《电解原理的应用》教案

《电解原理的应用》教案一、课标解读本节内容位于选择性必修模块1化学反应原理的主题1：化学反应与能量——1.3化学反应与电能1．内容要求认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用；了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用；学业要求能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。二、教材分析本节内容的设置旨在让学生在建构电解池模型、把握电解原理的基础上，利用电解原理工具解决实际生产和生活的问题，以深化学生对电解原理的理解，培养学生的“证据推理与模型认知”学科素养；并使学生体会电解原理对人类社会的贡献，体会化学学科与生产生活密切相关，培养学生的“科学精神与社会责任”学科素养。基于对电解饱和食盐水制氯气和烧碱的电化学原理分析，可以开展电极产物的分析和验证、电极反应式的书写等学习活动，落实电解原理，发展学生“宏观辨识与微观探析”的学科素养。另外，通过对电解饱和食盐水装置改进以满足实际生产的分析，使学生体会工业生产需兼顾科学性、成本与安全等多种因素。通过对电解精炼铜、电镀和电冶金工业生产的原理分析，进一步检验、考察学生认识和设计电解池的能力以及对电解原理的掌握程度，进一步发展学生对电解过程的认识。新人教版教材中，本节内容位于选择性必修一第四章第二节电解池的第二课时，内容涵盖电解饱和食盐水、电镀和电冶金三部分，金属的电解精炼在电镀部分提及。利用前序学习的电解CuCl2溶液模型，类比研究电解饱和食盐水的原理，分析阴、阳极的电极反应和总反应。通过电镀、电解精炼和电冶金工业，使学生体会电解原理在实际生产中的应用。旧人教版教材中，本节内容安排在选择性必修四第四章第三节电解池的第二课时，主体内容与新版教材相同。相较而言，新人教版教材新增了氯碱工业产品及其应用的图解，并给出了离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图和离子交换膜电解槽装置图，贴近实际生产，使学生对氯碱工业有初步体会。另外，新增了“电解与元素的发现”和“电有机合成”相关化学史资料卡片，以使学生认识电解的广泛应用，拓宽学生视野。在电极反应式书写上有所改动，在书写电解饱和食盐水的阴极反应式时，新人教版教材将氢离子得电子改为水分子得电子，更体现出反应的本质；对电解熔融氯化钠制取钠的电极反应，新人教版教材在书写形式上不强调将阴、阳极得失电子数配成相同。同时，新人教版删去了旧人教版教材中对原电池和电解池的表格化比较，而是在电解原理分析中逐步渗透；删去了设计电解饱和食盐水装置的探究活动，而是在第一课讲述电解原理时，就让学生分析电解氯化铜溶液的电解池模型。新人教版教材注重对电解模型的构建，突出分析思路和方法，引导学生类比分析电解模型。由电解饱和食盐水出发，进阶到多溶质体系的电解精炼模型，将电解原理分析上升到更高阶段。进一步设置电镀任务，可让学生灵活运用电解原理，自行设计实验方案实现电镀目的，锻炼实验探究能力。针对实际问题开展分析解释、推论预测、设计评价等学习活动，培养学生独立开展科研探究的能力，使电解原理的理论知识在实践中深化，培养学生“科学探究与创新意识”的学科素养。三、学情分析通过第一课时电解原理的学习，学生已初步建立了电解池模型，掌握了电解池的阴、阳极反应特点，知道常见阴、阳离子的放电顺序，能据此分析出典型电解液中的电解原理，并能用电极反应式对阴、阳极反应及总反应进行符号表征。但是，对于特定情境下稍复杂的电解体系分析尚有不足，将电解原理结合于实际应用的分析尚有欠缺。四、素养目标【教学目标】能根据离子放电顺序分析电解饱和食盐水的工作原理，书写电极反应式；能利用电解原理分析电解精炼这一较复杂的体系中的反应原理，建立将电解应用于实际问题的思维模型，能设计电解池完成电镀任务，并分析电冶金工业的电解原理；3.通过电解在生产生活中的应用，能体会电解的重要价值，从能量角度理解化学学科的重要性。【评价目标】1．通过对电解饱和食盐水、电解精炼和电冶金工业的反应原理分析，诊断学生对电解原理的掌握程度；2．通过对几种应用情境下的电极反应式与总反应方程式的书写，诊断和发展学生证据推理能力和模型认知素养；3．通过电镀应用的实验设计，诊断和发展学生对电解池模型构建及电解池体系设计的能力。五、教学重点、难点教学重点：电解饱和食盐水、电解精炼铜和电冶金实际情境下的电解原理分析和电镀装置的设计；教学难点：根据阴、阳离子的放电顺序，书写电解饱和食盐水、电解精炼铜、电镀和电冶金的电极反应式和电解总反应方程式。六、教学方法七、教学思路八、教学过程环节教师活动学生活动课堂引入【教师讲解】在元素化合物的学习中，我们认识了氯气。