，才能理解后面的一系列知識，就像蓋房子要先打好地基一樣。電解池中電極反應(yīng)方程式的書寫。這可是個“硬骨頭”，很多同學(xué)容易在這里犯錯，需要大家多練習(xí)，就像學(xué)騎自行車，多摔幾次就會騎得更好啦。2、教學(xué)難點離子在電解池中的放電順序。這就像排隊一樣，哪些離子先“行動”（放電）是有一定順序的，這個順序可有點復(fù)雜，需要同學(xué)們認(rèn)真記憶和理解。用電子守恒法來進(jìn)行電解的有關(guān)計算。這就像是在玩一個數(shù)字游戲，要保證電子這個“小士兵”的數(shù)量在反應(yīng)前后是相等的，需要大家細(xì)心計算。四、教學(xué)方法1、講授法對于電解的基本概念、原理這些比較抽象的知識，老師會用簡單易懂的語言來給大家講解。就像把一個復(fù)雜的魔術(shù)揭秘一樣，讓大家清楚地看到背后的秘密。2、實驗探究法通過做電解氯化銅溶液的實驗，讓同學(xué)們親眼看到電極上的變化，然后引導(dǎo)大家思考為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象。這就像是帶著大家去探險，在探險中發(fā)現(xiàn)新知識。3、對比分析法在學(xué)習(xí)電解池和原電池的區(qū)別時，我們會把它們放在一起比較，就像把兩個相似的東西放在一起找不同，這樣能讓同學(xué)們更好地理解和記憶。五、教學(xué)過程1、導(dǎo)入（5分鐘）同學(xué)們，我們都知道電池可以給我們的手機(jī)、手電筒等提供電能，那你們有沒有想過電能能不能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能呢？就像水能發(fā)電，電能不能再變回水呢？今天我們就來學(xué)習(xí)一種能把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的神奇裝置——電解池。我先給大家講個小故事，在古代，人們想要得到金屬銅，只能通過開采礦石，然后經(jīng)過復(fù)雜的冶煉過程。但是現(xiàn)在，有一種方法可以在溶液里就能得到銅，這就是電解的功勞。2、電解的概念講解（10分鐘）那么什么是電解呢？電解就是在電流的作用下，電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。這里有個關(guān)鍵的東西叫電解池，它就像一個小工廠，有兩個電極，一個是陽極，一個是陰極。陽極就像一個“出口”，在這里發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子；陰極就像一個“入口”，在這里發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子。我們可以把電解質(zhì)溶液想象成一群離子在游泳，在電流的“指揮”下，它們游向不同的電極，發(fā)生不同的反應(yīng)。給大家舉個例子，比如說電解氯化銅溶液。氯化銅溶液里有銅離子（Cu2?）和氯離子（Cl?），在電流的作用下，銅離子游向陰極，在陰極得到電子變成銅原子，這個反應(yīng)可以寫成：Cu2?+2e?=Cu還原反應(yīng)；氯離子游向陽極，在陽極失去電子變成氯氣分子，反應(yīng)方程式是：2Cl?2e?=Cl?↑氧化反應(yīng)。3、電解池的組成和電極反應(yīng)（15分鐘）現(xiàn)在我們來詳細(xì)說說電解池的組成。電解池有電源、電極、電解質(zhì)溶液或者熔融電解質(zhì)。電源就像一個“能量源”，給整個反應(yīng)提供電能。電極分為陽極和陰極，我們剛剛說過它們的反應(yīng)特點。那離子在電解池里是怎么流動的呢？陽離子會向陰極移動，因為陰極需要電子，就像磁鐵吸引鐵屑一樣；陰離子會向陽極移動，因為陽極要失去電子。我們再做個小練習(xí)。如果是電解氯化鈉溶液呢？氯化鈉溶液里有鈉離子（Na?）、氯離子（Cl?）和水電離出來的氫離子（H?）、氫氧根離子（OH?）。按照離子的放電順序，在陽極，氯離子比氫氧根離子更容易失去電子，所以陽極的反應(yīng)是：2Cl?2e?=Cl?↑；在陰極，氫離子比鈉離子更容易得到電子，所以陰極的反應(yīng)是：2H?+2e?=H?↑。那整個反應(yīng)方程式就是：2NaCl+2H?O電解2NaOH+H?↑+Cl?↑。大家要注意離子的放電順序哦，這可是很重要的。4、離子放電順序的講解（20分鐘）離子的放電順序就像是一場賽跑，誰跑得快誰就先反應(yīng)。在陽極，如果是活性電極（除了金、鉑等不活潑金屬之外的金屬電極），電極本身會失去電子被氧化；如果是惰性電極（如石墨、鉑等），則溶液中的陰離子放電。