4.1.2 《电解原理》教学设计

4.1.2《电解原理》教学设计一、教材分析1.知识衔接性教材以“原电池实现化学能向电能的转化，那么电能能否逆向转化为化学能？”的问题链导入，紧密衔接学生已掌握的原电池知识，构建“化学能与电能相互转化”的完整知识体系。通过电解氯化铜溶液的典型实验案例，从宏观实验现象切入，逐步推导微观层面的电子转移路径、离子迁移规律，完全契合化学学科“宏观辨识—微观探析—符号表征”的核心认知逻辑。2.内容层次性教材内容呈现清晰的递进式结构，分为三个核心层次：基础层：电解池的构成要件（直流电源、电极、电解质溶液或熔融电解质、闭合回路），阴、阳极的判断依据。核心层：电解氯化铜溶液的电极反应、总反应方程式推导，以及Cu²⁺、Cl⁻、H⁺、OH⁻的离子放电顺序分析。拓展层：通过对比电解熔融氯化钠与电解氯化钠溶液的产物差异，引导学生理解电解质状态（熔融态/水溶液态）对电解产物的影响，为后续工业应用模块的学习奠定基础。二、学情分析核心素养目标宏观辨识与微观探析：能准确描述电解氯化铜溶液的宏观实验现象，深入理解微观层面离子迁移方向和电子转移的本质过程。科学探究与创新意识：通过参与电解实验的观察、分析与归纳，培养基于实验现象推理化学本质的探究能力，形成严谨的科学思维。证据推理与模型认知：构建电解池工作的核心模型，能运用模型解释简单电解质体系的电解现象及产物生成逻辑。三、教学重难点1.教学重点电解池的构成要件及判定标准；电解氯化铜溶液的工作原理（电极反应、离子迁移、产物生成）；阴、阳极的判断方法及常见离子的放电顺序。2.教学难点微观层面厘清电子转移、离子迁移与宏观电解现象之间的内在关联；基于离子放电顺序推导电极反应式及总反应方程式。四、教学准备实验器材：U型管、石墨电极（惰性电极）、直流电源、导线、开关、饱和氯化铜溶液、淀粉KI试纸、镊子；多媒体素材：氯化铜溶液电解动态演示视频（时长10s，清晰呈现阴极析出红色铜、阳极产生黄绿色气体的实验现象）；教学辅助：PPT课件、电解池工作原理微观动态动画（AI演示）。五、教学过程（一）导入新课（5分钟）回顾提问：同学们，此前我们学习的原电池，其能量转化的本质是什么？（引导学生回答：化学能转化为电能）反向设问：若向电解质溶液通入直流电，能否引发化学反应并实现能量转化？今天我们将通过实验探究这一核心问题——电解原理。现象激发：播放氯化铜溶液电解动态演示视频，引导学生聚焦观察：两极分别产生了哪些特征现象？初步感知电解反应的特殊性，激发探究兴趣。（二）实验探究：电解氯化铜溶液（10分钟）实验装置搭建（教师演示）：在U型管中注入饱和氯化铜溶液，插入两根石墨惰性电极，分别通过导线连接直流电源的正极和负极，闭合开关形成闭合回路。学生观察记录：引导学生从宏观角度精准记录两极现象：阴极（与电源负极相连）：电极表面逐渐覆盖一层红色光亮的固体物质；阳极（与电源正极相连）：产生黄绿色气体，将湿润的淀粉KI试纸靠近阳极管口，试纸迅速变蓝。现象分析：提问：红色固体物质和黄绿色气体可能是什么？（引导学生结合元素守恒、物质特性推测：红色固体为Cu，黄绿色气体为Cl₂）（三）深入讲解：电解原理（15分钟）电解池的构成：结合实验装置总结电解池的四大核心要素：直流电源（提供电能）；两个电极（阳极：接电源正极；阴极：接电源负极）；电解质体系（电解质溶液或熔融电解质，提供导电离子）；闭合回路（导线连接电极与电源，形成电流通路）。微观过程分析（结合AI动画演示）：通电前：氯化铜在水溶液中完全电离：CuCl₂=Cu²⁺+2Cl⁻，同时水分子发生微弱电离：H₂O⇌H⁺+OH⁻，溶液中存在的离子包括Cu²⁺、Cl⁻、H⁺（少量）、OH⁻（少量）；通电后：电子从电源负极流出，经导线流向阴极；电源正极通过导线吸收阳极的电子，形成外电路电流。阴极：Cu²⁺的放电能力强于H⁺，在阴极得到电子发生还原反应：Cu²⁺+2e⁻=Cu；阳极：Cl⁻的放电能力强于OH⁻，在阳极失去电子发生氧化反应：2Cl⁻2e⁻=Cl₂↑；H⁺和OH⁻因放电能力较弱，未参与电极反应。离子迁移方向：阳离子（Cu²⁺、H⁺）向阴极定向移动，阴离子（Cl⁻、OH⁻）向阳极定向移动。核心概念界定：电解：使电流通过电解质溶液（或熔融电解质），在阴、阳两极引发氧化还原反应的过程；电解池：将电能转化为化学能的化学装置。