氯气被广泛应用于自来水消毒、制漂白粉和漂白液、制氯丁橡胶等方面；烧碱也被广泛应用于制皂、人造丝、造纸、炼制石油等领域，二者都是重要的化工原料。因此，百年前化工行业中诞生了重要的一类工业——氯碱工业，利用电解饱和食盐水的方法来制备氯气和烧碱。学生回顾已学知识，认识氯气和氢氧化钠的重要工业价值，初步认识氯碱工业。电解原理看应用【教师提问】根据电解原理，让学生分析采用惰性电极电解氯化钠溶液时，是如何制取氯气和烧碱的？在阴、阳极上放电的离子分别是哪些？学生类比电解氯化铜溶液的原理，分析电解食盐水时阴、阳极上放电的离子。【教师讲解】教师根据学生的回答，引导学生梳理电解池模型的分析思路，确定在阴、阳极上放电的离子。学生聆听并与自身思路对照。【学生练习】让学生写出阴、阳极的电极反应式。学生根据分析，落实电极反应式的书写。【教师提问】根据写出的电极反应式，让学生判断阴、阳极产物分别是什么？如何设计实验检验产物？若电解开始前，在食盐水中加入几滴酚酞，预测两侧电极附近将会看到什么现象？学生根据电极反应式，判断电极产物，预测两侧电极附近的现象；结合已有知识，回答产物检验方法。【实验探究】进行电解食盐水的实验探究。学生观察实验现象，得出实验结论。【课堂练习】让学生书写出电解食盐水的总反应式。学生书写总反应式。【教师提问】让学生思考在电解的过程中，饱和食盐水成分是否发生变化？学生根据电解总反应式，判断电解液的组分变化。【教师提问】请同学们探讨，目前的电解饱和食盐水装置，能达到工业生产的目的吗？如果不能，如何对装置加以改进以适应工业生产需要？学生交流探讨，根据电极产物，分析装置中发生的副反应，并据此思考改进方法。【教师讲解】教师展示离子交换膜法电解饱和食盐水的装置图，讲解离子交换膜的作用：一是防止氢气与氯气混合，消除爆炸隐患；二是阻止饱和食盐水中的氢氧根移向阳极，与阳极产物氯气发生反应被消耗，而是留在阴极区与钠离子形成目标产物烧碱。学生观察氯碱工业所用装置图，理解实际生产中装置改进的目的。【教师提问】让学生思考：若使用阴离子交换膜是否可行？若不使用离子交换膜，电解一段时间后，将电解液充分搅拌混合，能获得何种物质？学生思考使用阴离子交换膜的效果；通过分析电解液成分变化，确定混合后产物。【教师讲解】我国氯碱工业自百年前起步至现在，已发展成为世界领先水平，这离不开科技进步和学术交流的推动。我国成立了中国氯碱工业协会，定期举办氯碱论坛，并创办了《中国氯碱杂志》，期待未来同学们为我国的工业发展作出贡献。了解我国氯碱工业发展现状，体会我国科技事业的飞速进步，增强民族自豪感，激发为祖国建设而奋斗的决心。电解原理析应用【教师提问】当今社会是信息化的社会，信息的传递离不开导线。普遍使用的铜制导线要求铜纯度很高。铜来源于含锌、铁、镍等多种杂质的黄铜矿。工业上利用电解原理将粗铜精炼，这是如何实现的呢？学生交流讨论粗铜所属电极？以及另一电极和离子导体如何选择？学生思考并交流粗铜精炼的原理，由电极反应确定粗铜所属电极，并确定另一电极；分析离子导体组分。【教师讲解】带领学生梳理电解精炼铜原理。根据粗铜上期望的电极反应，确定粗铜为阳极，铜作活性电极。学生聆听并思考。【教师提问】让学生思考，除铜以外，其他金属是否参与电极反应？如何分析？学生思考并回答。【教师讲解】金属在阳极上放电表现还原性，放电顺序与金属活泼性一致。因此，活泼性排在铜前的锌、铁、镍会优先于铜依次放电，据此分析阳极发生的电极反应。排在铜后的银和金无法放电，成为阳极泥，在阳极上沉积下来。对阴极而言，期望发生的电极反应为铜离子还原为铜，因此用精铜作为阴极材料。电解液需提供足量铜离子供阴极上析出铜，因而应选择硫酸铜溶液。学生聆听并思考，与自身思路对照。【教师提问】让学生分析电解过程中电解液组分是否发生变化？学生根据总反应，判断电解液浓度变化。【教师讲解】电解精炼过程中，比铜活泼的金属在阳极上发生氧化反应，成为金属阳离子溶解，不能在阴极上放电，最终留在电解液中；比铜不活泼的金属则不能在阳极上放电，从而在阳极上沉积，成为阳极泥。学生聆听并总结。电解原理我应用【教师提问】电解原理在我们身边也有着广泛的应用，例如手机、U盘、厨具、一些灯具、车辆，都是利用电解原理在这些物品表面镀上了一薄层金属，即采用了电镀工艺。根据电解原理，请同学们交流探讨如何实现在铁钉上镀铜？让学生进行小组合作，设计实验方案，确定阴、阳极电极材料和离子导体。学生开展小组讨论，确定阴、阳极材料和离子导体，形成实验方案，汇报并交流。【学生练习】让学生写出铁钉镀铜的阴、阳极电极反应式。学生落实电极反应式书写，小组内互检。【教师提问】让学生分析电解过程中是否需要补充电解液？学生分析电解液组分变化，判断是否补充。【实验探究】进行铁钉镀铜的实验探究。学生观察实验现象，得出实验结论。【教师讲解】强化电解池分析思路，先根据期望发生的电极反应确定阴、阳极。经分析知，镀件铁钉作阴极，镀层金属铜作阳极，含镀层金属的盐溶液作为离子导体。