4.2電解池（第1課時）（教學設計）高二化學高效課堂（人教版2019選擇性必修1）

第四章《化學反應與電能》教學設計第二節(jié)電解池第一課時電解池課題：4.2.1電解池課時1授課年級高二課標要求內容要求：掌握電解池的工作原理和基本概念，包括陰陽極、電子轉移、離子移動等。理解電解池中的離子移動和電極反應過程，包括陽極氧化反應、陰極還原反應等。學業(yè)要求：培養(yǎng)實驗設計和操作能力，能夠設計和實施簡單的電解實驗，觀察并記錄實驗現(xiàn)象，并能夠分析和解釋實驗結果。教材分析本節(jié)內容是高中化學人教版（2019版）選擇性必修1第四章第二節(jié)《電解池》內容。電解池是高中化學中的一個重要部分，涵蓋了電解池的工作原理、離子移動和電極反應過程、電解池的應用以及實驗設計和操作等。在本章節(jié)中，我們將介紹電解池的基本概念、工作原理和陰陽極反應類型。通過這部分內容的學習，學生可以了解電解池的基本性質和運作方式，為后續(xù)學習打下基礎。內容的組織方面，教材通過由淺入深、由理論到實踐的方式，逐步展開電解池的教學內容。從基本原理到應用實例，從理論知識的講解到實驗操作的演示，逐步深入，有助于學生更好地理解和掌握電解池。同時，通過實驗設計和操作等實踐性教學環(huán)節(jié)，增強學生的理解和記憶，培養(yǎng)學生的實驗設計和操作能力。教材的重點落在電解池的工作原理、陰陽極反應過程等基本概念的理解和應用。而教學難點則在于如何將理論知識與實驗操作相結合，以及如何讓學生理解和掌握一些抽象概念和反應過程。教師需要通過生動的實驗教學、案例分析和互動討論等教學方法，幫助學生加深理解電解池是高中化學中的一個重要部分，與我們的日常生活和工業(yè)生產有著密切的聯(lián)系。通過本章的學習，學生可以更好地理解電解池的基本原理和性質，為后續(xù)學習打下堅實的基礎。同時，電解池的應用實例也與其他章節(jié)的內容相呼應，有助于構建化學學科的整體知識體系。教學目標1.掌握電解池的基本原理和概念，包括陰陽極反應類型等應用；2.理解離子移動和電極反應過程，包括微觀粒子的運動和電極反應的微觀解釋；3.培養(yǎng)實驗安全意識和環(huán)保意識，注重實驗操作規(guī)范；4.通過實驗演示和案例分析，增強學生對電解池的理解和記憶；重點難點重點：理解電解池的工作原理：即電流通過電解質溶液時，在陰陽兩極上發(fā)生的氧化還原反應。這需要學生具備基本的電化學知識。難點：掌握陰、陽極反應過程：電解池的陰陽極反應復雜，涉及到氧化還原反應的原理，并能夠根據(jù)實際情況進行判斷和書寫。核心素養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析：宏觀上通過學生對電解氯化銅溶液的實驗現(xiàn)象的觀察，得出有效實驗信息加以分析；微觀角度理解電解池工作原理反?？茖W探究與創(chuàng)新意識：通過實驗探究，初步體驗有序、全面、敏銳觀察實驗現(xiàn)象的方法，并能準確地用語言描述，嘗試對現(xiàn)象進行分析、歸納，培養(yǎng)初步的科學探究能力?？茖W精神與社會責任：通過對電解池的探究分析，學習電解池的工作原理，結合工作生產與生活應該。理解科學認識來源于實踐的科學精神，科學認識的方法之一是定性與定量相結合。學情分析從學生的知識認知看，在上一節(jié)我們已經學過原電池，所以學生對電化學領域的知識已經有了初步的了解，但對電解池的學習還處于起步階段。大部分學生對于電解池的基本原理和過程在化學電源中的“二次電池”的學習過程中有簡單的了解。本節(jié)的學習帶領學生深入學習電解池工作原理，并能夠初步理解陽極和陰極反應。然而，他們在面對一些復雜問題時可能會感到困惑。因此，在電解池的學習中，教師應注重循序漸進的引導和講解，使學生逐漸理解并掌握電解池的相關知識。另一方面，高二學生對實踐操作和實驗技能的需求也較高。通過實驗教學和案例分析，學生可以更好地理解電解池的實際應用，并提高實驗操作技能。