4.2.2 电解原理的应用 教学设计 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 第二节 电解池（第 2 课时） 电解原理的应用 一、课标呈现 认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用，了解电解池的工作原理，能设计 简单的电解池。认识电解在实际物质转化和储存能量中的具体应用。学业要求：能辨识化学 反应中的能量转化形式，综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题。 二、教学内容分析 1.内容分析 教材的设计大致分为三个阶段，就电解原理的应用而言，冶炼活泼金属、电镀、电解精炼、电解饱和食盐水和电化学储能等典型生产过程都是重要的化工产业。通过一般模型的构建，要求学生既要静态地认识电解池的构成，又要动态地了解其工作原理和过程，是一个从“抽象思维到实践”的过程，培养学生深度应用电解模型解决真实问题的能力。本课时是将电解原理应用在具体实例中。冶炼工厂通过电解制锌，从电极上得到粗锌，引导学生利用电解原理进行精炼，设计电解池，选择合适的电极材料和电解质溶液，掌握设计模型的一般思路。工业上冶炼活泼金属是通过电解熔融的盐或氧化物，学生思考电解饱和食盐水能否制取钠，分析饱和食盐水成分，预测电解产物，并设计实验验证猜想。再深入思考电解过程，为了碱能在阴极导出，防止氢氧根离子迁移到阳极区与氯气反应、氯气与氢气混合发生反应，设计阳离子交换膜电解槽，完善电解模型。在电解过程中，除了物质转化，还伴随着能量转化，通过电解将化学能转化为电能进行储存，深度应用电解原理。生活中广泛应用的铅蓄电池、充电宝、新能源汽车等设备，提高了我们的生活水平，激发了学生进一步学生化学知识并运用在生活中的兴趣。 2.素养呈现 通过工业粗锌精炼的情境，选择电极和电解质，分析电极反应，初步设计电解模型。分 析饱和食盐水中离子种类，预测电极反应，设计方案检验产物，培养学生“证据推理与模型 认知”能力。通过对实验室电解模型分析，结合实际生产需求，评价装置优、缺点，完善简 单模型，应用于氯碱工业，培养学生“科学探究和创新意识”。最后通过电解过程中的能量 变化，分析二次电池充电的原理以及在生产生活中的使用，深度应用电解模型，发展学生“科 1 学态度与社会责任”的化学学科核心素养。 三、学情分析 本节课的授课对象为高二选修化学的学生，学生已经掌握了氧化还原反应、离子反应、 原电池等知识，接触过电解池的工作原理，但是对电解原理的应用并没有特别深入的理解， 尤其是处理真实问题时能力欠缺。通过对电解池原理及应用的学习，学生产生了利用理论 知识解决实际问题的兴趣。在课堂上模拟实际生产过程，学生设计并动手实验，在真实的 情境中不断修正以前所学知识，从而形成解决实际问题的能力。 四、教学目标 1.能够结合工业生产需求，学会设计简单模型，选择合适的电极材料和电解质溶液，用于粗锌精炼。 2.学会评价电解饱和食盐水装置，设计出能应用于氯碱工业的阳离子交换膜电解装置，完善电解模型。 3.能通过铅蓄电池、充电宝、新能源汽车等生活中常见物品，了解化学能向电能转化的现实意义，学会深度应用模型。 五、教学方法 实验法、讨论法 六、实验用品 仪器：充电宝、惰性电极、导线、U 形管、离子交换膜、淀粉碘化钾试纸、电解池演示器、酚酞试纸、pH 试纸、表面皿 药品：饱和 NaCl 溶液 七、教学重点、难点 重点：1.简单电解模型的分析与完善，离子交换膜在电解池中的作用。 2.电解过程中的能量转换，充电电池的工作原理。 难点：1.离子交换膜电解池在工业生产中的应用，设计含离子交换膜的电解池。 2.充电电池工作原理，充、放电时的能量转化、电极判断和电极反应式的书写。 八、教学流程 2 环节 情境 问题/任 活动 核心素养 环节一 粗锌的 如何选择电 设计简单 证据推理与 设计模型 电解精炼 极和电解质 电解模型 模型认知 环节二 电解饱和 电解食盐水 完善简单 科学探究与 完善模型 食盐水 装置的不足 电解模型 创新意识 环节三 电解过程中 能量转化 探究充电电 科学态度与 深度应用模型 的能量变化 及其应用 池工作原理 社会责任 九、教学过程 环节一：设计电解模型（精炼粗锌） 情境：炼锌工厂从电极上得到粗锌，提纯变成可利用的纯锌。 【任务 1-1】设计电解装置，选择合适的电极材料和电极质溶液。 【活动 1-1】使用粗锌作阳极，用纯锌作阴极，硫酸锌溶液为电解质溶液。电解时，阳极首先是活泼杂质铝被氧化为 Al3+，接着锌失去电子被氧化为 Zn2+。阴极上，Zn2+得到电子变成锌析出。 【任务 1-2】电解后溶液中离子浓度有何变化。 【活动 1-2】根据电子守恒规律，阳极失电子总数等于阴极得电子总数，阳极有铝和锌溶解，阴极上只有锌析出，阳极产生的 Zn2+比阴极消耗的