电镀可以改进金属制品的外观，提高抗腐蚀能力和耐磨性。学生梳理铁钉镀铜原理，认识电解原理在电镀中的应用，体会电镀对生产生活的重要作用。电解原理再应用【教师提问】让学生回顾工业上制备金属钠的方法，引出电解法冶炼金属钠。以电解熔融氯化钠为例，教师引导学生分析其反应原理。学生依据电解原理分析活泼金属钠、镁、铝的冶炼原理：确定阴、阳极材料和离子导体，写出阴、阳极的电极反应式和总反应式。【教师提问】向学生发问，如何制备金属镁和铝？引导学生分析冶炼金属镁和铝的电解池体系，包括电极材料和离子导体的选择，在此基础上分析并书写阴、阳极电极反应式和电解总反应式。【教师讲解】简要总结电解原理在电冶金领域的应用及反应原理。学生聆听并思考。课堂小结【教师总结】电解原理在生产生活中多个领域都有着广泛应用，例如利用通过电解饱和食盐水制取氯气和烧碱，即氯碱工业；再如利用电解原理从粗铜中精炼铜，还有生活中许多物品利用电解原理镀上一薄层金属，提高耐腐蚀性和美观性；利用电解法还可以冶炼活泼金属钠、镁、铝。希望同学们保持敏锐的洞察力发现电化学原理在身边的应用，并与同学交流分享。学生梳理本节内容，认识电解原理对生产生活的重要贡献，体会化学学科的社会价值，树立学好科学知识的信念，提升社会责任感。练习巩固【教师提问】设置随堂练习题目，以检验学习成果。学生完成习题。九、板书设计十、课堂练习（典型性、代表性和覆盖面）1.下列叙述错误的是（）A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀2.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是（）A.电解时以精铜作阳极B．电解时阳极发生还原反应C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu=Cu2++2e-D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥（）3.下列描述中，不符合生产实际的是（）A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C．在冶金工业上，常用电解法制取钠、镁、铝等金属D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极4.下列关于电解氯化钠水溶液（两根石墨棒作电极）的叙述正确的是（）A.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞溶液，溶液呈无色B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕黄色C.电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠D.电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性5.关于下列各图的说法中，正确的是（）A．①中阴极处能产生使湿润淀粉KI试纸变蓝的气体B．②中待镀铁制品应与电源正极相连C．③中电子由b极流向a极D．④中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应《电解原理的应用》作业设计1．下列关于电解槽的叙述中不正确的是（）A．与电源正极相连的是电解槽的阳极B．在电解槽的阴极发生还原反应C．溶液中的阳离子移向电解槽的阴极D．电子从电源的负极沿导线流入阴极【参考答案】C【质量水平】考点细化内容质量水平电解池原理A电解池阳极与电源正极相连L1B电解槽阴极发生的是还原反应L1C电解液中的阳离子移向电解池阳极上放电L1D电子经外电路由电源负极流入电解池阴极L12．下列物质不属于氯碱工业产品的是（）A．液氯 B．盐酸 C．乙烯 D．漂白粉【参考答案】C【质量水平】考点细化内容质量水平氯碱工业原理A氯碱工业有三种电极产物——氢气、氯气、氢氧化钠，由三种产物互相反应可制备衍生产品——漂白粉L1BL1CL1DL13.关于电镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是（）A.都用粗铜做阳极、纯铜做阴极B.电解液的成分都保持不变C.阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋D.阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu【参考答案】D【质量水平】考点细化内容质量水平电镀和电解精炼原理A电镀和电解精炼的阴、阳极材料L1B电解过程中电镀和电解精炼的电解液成分变化L1C电镀和电解精炼的阳极电极反应L1D电镀和电解精炼的阴极电极反应L14．下列关于金属冶炼的说法正确的是（）A．