教師需要關注學生的學習習慣和方法，提供適當?shù)闹笇Ш蛶椭?，以促進學生的學習效果?？偟膩碚f，高二學生對電解池的學習處于起步階段，需要教師在教學過程中注重基礎知識的教學和實踐操作的引導，同時也需要關注學生的學習態(tài)度和方法問題。只有這樣，才能幫助學生更好地掌握電解池的知識和應用，提高他們的化學素養(yǎng)和綜合素質。教學過程教學環(huán)節(jié)教學活動設計意圖環(huán)節(jié)一、創(chuàng)設情境，激發(fā)興趣生活情境、引入電解池的概念【導入】解密電解水騙局隨著生活品質的提高，現(xiàn)在每個家庭對飲用水也有了嚴格的標準，所以市場上出現(xiàn)了琳瑯滿目的各種凈水器，價位不等，形式各樣，為我們提供了很多的選擇，下圖是我們常見的幾個類型的凈水器。由于凈水器的價位不同，選擇過多，也被一些不良商家鉆了空子。但也有些不良商家在小區(qū)內推銷自制，無品牌的凈水器。電解兩杯不同的水，一杯是自來水，一杯是通過商家凈水器凈化后的飲用水。實驗的現(xiàn)象是，沒有凈化的自來水出現(xiàn)了嚴重的污濁，而通過商家凈化后的水仍是清澈的。這是為什么呢？難道是我們的自來水真的這么不堪嗎？通過今天的學習，希望同學們揭開小區(qū)的電解水騙局?！净訂栴}】在上一節(jié)我們學習了化學電源，其中二次電池是充放電可逆形式的，我們知道電池放電是原電池原理?！締栴}】原電池中的能量轉化方式是什么？【學生】化學能轉化成電能【討論】引導學生討論，電能如何轉化成化學能？生活中是否見過這種裝置？【學生】電能可以轉化成化學能，我們在學習化學電源中的鉛酸蓄電池的充電過程就是將電能轉化成化學能；在生活中我們的電腦，充電過程就是實現(xiàn)這種能量的轉化。根據(jù)創(chuàng)設生活中電解池的應用，激發(fā)探究欲望。環(huán)環(huán)節(jié)二初步建立分析電解池系統(tǒng)認識角度(裝置、能量轉化)活動一、原電池原理的理解【知識回顧】初中化學已學過電解水的實驗，回顧該實驗的現(xiàn)象、電極產物、畫出裝置圖，分析該過程中的能量轉化形式。（電解水的示意圖）【過渡】讓同學分小組，按照教材組裝實驗裝置。在U形管中注入質量分數(shù)為25%的CuC12,溶液，插入兩根石墨棒作電極材料（如圖49）。把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在與直流電源正極相連的石墨棒附近。接通直流電源，觀察U形管內的現(xiàn)象和試紙顏色的變化?！締栴}1】觀察U形管內的現(xiàn)象和試紙顏色的變化?！緦W生】通電后不久，可以看到與直流電源負極相連的石墨棒上逐漸覆蓋了一層紅色的銅。在與直流電源正極相連的石墨棒上有氣泡產生，氣體能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兂伤{色。根據(jù)氣體的刺激性氣味和試紙變色情況，可以推測產生的是氯氣。【問題2】實驗表面，CuCl2溶液在電流的作用下為什么會產生生成Cu和Cl2?【學生】在水溶液里，CuCl2會發(fā)生電離，生成Cu2+和Cl?！締栴}分解】1.電極材料的選擇？【回答】電極材料是石墨，石墨是惰性電極，不能放電。2.通電后，溶液中的離子如何運動？通電前，在CuCl2溶液中，存在四種離子：Cu2+、Cl、H+和OH，作自由運動。通電后，在電極的作用下，這些自由運動的離子改作定向運動，陰離子趨向陽極，陽離子趨向陰極。當這些離子到達電極時，某些陰離子失去電子被氧化，某些陽離子獲得電子被還原，這個過程叫放電?！净印扛鶕?jù)我們的實驗現(xiàn)象，引導學生畫出電解CuCl2溶液的微觀模型。【投屏】【問題3】在上述電解過程中，Cu2+和H+都趨向陰極，為什么在該條件下陰極產生的是Cu而不是H2呢？【討論】Cu2+→Cu，化合價降低，得電子，發(fā)生還原反應。引導學生從氧化性角度思考問題?！净卮稹垦趸裕篊u2+>H+，Cu2+先放電，Cu2+放電結束后，水中H+才會放電?！