42电解池原理教学设计高二上学期化学人教版选择性必修1

课题名称电解池原理课时3周次课标要求知道电解池的能量转化形式，会描述电解池的工作原理，考纲要求掌握电解池工作原理，能准确地判断电解池的阴、阳极，电子、电流、离子的移动方向，命题方向选择题、填空题必备知识能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。清北班：掌握电解规律和电解产物的判断方法及电解过程中电解质溶液酸、碱性的变化等。关键能力通过实验探究、原理分析体会判断电解不同电解质水溶液的产物时的一般过程和方法，学会观察、分析、解释有关实验现学科素养科学探究与创新意识、科学态度与社会责任的化学学科素养。知识联系点氧化还原反应重点及突破惰性电极作阳极时电解的一般规律难点及突破不同材料作阳极电解产物的判断、电解质溶液变化分析易错易混点及解决电解池原理能力关键点逻辑思维，分析归纳总结思想方法点守恒思想板书设计第四章《电化学基础》导学案第三节电解池—电解原理一、电解原理1.电解的定义：电流通过电解质溶液或熔融电解质而在两个电极上引起氧化还原反应的过程。电解池：将电能转变为化学能的装置。2.电解的原理：阳极—发生氧化反应，阴极发生还原反应。二、酸、碱、盐溶液的电解规律1.常见离子的放电顺序：I－>Cl－>OH－>SOeq\o\al(2－,4)；Ag＋>Cu2＋>H＋；K＋～Al3＋不可能在阴极放电。2.惰性电极的电解规律：①电解水型—含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐；②电解电解质型—无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐；③放H2生碱型—活泼金属的无氧酸盐；④放O2生酸型—不活泼金属的含氧酸盐。教学过程环节设计内容任务教师活动预设学生活动预设设计意图展示目标自主学习教师展示教学目标知识目标1.电解池的工作原理，能正确书写电解池的电极反应式和总反应方程式。清北班：掌握电解规律和电解产物的判断方法及电解过程中电解质溶液酸、碱性的变化等。能力目标：通过实验探究、原理分析体会判断电解不同电解质水溶液的产物时的一般过程和方法学科素养：学探究与创新意识、科学态度与社会责任的化学学科素养。了解本课时的目的。让学生知道了解本节重点（1min）。自主学习请同学们阅读教材，熟悉教材及本节课知识，预习新课。自主学习。培养学生自主学习的能力，初步了解了解电解池的应用（3min)。新课引入重点讲评练习巩固【引入】近几年，随着环境污染加剧，越来越多的人们开始关注生活环境的健康问题。于是市面上催生了多种消毒器和净水器。有一种消毒液发生器：只需加入一勺盐和1L水，便可制得消毒液。听到这里想必大家和我一样满心疑虑，盐水真能变身为消毒液吗？今天，让我们一起用科学的视角来一探究竟。【板书】活动一、电解原理【实验探究】：教材P79页实验42，按下图所示装置完成实验，并填写下表内容。【投影】实验现象实验结论电流表指针发生偏转说明电解质溶液导电，形成闭合回路与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质析出金属铜与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝产生了氯气【讨论】阅读教材P79页内容，分析通电前、中、后三个阶段电解质溶液中离子的变化情况，写出电极反应式和总反应式。由此可得出什么结论？【交流1】(1)氯化铜溶液中的电离过程有①CuCl2=Cu2＋＋2Cl－，②H2OH＋＋OH－；溶液中存在的离子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通电前，这些离子在溶液中作自由运动。【交流2】(2)通电时，在电场的作用下，溶液中的离子作定向运动，即Cl－、OH－趋向a极，Cu2＋、H＋趋向b极。【交流3】(3)a极电极反应式是2Cl－－2e－=Cl2↑，b极电极反应式是Cu2＋＋2e－=Cu，总反应式是CuCl2Cu＋Cl2↑。【交流4】(4)结论：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。【小结1】（1）阅读教材P80页内容，思考电解及电解池的概念是什么？【交流1】(1)电解是使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在两个电极上引起氧化还原反应的过程。【交流2】(2)电解池是将电能转化为化学能的装置。【小结2】（2）电解池的两极与原电池的两极有何关系？构成电解池的条件是什么？【交流1】①电解池电极名称阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应；阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。【交流2】②电解池的构成条件：具有与直流电源相连接的两个电极(阴极、阳极)，插入电解质溶液或熔融电解质中，形成闭合回路。【小结3】电解池的工作原理是什么？完成下表内容。【交流投影】电极名称阴极阳极实验现象有__红色_物质析出有__黄氯色_气体生成离子移动_阳离子_移向_阴离子_移向反应类型__还原__反应_氧化_反应电极反应式Cu2＋＋2e－===Cu___2Cl－－2e－===Cl2↑_电池反应_CuCl2Cu＋Cl2↑_【结论】电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。