由于Al的活泼性强，故工业上采用电解熔融AlCl3的方法生产AlB．可以用钠加入氯化镁溶液中制取镁C．电解饱和食盐水可以制备金属钠D．金属冶炼的方法由金属的活泼性决定【参考答案】D【质量水平】考点细化内容质量水平电冶金原理A电解熔融氧化铝制备金属铝L1B电解熔融氯化镁制备金属镁，而钠与氯化镁溶液的反应实质为钠与水的反应L1C电解熔融氯化钠制备金属钠，而电解饱和食盐水制得氯气、烧碱和氢气L1D金属冶炼方法的选择取决于金属的活泼性L15.如图为电解饱和食盐水的简单装置，下列有关说法正确的是（）A.电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色B.蛋壳表面缠绕的铁丝上发生氧化反应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【参考答案】D【质量水平】考点细化内容质量水平电解饱和食盐水原理A碳棒与电源负极相连，作电解池阴极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，蛋壳内的碳棒附近放出氯气，并聚集大量的钠离子；蛋壳起到隔膜作用，阻止阴极产生的氢氧根通过，因此蛋壳内的溶液无碱性，溶液呈无色L2B铁丝与电源负极相连，作电解池阴极，发生得电子的还原反应L2C铁丝作阴极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成的气体是H2，不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝L2D蛋壳在电解池中起到隔膜作用，可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触L26.利用如图所示装置可实现在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是（）A.通电后，Ag＋向阳极移动B.银片与电源负极相连C.该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===AgD.当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初【参考答案】C【质量水平】考点细化内容质量水平电镀原理A电解池中，阳离子Ag＋向阴极移动L2B在铜牌上镀银，银片作阳极，与电源正极相连L2C镀件铜牌作阴极，电极反应为Ag＋＋e－===AgL2D电镀一段时间后，铜牌上覆盖一层银，但并不致密。将电源反接后，由于Cu比Ag活泼，先于Ag发生还原反应成为Cu2＋进入溶液，因此铜牌不可能恢复如初。L27.如图A为直流电源，B为浸透饱和NaCl溶液和酚酞溶液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后发现B上的c点显红色，为实现铁上镀铜，接通K后，使c、d两点短路，下列叙述正确的是（）A.a为直流电源的负极B.c极上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑C.f电极为铜板D.e极发生还原反应【参考答案】B【质量水平】考点细化内容质量水平多电解池连接AK断开时，接通电路后，B上的c点显红色表明c极产生氢氧根，为电解池的阴极，与电源负极b极相连，因而a极为电源正极L2Bc极为电解池的阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑L2Cf极为电镀槽C的阴极，应是镀件铁板L2De极为电镀槽C的阳极，发生氧化反应L2二、单项选择题=2\*ROMANII8．一种电解法合成氨的装置如图所示，该法采用高质子导电性的SCY陶瓷，用吸附在它内外表面上的金属Pd多晶薄膜做电极，实现了570℃、常压下高转化率合成氨。下列叙述正确的是（）A．阴极的电极反应式为N2＋8H＋＋6e－=2NHeq\o\al(＋,4)B．该装置工作时，H＋从a极区向b极区迁移C．每生成1molNH3，有3gH2被氧化D．该装置实现了在常温常压下高转化率合成氨【参考答案】C【质量水平】考点细化内容质量水平陌生电解池的分析A反应总方程式为N2＋3H2⇌2NH3，N2在阴极上发生还原反应，电极反应式为N2＋6e－＋6H＋=2NH3L2Ba极上发生还原反应，为电解池阴极，b极为电解池阳极，H＋由阳极（b极）区迁移向阴极（a极）区L2C每生成1molNH3，转移3mol电子，根据阴、阳极转移电子数相同，应同时有1.5mol（3g）H2被氧化L3D由题干信息可知，该法实现了570℃、常压下高转化率合成氨，并非常温条件L19．我国科研团队开发了一种新型铠甲催化剂Ni/Co@石墨烯，可以高效去除合成气中的H2S杂质并耦合产氢，其工作原理如图所示。下列说法错误