（四）电解规律与应用（12分钟）离子放电规律：阳极为惰性电极（如石墨、Pt等，不参与电极反应）时：阳极：溶液中阴离子按放电能力由强到弱排序：S²⁻>I⁻>Br⁻>Cl⁻>OH⁻>含氧酸根离子（如SO₄²⁻、NO₃⁻）>F⁻；阴极：溶液中阳离子按放电能力由强到弱排序：Ag⁺>Fe³⁺>Cu²⁺>H⁺（酸溶液中）>Fe²⁺>Zn²⁺>H⁺（水溶液中）>Al³⁺>Mg²⁺>Na⁺>Ca²⁺>K⁺。阳极为活性电极（如Fe、Cu、Ag等，除Au、Pt外的金属）时：电极材料优先失去电子发生氧化反应，电极反应式为：Mne⁻=Mn⁺（M为活性电极金属）。惰性电极电解电解质溶液的类型总结：电解水型：电解质为含氧酸（如H₂SO₄）、强碱（如NaOH）、活泼金属含氧酸盐（如Na₂SO₄），实质是电解水，产物为H₂和O₂；电解电解质型：电解质为无氧酸（如HCl）、不活泼金属无氧酸盐（如CuCl₂），实质是电解电解质本身，产物为电解质对应的单质；电解质与水共电解型：电解质为活泼金属无氧酸盐（如NaCl）、不活泼金属含氧酸盐（如CuSO₄），实质是电解质离子与水电离的H⁺或OH⁻共同参与反应，产物为多种物质的组合。电极产物判断与电极反应式书写方法：一判：判断阴、阳极——与直流电源负极相连为阴极，与直流电源正极相连为阳极；二看：判断阳极材料——区分惰性电极（石墨、Pt）与活性电极（除Au、Pt外的金属）；三写：阳极：活性电极→电极材料失电子生成对应金属阳离子；惰性电极→按阴离子放电顺序，阴离子失电子生成对应单质或高价化合物；阴极：按阳离子放电顺序，阳离子得电子生成对应单质或低价化合物。经典真题解析（明考向）：真题1：电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag⁺注入到无色WO₃薄膜中，生成AgₓWO₃，器件呈现蓝色。对于该变化过程，下列叙述错误的是（）A.Ag为阳极B.Ag⁺由银电极向变色层迁移C.W元素的化合价升高D.总反应为WO₃+xAg=AgₓWO₃（示意图提示：固体电解质，只允许Ag⁺通过；电极包括Ag电极、电致变色层（WO₃）、透明导电层）答案：C解析：通电时Ag⁺注入变色层，说明Ag电极发生氧化反应生成Ag⁺，故Ag为阳极（A正确）；Ag⁺通过固体电解质向变色层迁移（B正确）；WO₃中W为+6价，AgₓWO₃中W化合价降低（C错误）；总反应为WO₃与Ag的化合反应（D正确）。真题2：某新型钠离子二次电池（如图）用溶解了NaPF₆的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na⁺后脱嵌。下列说法错误的是（）A.外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23gB.充电时，阳极电极反应为对应氧化反应C.放电一段时间后，电解质溶液中的Na⁺浓度基本保持不变D.电解质溶液不能用NaPF₆的水溶液替换答案：A解析：放电时负极Na失电子生成Na⁺，正极Na⁺嵌入PbSe，外电路通过1mol电子时，负极质量减少23g，正极质量增加23g，两电极质量变化差值为46g（A错误）；充电时阳极为放电时的正极，发生氧化反应（B正确）；放电过程中Na⁺仅在电极间迁移，溶液中浓度基本不变（C正确）；若用水溶液，Na会与水反应，故不能替换（D正确）。（五）课堂小结与巩固（8分钟）知识小结（师生共同梳理）：电解池构成→阴、阳极判断→离子迁移方向→离子放电顺序→电极反应式书写→能量转化（电能→化学能）。即时练习：判断下列装置是否为电解池？并说明理由：①无电源的CuZn稀硫酸装置；②有电源的石墨石墨蔗糖溶液装置。（参考答案：①不是，无直流电源，属于原电池；②不是，蔗糖溶液为非电解质溶液，无法形成导电回路，不满足电解池构成要件）（六）布置作业（2分钟）规范书写电解氯化铜溶液的电极反应式及总反应方程式；思考探究：电解熔融氯化钠与电解氯化钠水溶液的产物是否相同？结合离子放电顺序分析原因；资料查阅：搜集电解原理在工业生产中的应用案例（如电解精炼铜、氯碱工业、电解制铝等），简要梳理其核心反应原理。六、板书设计4.1.2《电解原理》电解池构成：直流电源+两个电极+电解质体系（溶液/熔融态）+闭合回路阳极：接电源正极，发生氧化反应阴极：接电源负极，发生还原反应电解CuCl₂溶液（惰性电极）阴极现象：析出红色固体（Cu）；电极反应：Cu²⁺+2e⁻=Cu阳极现象：产生黄绿色气体（Cl₂）；电极反应：2Cl⁻2e⁻=Cl₂↑总反应：CuCl₂\xlo