第3节 电能转化为化学能——电解 第1课时（教学设计）化学鲁科版2019选择性必修1

第3节 电能转化为化学能--电解 第1课时 电解的原理 一、知识目标 1.了解电解的原理，掌握电解池的工作原理，能准确判断电解池的电极名称并写出电极反应式。 2.理解电解池的构成要素，能够设计简单的电解池。 3.掌握离子在电解池中的移动方向、电子的移动方向以及离子的放电顺序。 4.能够对比分析原电池与电解池的异同点。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观的实验现象入手，分析电解过程中物质的变化，从微观角度理解离子的移动、得失电子情况以及电极反应的本质。 2.证据推理与模型认知：通过对电解熔融氯化钠、()溶液等实验的分析，建立电解池的模型，理解电解池的工作原理和构成要素。 3.科学探究与创新意识：通过实验探究和讨论交流，培养学生的探究能力和创新思维，让学生体会化学实验在化学研究中的重要作用。 一、教学重点 电解池的工作原理。 二、教学难点 理解离子的放电顺序，能正确书写电极反应式和总反应式。 本节教学内容源于化学反应原理相关教材中第一章第三节《电能转化为化学能——电解》的第1课时《电解的原理》。电解原理是中学化学重要的基本理论之一，它既涉及到电化学的理论知识，又与元素化合物知识密切相关，是氧化还原反应、离子反应等知识的综合运用。这部分内容在高中化学知识体系中起着承上启下的作用，为后续学习金属的冶炼、氯碱工业等内容奠定了基础。 教材首先通过生活中氯碱工业、制铝电解槽等实例引入课题，引发学生的学习兴趣和探究欲望。接着以电解熔融氯化钠和电解氯化铜溶液为例，逐步引导学生探究电解的原理，包括电解过程中离子的移动、电极反应的发生等。在讲解过程中，注重理论与实践相结合，通过实验现象的观察和分析，帮助学生理解抽象的概念。最后，教材还对电解池的构成要素、离子放电顺序等进行了总结归纳，并通过课堂例题和演练加深学生的理解和应用。 教学对象是初高中学生，对于高中学生而言，他们已经具备了一定的化学基础知识，如氧化还原反应、离子反应等，这为学习电解原理提供了知识基础。然而，电解原理较为抽象，涉及到微观粒子的运动和变化，对于学生的抽象思维能力要求较高。同时，学生在学习过程中可能会对离子的放电顺序、电极反应的书写等内容存在理解困难。 对于初中学生来说，他们对化学的认识还停留在较为基础的层面，对于氧化还原反应等概念的理解可能还不够深入。在学习电解原理时，可能会感到更加困难。因此，在教学过程中，需要充分考虑学生的实际情况，采用形象生动的教学方法，如动画演示、实验探究等，帮助学生理解抽象的概念。同时，要注重知识的衔接和过渡，从学生已有的知识经验出发，逐步引导学生构建新的知识体系。此外，还可以通过课堂讨论、小组合作等方式，激发学生的学习兴趣和主动性，培养学生的思维能力和合作精神。 教学环节一 新课导入 【联系生活提问】同学们，在日常生活中，大家都使用过各种各样的电池，像手机电池、电动车电池等。我们都知道，电池在使用的时候是化学能转化为电能，那大家有没有想过，电池在充电的时候能量是怎么转化的呢？（给学生一些思考和发言时间，鼓励学生积极表达自己的想法） 【介绍化工实例】大家说得都很有想法。其实啊，在很多化工生产中，也涉及到电能和化学能之间的转化。比如氯碱工业，它是一种非常重要的化学工业，通过电解饱和食盐水来制取烧碱（氢氧化钠）、氯气和氢气。还有制铝工业，是利用电解熔融氧化铝的方法来制取金属铝。这些生产过程都体现了电能转化为化学能。 【提出联想质疑】现在，我们再来看一个化学现象。金属钠与氯气在常温下就可以发生氧化还原反应生成氯化钠，同时放出大量的热，化学方程式为，。那反过来，如果我们要以氯化钠为原料制备金属钠，该怎么做呢？从前面的反应我们知道，这个过程是不能自发进行的，需要从外界获得能量，比如电能。那么在生产实践中，人们是如何利用电能，以氯化钠为原料制得金属钠的呢？带着这个问题，让我们一起走进今天的学习——电解的原理。 设计意图 1.激发学生兴趣：从学生熟悉的电池充电现象入手，引导学生思考能量转化问题，能迅速吸引学生的注意力，激发他们对后续知识的好奇心和探索欲望，使学生主动参与到课堂讨论中来。 2.联系化工生产：介绍氯碱工业和制铝工业等化工实例，让学生了解化学知识在实际生产中的重要应用，将抽象的化学知识与具体的工业生产联系起来，增强学生对化学学科的实用性认识，提高学生的学习兴趣。 3.引发思考，导入新课：通过金属钠和氯气反应以及以氯化钠制备金属钠的联想质疑，提出本节课要解决的核心问题，自然地过渡到本节课的主题——电解的原理，让学生明确学习方向，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学环节二 了解电解池的工作原理 活动一：课堂思考引入 【情景引入】同学们，在生活中我们都知道电池充电和使用的过程，使用时是化学能转化为电能，而充电时是电能转化为化学能。