【探究1】（1）电解质溶液的导电与金属的导电有何不同？【交流】金属导电是因为在电场作用下，自由电子发生定向移动，是物理变化；而电解质溶液导电是因为发生了氧化还原反应，是化学变化。【探究2】（2）电解池中两极放电情况有何特点？【交流1】阳极一定发生氧化反应，且放电物质可以是电解质溶液中的还原性离子，也可以是电极本身；【交流2】阴极一定发生还原反应，且阴极不管是什么材料，电极本身都不放电，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。【探究3】(3)在电解池中电子和离子移动方向有何特点？【交流1】电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。【交流2】离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。【典例1】如下图所示装置中，属于电解池的是()【典例2】下图为电解饱和食盐水的简易装置，下列有关说法正确的是()A．电解一段时间后，往蛋壳中的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应C．铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触【板书】活动二、酸、碱、盐溶液的电解规律【思考】根据阴、阳离子的性质及氧化性和还原性强弱等知识，判断下列两组离子：①Cu2＋、Na＋、H＋、Ag＋；②Cl－、I－、SOeq\o\al(2－,4)、OH－。在电解时的移动方向及放电的顺序是什么？你认为应特别关注常见哪些离子的放电顺序？【交流1】（1）电解时移向阳极的是②，放电先后顺序是I－>Cl－>OH－>SOeq\o\al(2－,4)；移向阴极的是①，放电先后顺序是Ag＋>Cu2＋>H＋>Na＋。【交流2】（2）最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电。【讨论】利用电解原理，思考用惰性电极电解下列不同电解质溶液时的情况，并完成表格内容。【交流投影】电解质及类别电极反应式电解物质pH变化溶液复原方法电解水型H2SO4含氧酸阳极：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－=2H2↑H2O减小加入H2ONaOH强碱增大Na2SO4活泼金属的含氧酸盐不变电解电解质型HCl无氧酸阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H＋＋2e－=H2↑HCl增大加入HClCuCl2不活泼金属的无氧酸盐阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－=CuCuCl2加入CuCl2放H2生碱型NaCl活泼金属的无氧酸盐阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2H＋＋2e－=H2↑NaCl、H2O增大加入HCl放O2生酸型CuSO4不活泼金属的含氧酸盐阳极：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O阴极：2Cu2＋＋4e－=2CuCuSO4、H2O减小加入CuO或CuCO3【探究1】（1）分析电解问题的基本方法思路是什么？【交流1】(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。【交流2】(2)再分析通电前溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H＋和OH－)。【交流3】(3)然后根据通电后，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁先在电极放电。【交流4】(4)判断电极产物，正确书写电极反应式要注意遵循原子守恒和电荷守恒。【交流5】(5)结合题目要求分析电解时的各种变化情况，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH变化等。【探究2】（2）书写电解时两极的电极反应式要注意哪些问题？【交流1】(1)阴极：无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序：Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋……电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。【交流2】(2)阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。其放电顺序：金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。【探究3】（3）欲使电解质溶液复原的措施是什么？判断电极产物时应注意哪些问题？【交流1】（1）一般加入阳极产物和阴极产物的化合物。【交流2】（2）判断电极产物时应注意：①对阳极，首先看阳极材料是否为活性电极，若为活性电极，则阳极材料被溶解；若为惰性电极，则依据阴离子的放电顺序判断谁先放电，且注意溶液中OH－的存在。【交流3】②对阴极，不论阴极材料是什么，均按照阳离子的放电顺序判断谁先放电，且注意溶液中H＋的存在。