放電順序一般是：活性電極>氯離子>氫氧根離子>含氧酸根離子（如硫酸根離子等）。在陰極，陽離子放電，放電順序一般是：銀離子>銅離子>氫離子（酸中的氫離子）>亞鐵離子>鋅離子等。我來給大家解釋一下為什么會有這樣的順序。這和離子的氧化性和還原性有關(guān)。氧化性強(qiáng)的離子在陰極容易得到電子，還原性強(qiáng)的離子在陽極容易失去電子。就像在一群選手中，實力強(qiáng)的先上場比賽一樣。我們來做個小游戲，我說出一些離子，大家來猜猜它們的放電順序。比如說，我說出鐵離子和氫離子，誰會先在陰極放電呢？（同學(xué)們回答后再詳細(xì)解釋）5、電解的應(yīng)用（20分鐘）電解在我們的生活中有很多應(yīng)用呢。首先是電鍍，比如說我們想要讓一個鐵制品表面鍍上一層銅。我們就可以把鐵制品作為陰極，銅片作為陽極，硫酸銅溶液作為電解質(zhì)溶液。在電解過程中，陽極的銅會失去電子變成銅離子進(jìn)入溶液，陰極的鐵制品表面會有銅離子得到電子變成銅原子附著在上面，這樣就實現(xiàn)了電鍍。還有金屬的精煉，像粗銅的精煉。我們把粗銅作為陽極，純銅作為陰極，硫酸銅溶液作為電解質(zhì)溶液。在電解過程中，陽極的粗銅中的雜質(zhì)金屬（比銅活潑的金屬）會先失去電子進(jìn)入溶液，而銅也會失去電子變成銅離子進(jìn)入溶液，在陰極，只有銅離子會得到電子變成純銅，這樣就可以把粗銅精煉成高純度的銅了。另外，電解還可以用來制備一些活潑金屬，比如電解熔融的氯化鈉可以得到金屬鈉。這是因為在熔融狀態(tài)下，鈉離子和氯離子可以自由移動，在電流的作用下，鈉離子得到電子變成金屬鈉。6、電解的有關(guān)計算（20分鐘）接下來我們要學(xué)習(xí)電解的有關(guān)計算，這里要用到一個很重要的方法——電子守恒法。比如說，我們電解硫酸銅溶液一段時間后，在陰極得到了0.1mol的銅。根據(jù)陰極的反應(yīng)方程式Cu2?+2e?=Cu，我們可以算出得到0.1mol銅需要轉(zhuǎn)移0.2mol電子。那在陽極，根據(jù)電子守恒，失去的電子也是0.2mol。如果陽極是石墨電極，發(fā)生的反應(yīng)是4OH?4e?=2H?O+O?↑，我們就可以算出陽極產(chǎn)生氧氣的物質(zhì)的量是0.05mol。我們再做一道練習(xí)題。電解硝酸銀溶液，當(dāng)陰極析出1.08g銀時，陽極產(chǎn)生氧氣的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）是多少？（同學(xué)們先自己做，然后老師講解）7、對比電解池和原電池（15分鐘）同學(xué)們，我們前面學(xué)過原電池，現(xiàn)在我們來對比一下電解池和原電池。原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，而電解池是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。在原電池中，活潑的金屬是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，不活潑的金屬或者石墨等是正極，發(fā)生還原反應(yīng)；在電解池中，與電源正極相連的是陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，與電源負(fù)極相連的是陰極，發(fā)生還原反應(yīng)。原電池中電子是從負(fù)極流向正極，在電解池中，電子是從電源的負(fù)極流向陰極，再從陽極流回電源的正極。離子的流向在兩者中也有區(qū)別，大家要好好對比一下，這樣能加深理解。8、課堂總結(jié)（10分鐘）好啦，今天我們學(xué)習(xí)了電解的很多知識。首先我們知道了電解的概念，就是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。然后學(xué)習(xí)了電解池的組成、電極反應(yīng)、離子的放電順序、電解的應(yīng)用以及有關(guān)計算，還對比了電解池和原電池的區(qū)別。大家要把這些知識都掌握好，這對我們以后學(xué)習(xí)更復(fù)雜的化學(xué)知識很有幫助哦。9、課后作業(yè)書面作業(yè)：寫出電解氯化鋅溶液的電極反應(yīng)方程式和總反應(yīng)方程式。電解硫酸銅溶液，若通過電路的電量為0.4mol電子，計算陰極析出銅的質(zhì)量和陽極產(chǎn)生氧氣的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。拓展作業(yè)：查閱資料，了解還有哪些工業(yè)生產(chǎn)中用到了電解原理，寫一篇300~500字的小