同时，像氯碱工业、制铝电解槽等都涉及到电能转化为化学能的过程。另外，金属钠与氯气在常温下能发生氧化还原反应生成氯化钠并放出大量的热，反应方程式为，。但如果要以氯化钠为原料制备金属钠，则需要从外界获得能量（如电能）。那么在生产实践中，人们是如何利用电能，以氯化钠为原料制得金属钠的呢？这就是我们今天要学习的内容——电解。 【师生活动】1.教师展示电池充电和使用的图片、氯碱工业和制铝电解槽的相关图片，同时在黑板上写下钠与氯气反应的方程式，提出问题：如何利用电能以氯化钠为原料制得金属钠？ 2.学生观察图片，思考教师提出的问题，积极参与讨论，发表自己的初步想法。 3.教师对学生的回答进行点评和总结，引导学生进入后续的学习。 设计意图 通过生活中常见的电池充放电、工业生产实例以及具体的化学反应，引发学生的思考，激发学生的学习兴趣，自然地引入本节课的主题——电解。 活动二：探究电解熔融氯化钠的原理 【引入】我们来看工业上利用电解熔融氯化钠的方法生产金属钠所用装置的示意图。容器中盛有熔融氯化钠，两侧分别插入石墨片和铁片作为电极材料，两个电极分别与电源的正极和负极相连。现在我们来探讨一下在这个装置中，离子的移动和反应情况。 【提问】：通电前，熔融中存在哪些离子？如何移动？ 【回答】：在熔融状态下电离为和，这些离子在熔融状态下可以自由移动，但没有定向移动。 【提问】：通电后，熔融中的离子如何移动？ 【回答】：移向铁电极，移向石墨电极。 【提问】：移动到两个电极表面的和将分别发生什么变化？ 【回答】：在铁电极（阴极），，发生还原反应；在石墨电极（阳极），，发生氧化反应。 【讲解】教师对学生的回答进行总结和完善，强调电极反应的本质和氧化还原反应的特点。 设计意图 通过具体的工业生产装置示意图，让学生直观地了解电解的实际应用场景，便于学生理解电解过程中离子的移动和反应原理。 活动三：探究电解氯化铜溶液的原理 【情景引入】我们再来看一个实验，在形管中注入质量分数为的溶液，插入两根石墨棒作电极。把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的石墨棒附近。接通直流电源，观察形管内的现象和试纸颜色的变化。大家思考一下会发生什么现象，以及背后的原理是什么。 【讲解】教师进行实验操作，展示实验装置，接通电源，让学生观察实验现象。 学生观察到与电源正极相连的石墨棒附近试纸变蓝，说明有氯气生成；在与电源负极相连的石墨棒上有红色物质析出，说明有铜生成。 【提问】：溶液中存在哪些离子？离子是如何移动的？在电极上分别发生了什么反应？ 【学生回答】：溶液中存在、、和。和移向阴极，和移向阳极。在阴极，得电子能力比强，发生反应；在阳极，失电子能力比强，发生反应。 【讲解】教师对学生的回答进行点评和总结，强调离子放电顺序的重要性。 设计意图 通过具体的实验操作和现象观察，让学生更直观地感受电解过程，进一步理解电解的原理，培养学生的观察能力和分析问题的能力。 活动四：归纳电解的原理和电解池的构成要素 【情景引入】通过前面两个实验，我们对电解过程有了一定的了解。现在我们来归纳总结一下电解的原理和电解池的构成要素。 【提问】：什么是电解？电解池是什么？电极名称是如何规定的？离子和电子是如何移动的？ 【学生回答】：电解是将电流通过电解质溶液或熔融电解质，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程；电解池是将电能转化为化学能的装置；阴极是与电源负极相连的电极，发生还原反应，阳极是与电源正极相连的电极，发生氧化反应；阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；电子从电源负极流向阴极，再从阳极流回电源正极。 【讲解】在黑板上写下电解的原理和电解池的构成要素：①有直流电源；②有两个电极材料（金属或石墨）；③有电解质溶液（或熔融电解质）；④形成闭合回路。 【提问】：原电池与电解池有哪些异同点？ 【学生回答】学生分组讨论，然后代表发言。教师对学生的讨论结果进行点评和总结，对比原电池和电解池在电极名称、电极反应、离子移动方向、电子移动方向和能量转化等方面的异同。 设计意图 帮助学生梳理所学知识，形成系统的知识体系，加深对电解原理和电解池构成要素的理解和记忆。 活动五：探究离子放电顺序 【情景引入】在前面的实验中，我们发现溶液中有多种离子时，离子的放电是有顺序的。比如在电解溶液时，阴极是放电而不是，阳极是放电而不是。那么如何判断离子的放电顺序呢？这就是我们接下来要探讨的问题。 【提问】：石墨做电极电解溶液时，阴极为什么是最终放电，而不是，阳极呢？（从离子得、失电子的能力分析） 【学生回答】：阳离子得电子能力：；阴离子失电子能力：。当溶液中有多种离子时，离子得失电子的能力决定了离子的放电顺序，阴极：当消耗完，才轮到得电子；阳极：当消耗完，才轮到失电子。 