清北加练：【典例1】用石墨作电极，分别电解下列各物质的溶液：①CuCl2②CuSO4③NaCl④NaNO3⑤HCl⑥H2SO4⑦KOH其中只有水被电解的有()A．①②⑤B．②④⑥⑦C．④⑥⑦D．③⑤⑥⑦仔细聆听。学生思考，独立完成，理解、做笔记。独立完成课堂练习。练习巩固理解电解池原理情景引入，吸引学生注意力，让学生体会处处有化学（2min）。突破重点通过老师讲解，学生了解并记忆。通过教师讲解，理解并掌握概念。目标达成，巩固概念。突破重难点课堂小结电解质溶液用惰性电极电解的示例电解质溶液用惰性电极电解的示例：阳极：4OH4e=O₂f+2H₂O阴极：4H++4e=2H₂↑阳极：2CF2e=Cl₂↑阳极：2CH2e=Cl₂1阴极：Cu²++2e=Cul阳极：2CH2e=Cl₂↑阴极：2H++2e=H₂I阳极：4OH4e=O₂f+2H₂O阴极：2Cu²++4e=2Cul学生小结，教师补充。总结方法得失，形成知识体系和脉络（2min）。作业衡水作业本第三章第三节电解池的原理清北：加练高考必刷题。学生完成作业。巩固所学知识。课后自我(组内)评价目标达成问题设计练习设计重难点突破易错易错点教法学法教材理解处理课题名称电解池应用课时2周次16课标要求结合电解的原理，通过问题探究、讨论交流，理解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理，能正确书写电极反应式、总反应方程式。考纲要求理解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理，能正确书写电极反应式、总反应方程式。命题方向选择题，填空题必备知识能正确书写电极反应式、总反应方程式掌握阴阳极离子放电顺序清北：学会分析电解程度与溶液酸碱性、产物的关系等，能熟练分析多个变装后的电解池装置，会计算电解过程中溶液的pH等。关键能力通过对变装电解池装置的分析，培养对比、归纳、总结的能力，并通过自主探究、变式训练，获得知识的同时，体验科学知识的形成过程学科素养培养学生透过现象看本质的辩证唯物主义观。知识联系点氧化还原反应的电子守恒与电解池电子的转移重点及突破电解原理在氯碱工业、电镀、电冶金方面的应用难点及突破利用电解原理对陌生电解池进行的分析易错易混点及解决阴阳极离子的放电顺序原电池与电解池的区别能力关键点分析，归纳总结能力思想方法点利用“守恒”思想和氧化还原反应的有关知识，学会分析电解程度与溶液酸碱性、产物的关系等板书设计电解池原理电解池的定义阴极：得电子化合价升高氧化反应阳极：失电子化合价降低还原反应3、电解池的装置图教学过程环节设计内容任务教师活动预设学生活动预设设计意图展示目标自主学习知识目标1、能正确书写电极反应式、总反应方程式2、掌握阴阳极离子放电顺序清北：学会分析电解程度与溶液酸碱性、产物的关系等，能熟练分析多个变装后的电解池装置，会计算电解过程中溶液的pH等。能力目标：通过对变装电解池装置的分析，培养对比、归纳、总结的能力，并通过自主探究、变式训练，获得知识的同时，体验科学知识的形成过程学科素养：培养学生透过现象看本质的辩证唯物主义观。了解本课时的目的。让学生知道了解本节重点（1min）。新课导入【情景导入】假若你是某化工厂的一名设计师，你能设计出同时制备NaOH、H2和Cl2有效的方案吗，有人设计了下面一些装置，都可行吗？本节课我们将来解决这一问题。思考交流创设问题情境，激发探究欲望。重点讲解重点讲评练习巩固【思考1】（1）阅读教材P80—81页内容，思考若用惰性电极（石墨、Pt等）电解饱和食盐水时的装置、现象及原理是什么？并写出电极反应式及总反应式。【交流1投影】①装置如：图1或图2等。【交流2】②原理分析：通电前，氯化钠溶液中含有的离子：Na＋、Cl－、H＋、OH－；通电时Na＋、H＋移向阴极，H＋放电，Cl－、OH－移向阳极，Cl－放电。电极反应式为【板书1】阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反应)；【板书2】阴极：2H＋＋2e－=H2↑(还原反应)；【强调】因H＋放电，导致水的电离平衡H2OH＋＋OH－向右移动，致使生成NaOH。【交流3】③电解的总反应式：【板书】化学方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋2NaOH；【板书】离子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－；【强调】工业上习惯把电解饱和食盐水叫做氯碱工业。【思考2】（2）阅读教材P81页内容，根据下图，观察有何现象，并分析其原因，并写出电极反应式。思考电镀的概念及条件是什么？【交流1】①通电前，溶液中存在Cu2＋、SO42、H+、OH四种离子，放电顺序是阴极Cu2＋>H+,阳极金属Cu>OH>SO42。【交流2】②通电时：【板书1】阳极（活性电极）：Cu－2e－=Cu2＋；【板书2】阴极：Cu2＋＋2e－=Cu。【交流3】③可观察到的现象是一段时间后，铁件表面镀上了一层红色的铜，阳极铜片不断溶解，而硫酸铜溶液浓度不变。【交流4】④电镀的概念是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。【交流5】⑤电镀池的构成：一般都是用含有镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；把镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相连，作为阳极；待镀金属制品与直流电源的负极相连，作阴极。