締栴}4】根據(jù)實驗現(xiàn)象，推導書寫電極反應式?！净卮稹楷F(xiàn)象：陽極→黃綠色氣體→濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍→推理產物Cl2陰極→有紅色金屬析出→推理產物Cu電極反應式：陽極：2Cl2e=Cl2↑陰極：Cu2+＋2e=Cu【知識檢測】（1）某些不能自發(fā)進行的氧化還原反應，通過電解可以實現(xiàn)(√)（2）金屬導電是物理變化，電解質溶液導電是化學變化(√)（2）電解CuCl2溶液，陰極逸出的氣體能夠使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{(×一、電解池【投屏】1.電解：使電流通過電解質溶液或熔融電解質，而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。電解過程可以看作外接電源提供的電能，借助電解池將還原劑的電子轉移給了氧化劑。2.電解池（電解槽）：把電能轉變?yōu)榛瘜W能的裝置?！居懻摗糠中〗M討論電解池構成的條件?！纠蠋煛侩娊獬貥嫵傻臈l件①兩個電極②直流電源相連③電解質溶液或熔融電解質④形成閉合回路。二、電解池的工作原理【討論】分小組討論，根據(jù)對電解CuCl2溶液的學習總結電解池工作原理。【問題1】如何判斷電解池的陰極、陽極。【投屏】【對應訓練1】下圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極，則下列有關判斷正確的是（）A．a為負極，b為正極 B．a為陽極，b為陰極C．電解過程中，d電極質量增加D．電解過程中，氯離子濃度不變【答案】C【解析】A、根據(jù)電流方向可知a為正極，b為負極，故A不符合題意；B、根據(jù)電流方向可知a為正極，b為負極，故B不符合題意；C、根據(jù)電流方向可知a為正極，b為負極，c為陽極，d為陰極，電解過程中，d電極銅離子得到電子變?yōu)殂~單質，質量增加，故C符合題意；D、電解過程中，c極氯離子失去電子變?yōu)槁葰?，因此濃度減小，故D不符合題意；故答案為：C。【對應訓練2】下列關于能量轉化的說法中，錯誤的是（）A．電解水生成氫氣和氧氣時，電能轉化為化學能B．綠色植物進行光合作用時，太陽能轉化為化學能C．白熾燈工作時，電能全部轉化為光能D．煤燃燒時，化學能主要轉化為熱能【答案】C【解析】A.電解水生成氫氣和氧氣的電解裝置是將電能轉化為化學能的裝置，故不符合題意；B.綠色植物進行光合作用時，太陽能轉化為化學能，故不符合題意;C.白熾燈工作時電能轉化為光能和熱能，故符合題意；D.物質的燃燒將化學能轉化為熱能和光能，主要是熱能，故不符合題意。故答案為：C。二、電解規(guī)律【思考】電解氯化銅溶液實驗中，電解質溶液中存在Cl、OH、Cu2+、H+四種離子，為什么陽極反應為Cl失去電子生成Cl2，而不是OH失去電子生成O2呢？為什么陰極反應為Cu2+得到電子生成Cu單質，而不是H+得到電子生成H2呢？【老師】點解產物是由溶液中的離子的放電順序所決定的，那么我們來總結一下：陽極：失電子，發(fā)生氧化反應—比較——還原性(失電子能力）強弱①若為金屬（非惰性）電極，電極失電子，金屬在陽極失電子被氧化成陽離子進入溶液，陰離子不容易在電極上放電。②若為惰性電極，電解質溶液中陰離子“爭”失電子。陰離子的放電順序是：S2>SO32>I>Br>Cl>OH>NO3>SO42(等含氧酸根離子）>F陰極：得電子，發(fā)生還原反應—比較——氧化性(得電子能力）強弱電極本身不參加反應②一定是電解質溶液中陽離子“爭”得電子陽離子在陰極上放電順序是：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+【問題】根據(jù)學習的電解規(guī)律，分小組討論書寫電解池的電極反應式的方法。【學生】分析電解反應(用惰性電極時)的一般思路，以“電解氯化銅溶液”為例：（1）明確溶液中存在哪些離子電解氯化銅溶液實驗中，電解質溶液中存在Cl、OH、Cu2+、H+四種離子（2）離子的移動方向；陰離子移向陽極；陽離子移向陰極；（3）陰陽兩極附近有哪些離子陰離子移向陽極→Cl、OH移向陽極；陽離子移向陰極→Cu2+、H+移向陰極；（4）根據(jù)陽極氧化、陰極還原以及氧化性、還原性強弱判斷反應的離子先后，最后分析得出產物陽離子的放電順序是：Cl>OH陰離子在陰極上放電順序是：Cu2+>H+陽極：2Cl2e=Cl2↑陰極：Cu2++2e=Cu【對應訓練3】下列用惰性電極電解不同物質的電極反應式中，錯誤的是A．電解飽和食鹽水