【讲解】教师总结离子放电顺序：阴离子的还原性：含氧酸根离子；阳离子的氧化性：（酸）（水）。 教师给出一些具体的溶液，让学生分析电解时离子的放电顺序和电极反应。 设计意图 引导学生深入思考电解过程中离子放电的本质，掌握离子放电顺序的规律，提高学生分析和解决问题的能力。 活动六：典例精讲 例1.下图所示装置中，属于电解池的是_______（填序号）。 【学生回答】③⑥ 【讲解】首先，电解池需含有电源排除①②⑤；④只有电极没有电解液，排除；⑦中蔗糖溶液中不含有大量导电粒子;8不符合物质的放电规律。 例2.下列关于电解池的叙述中，不正确的是( ) A、与电源正极相连的是电解池的阴极 B、电解池是电能转化为化学能的装置 C、溶液中的阳离子移向阴极 D、在电解池的阳极发生氧化反应 【学生回答】A 【讲解】与电源正极相连的是电解池的阳极。 例3.现用Pt作电极电解1 L浓度均为0.1 mol·的HCl、CuS的混合溶液，装置如图，下列说法正确的是 ( ) A、电解开始时阴极有放出 B、电解开始时阳极上发生：＋2e－══Cu C、当电路中通过电子的物质的量超过0.1 mol时，此时阴极放电的离子发生了变化 D、整个电解过程中，不参与电极反应 【学生回答】D 【讲解】A:开始阴极生成Cu；B:阳极发生氧化反应；C:当电路中通过电子的物质的量超过0.2 mol时，此时阴极放电的离子发生了变化. 设计意图 通过例题巩固学生对电解池和放电原理的理解，培养学生运用知识解决问题的能力。 第三节 电能转化为化学能--电解 第1课时 电解的原理 一、电解的原理 1.电解定义：电流通过电解质溶液或熔融电解质，在两电极分别发生氧化反应和还原反应的过程 2.电解池定义：将电能转化为化学能的装置 3.电极名称 阴极：与电源负极相连，发生还原反应 阳极：与电源正极相连，发生氧化反应 4.离子移动方向 阳离子：移向阴极 阴离子：移向阳极 5.电子移动方向 负极→阴极；阳极→正极 二、电解池的构成要素 1.直流电源 2.两个电极材料（金属或石墨） 3.电解质溶液（或熔融电解质） 4.形成闭合回路 三、离子放电顺序（水溶液） 1.阴离子的还原性：含氧酸根离子； 2.阳离子的氧化性：（酸）（水）。 四、原电池与电解池对比 对比项目 原电池 电解池 电极名称 负极、正极 阴极、阳极 电极反应 氧化反应、还原反应 还原反应、氧化反应 离子移动方向 正正负负 阴阳 电子移动方向 负极→导线→正极 负极→阴极；阳极→正极 能量转化 化学能→电能 电能→化学能 1.判断正误 (1)电解是把化学能转化为电能( ) (2)电解质溶液导电一定发生化学反应( ) (3)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现( ) (4)任何溶液被电解时，必须导致氧化还原反应的发生( ) (5)电解、电离均需要通电才能实现( ) (6)电解质溶液的导电过程就是该溶液的电解过程( ) 2.关于原电池、电解池的电极名称，下列说法错误的是 ( ) A、原电池中失去电子的一极为负极 B、电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极 C、原电池中相对活泼的一极为正极 D、电解池中发生氧化反应的一极为阳极 3.如图是电解熔融NaCl制备金属钠的装置示意图。下列有关判断正确的是( ) A、通过该装置可以将化学能转化为电能 B、石墨电极为正极 C、在铁电极上得到电子被还原为钠原子 D、若装置中两个电极互换，则不能形成电解池 4.如图所示为直流电源电解稀Na₂SO₄溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是( ) A、逸出气体的体积a电极小于b电极 B、一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体 C、a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D、a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色 5、若通电一段时间后乙装置左侧电极质量增加，写出甲乙丙各池电极反应式及总反应式。 在本次教学中，通过联系生活实际如氯碱工业、制铝电解槽等引入新课，有效激发了学生的学习兴趣和好奇心。在探究电解池工作原理时，借助熔融氯化钠和氯化铜溶液的电解实验，引导学生逐步分析离子移动、电极反应等，学生对抽象概念的理解更加直观。但在教学过程中也发现了一些问题，部分学生对离子放电顺序的理解存在困难，后续应结合更多实例进行深入讲解和练习。此外，在课堂互动环节，部分学生参与度不高，今后要采用更多多样化的教学方法，鼓励全体学生积极参与课堂讨论，提高课堂教学效果。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$