【思考3】（3）阅读教材P81页内容，思考金属冶炼的实质是什么？利用电解原理，如何以氯化钠为原料制取金属钠？【交流1】①金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。如Mn＋＋ne－=M。【交流2】②教材P82页，图413利用电解原理，电解熔融的氯化钠可制取金属钠：【板书1】阳极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑；【板书2】阴极反应式：2Na＋＋2e－=2Na；【板书3】总反应：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑。【问题探究1】（1）利用“阅读思考（1）”的图1装置电解饱和的食盐水，得到的产物是否纯净？又如何对装置进行改进来提高产物的纯度呢？【交流1】①分析得到的产物性质，两极产物相互接触会发生以下反应：【板书1】Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O、Cl2+H2=2HCl，【板书2】总反应方程式为：NaCl＋H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))H2↑＋NaClO，则需要将两极产物隔离开，否则在实际生产中会比较危险，且纯度不高。【交流2】②改进措施：a.可用图2装置中的U型管进行电解;b.马上导出产生的两极气体;c.用离子交换膜像病毒隔离一样把两极产物隔离开等方法均可通过产物的纯度。【交流3】③实际生产中的确用离子交换膜把氯碱工业的设计图分成了阴极室和阳极室，如下图3。（播放电解过程的动画，加深对电解过程的理解）【投影】图3【交流4】④离子交换膜的作用是将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na＋)通过，而且阻止阴离子(Cl－、OH－)和气体通过。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作用生成NaClO而影响烧碱的质量。因此，通过本电解池装置，可获得较为纯净的NaOH、H2和Cl2。【问题探究2】（2）在硫酸铜溶液中，插入两个电极进行电解，有下列三种情况：①两极均为Pt电极；②两极均为铜片；③阳极为锌片，阴极为铜片。请分别写出电极反应式及总反应式，并思考其特点是什么？【交流1】①若两极均为Pt电极，则阳极反应式是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，阴极反应式是2Cu2＋＋4e－=2Cu，【板书】电解的化学方程式是2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4。【交流2板板书】②若两极均为铜片，则阳极反应式是Cu－2e－=Cu2＋，【板书】阴极反应式是Cu2＋＋2e－=Cu，电解过程中溶液的浓度不变。【交流3板书】③若阳极为锌片，阴极为铜片，则阳极反应式是Zn－2e－=Zn2＋，电解过程中阳极锌片不断溶解，阴极铜片质量不断增加。【板书】电解的化学方程式是CuSO4＋Zneq\o(=,\s\up7(电解))Cu+ZnSO4。【问题探究3】（3）已知粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，思考如何利用电解原理将粗铜变成精铜？【交流1】①粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。其电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用CuSO4溶液作电解质溶液。【交流2板书】②电极反应式：阳极为Cu－2e－=Cu2＋、Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋；【板书】阴极为Cu2＋＋2e－=Cu。【交流3】③电解精炼铜的原理是粗铜中比铜活泼的金属Zn、Fe等失去电子，产生的阳离子残留在溶液中，不比铜活泼的金属Ag、Au等以金属单质的形式沉积在电解槽的底部，形成阳极泥，粗铜中的铜在纯铜上析出。【拓展探究】若用下图4所示装置电解KI及淀粉溶液制备KIO3，通电后发现右侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅，试分析其原因是什么？已知:3I2＋6OH－＝IO3－＋5I－＋3H2O。【交流1板书】(1)右侧惰性电极为阳极，电极反应：2I－－2e－=I2；【板书】左侧不锈钢为阴极，电极反应式：2H＋＋2e－=H2↑；【交流2】（2）A为阴离子交换膜，电解质溶液中的通过阴离子交换膜进入阳极室.【板书】发生反应：3I2＋6OH－＝IO3－＋5I－＋3H2O，生成KIO3。【板书】总反应方程式为：KI+3H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))KIO3+H2↑。【交流3】（3）若中间换成阳离子交换膜，电解槽内发生的总离子方程式为：【板书】2KI+2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))KOH+H2↑+I2【小结】电解原理在工业上的主要应用有哪些？【交流1】(1)氯碱工业：用电解饱和食盐水的方法来制取NaOH、Cl2、H2，并以它们为原料生产一系