陰極：B．電解溶液

陰極：C．電解熔融

陽極：D．電解溶液

陽極：【答案】A【詳解】A．電解飽和食鹽水陰極水電離出的氫離子放電，即，A錯誤；B．電解溶液陰極銅離子得電子生成銅單質，電極反應正確，B正確；C．電解熔融陽極氯離子放電生成氯氣，電極反應正確，C正確；D．電解溶液陽極氫氧化鈉電離的氫氧根放電生成氧氣，電極反應正確，D正確；【對應訓練4】用惰性電極電解飽和食鹽水的反應原理為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，下列說法錯誤的是A．陽極反應式為：2Cl2e=Cl2↑B．H2O為還原劑，得到電子C．電解一段時間后，溶液的pH變大D．NaOH既不是氧化產物也不是還原產物【答案】B【詳解】A．根據(jù)惰性電極電解飽和食鹽水的總反應可知，陽極氯氣發(fā)生失電子的氧化反應，其電極反應式為：2Cl2e=Cl2↑，A正確；B．陰極水得電子轉化為氫氣，水為氧化劑，B錯誤；C．根據(jù)總反應可知，電解一段時間后，生成的氫氧化鈉使溶液的pH增大，C正確；D．上述反應中，氫氣為還原產物，氯氣為氧化產物，氫氧化鈉既不是氧化產物也不是還原產物，D正確；通過分析讓學生初步從裝置、能量視角建立電解池的基本認知，為建立電解池基礎模型奠定基礎。設計意圖:通過都放電順序的分析，鞏固學生對電解池裝置的認識，并通過獲得的產物及物質變化的原理分析，理解體系中多種離子存在競爭放電時，離子放電順序就是比較氧化性、還原性的強弱順序，體會研究水溶液電解產物的一般過程和方法?；顒佣?、電解質溶液用惰性電極電解的示例酸、堿、鹽溶液電解規(guī)律(惰性電極)（一）電解水型【過渡】已經掌握了電解池（惰性電極）工作時的電解規(guī)律；【互動】與學生互動問答，提問陰極，陽極離子放電順序，可以實現(xiàn)課堂效果，同時又可以強化基礎知識?！居懻?】分小組討論，含氧酸的電解規(guī)律，如電解H2SO4、HNO3等溶液；電解【投屏】陽極：2H2O－4e－＝4H++O2↑；陰極：4H++4e－＝2H2↑電解總反應：2H2O====O2↑+2H2↑【問題1】電解一段時間后，溶液的濃度如何變化？通過什么方法可以恢復溶液狀態(tài)？【學生】電解后溶液中溶質的質量分數(shù)增大，若要恢復原來的濃度，只需加入一定量的水即可?！居懻?】分小組討論，的電解強堿規(guī)律，如電解NaOH、KOH等溶液；電解【投屏】陽極：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑陰極：4H2O+4e－＝2H2↑+4OH－電解總反應：2H2O====O2↑+2H2↑【問題2】電解一段時間后，溶液的濃度如何變化？通過什么方法可以恢復溶液狀態(tài)？【學生】電解后溶液中溶質的質量分數(shù)增大，若要恢復原來的濃度，只需加入一定量的水即可?！居懻?】分小組討論，氫前金屬含氧酸鹽的電解規(guī)律，如電解Na2SO4、KCO3等溶液；電解【投屏】陽極：2H2O－4e－＝4H++O2↑陰極：4H2O+4e－＝2H2↑+4OH－電解總反應：2H2O====O2↑+2H2↑（二）電解電解質本身【討論】分小組討論，含電解HCl、CuCl2等溶液的電解規(guī)律；【老師】根據(jù)電極離子的放電順序，同學們可以直接寫出電極反應式?！就镀痢浚?）電解HCl溶液電解陽極：2Cl－－2e－＝Cl2↑陰極：2H++2e－＝H2↑電解總反應：2HCl====Cl2↑+H2↑（2）電解CuCl2溶液電解陽極：2Cl－－2e－＝Cl2↑陰極：Cu2++2e－＝Cu電解總反應：CuCl2====Cl2↑+Cu【老師】電解后溶液中溶質的質量分數(shù)減小，若要恢復原來的組成和濃度，需加入一定量的溶質(加入一定量的HCl氣體，CuCl2固體)（三）放氫生堿型【討論】分小組討論，含電解NaCl、KCl、MgCl2、AlCl3溶液的電解規(guī)律；【投屏】電解NaCl溶液時其電極反應式為：電解陽極：2Cl－－2e－＝Cl2↑陽極：2Cl－－2e－＝Cl2↑電解總反應：2NaCl+2H2O=====2NaOH+Cl2↑+H2↑【總結】電解后原溶液中溶質的質量分數(shù)減小，若要恢復原來的組成和濃度，需通入一定量的HCl氣體。（四）放氧生酸型【討論】分小組討論，含電解CuSO4溶液、AgNO3溶液的電解規(guī)律；【投屏】電解CuSO4溶液時其電極反應式為：電解陽極：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑陰極：2Cu2++4e－＝2Cu電解總反應：2CuSO4+2H2O======2Cu+O2↑+2H2SO4【總結】電解后原溶液中溶質的質量分數(shù)減小，若要恢復原來的組成和濃度，需加入一定量金屬氧化物。利用已有知識，預測物質的性質，培養(yǎng)利用所學解決實際問題的能力。課堂總結電解規(guī)律總結陽極：失電子，發(fā)生氧化反應—比較——還原性(失電子能力）強弱①若為金屬（非惰性）電極，電極失電子，金屬在陽極失電子被氧化成陽離子進入溶液，陰離子不容易在電極上放電。②若為惰性電極，電解質溶液中陰離子“爭”失電子。陰離子的放電順序是：S2>SO32>I>Br>Cl>OH>NO3>SO42(等含氧酸根離子）>F陰極：得電子，發(fā)生還原反應—比較——氧化性(得電子能力）強弱電極本身不參加反應②一定是電解質溶液中陽離子“爭”得電子陽離子在陰極上放電順序是：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+板書設計第四章化學能與電能第二節(jié)電解池一、電解池1.定義：2.電解池構成的條件：二、電解原理1.電解CuCl2溶液2.惰性電極電解酸堿鹽溶液（1）電解水型（2）電解電解質本身教學反思教學方法：在教學中，我注重學生的實踐操作和觀察能力，通過演示實驗和分組實驗等方式，讓學生親自動手操作，觀察電解池的工作原理和過程。但是，在講解理論知識時，應該更加注重學生的基礎知識的掌握，加強講解和討論，讓學生更好地理解電解池的基本概念、工作原理和影響因素。學生反饋：在教學過程中，我關注了學生的反饋和問題，并及時調整教學策略和方法。但是，還應該更加注重學生的個體差異，根據(jù)不同學生的學習特點和需求，制定不同的教學計劃和方法，幫助他們更好地理解和掌握電解池知識。實驗安全和環(huán)保：在電解池實驗教學中，我注重實驗安全和環(huán)保，確保學生正確使用實驗器材和試劑，避免發(fā)生意外事故。但是，還應該加強實驗廢棄物的處理和管理，減少實驗廢棄物的產生和對環(huán)境的影響。聯(lián)系實際：在教學中，我注重將電解池知識與實際生活和工業(yè)應用聯(lián)系起來，讓學生了解電解池在生活和工業(yè)中的應用。但是，還應該更加注重將電解池知識應用到實際問題中，提高學生的解決實際問題的能力。總的來說，高二電解池的教學需要注重學生的實踐操作、基礎知識掌握、實驗安全和環(huán)保以及聯(lián)系實際等方面。通過不斷反思和改進，提高教學質量和效果，幫助學生更好地理解和掌握電解池知識。課后作業(yè)【練習1】用惰性電極電解飽和食鹽水的反應原理為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，下列說法錯誤的是A．陽極反應式為：2Cl2e=Cl2↑B．H2O為還原劑，得到電子C．電解一段時間后，溶液的pH變大D．NaOH既不是氧化產物也