第3节 电能转化为化学能——电解 第2课时（教学设计）化学鲁科版2019选择性必修1

第三节 电能转化为化学能——电解 第2课时 电解原理的应用 一、知识目标 1.认识电解在实现物质转化中的具体应用，如电解饱和食盐水、电解精炼铜、电镀等。 2.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化，分析电解饱和食盐水、电解精炼铜、电镀等过程，掌握电极反应式和电解反应化学方程式的书写。 3.明确分析电解反应的一般思路，掌握不同类型电解反应（电解本身型、电解水型、电解放氢生碱型、电解放氧气生酸型）的特点。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识电解原理在工业生产中的应用现象，从微观角度分析电解过程中离子的移动、放电及电极反应。 2.证据推理与模型认知：通过对电解装置实验现象的分析推理，建立电解原理应用的模型，掌握分析电解反应的方法。 3.科学探究与创新意识：通过对电解饱和食盐水等实验的探究，培养科学探究能力和创新意识，体会实验在化学研究中的重要性。 一、教学重点 电解原理的应用，包括电解饱和食盐水、电解精炼铜、电镀等，以及分析电解反应的一般思路。 二、教学难点 综合考虑物质变化和能量变化分析、解决电解相关实际问题，理解不同类型电解反应的特点及应用。 本节教学内容源于化学反应原理模块中《化学反应与能量转化》这一章节里的《电能转化为化学能——电解》的第2课时“电解原理的应用”。电解原理的应用是在学生学习了电解原理之后，对电解知识的进一步拓展和深化，它将理论知识与实际生产生活紧密联系起来，具有很强的实用性和综合性，在整个化学知识体系中占据着重要的地位。 教材首先通过生活中高纯度铜制品、氯碱工业、制铝等实例引入，引发学生对电解原理应用的兴趣和思考。接着详细介绍了电解饱和食盐水、电解精炼铜、电镀等具体应用实例，通过实验探究、分析讨论等方式，让学生深入理解电解原理在这些过程中的具体应用，掌握电极反应式和电解反应方程式的书写。最后对电解类型进行了总结归纳，帮助学生系统地掌握不同类型电解反应的特点和规律。 教学对象是初高中阶段的学生，在知识储备上，学生已经学习了电解原理的基本概念和相关知识，了解了电解池的构成、电极反应等内容，但对于电解原理在实际生产生活中的应用还缺乏深入的认识。在思维能力方面，学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，对于抽象的化学原理和复杂的化学反应过程理解起来可能存在一定的困难。 同时，学生具有较强的好奇心和求知欲，对化学实验和实际应用问题比较感兴趣。但在分析和解决实际问题时，可能缺乏综合运用知识的能力和严谨的逻辑思维。在学习过程中，学生可能会对电解过程中离子的移动方向、电极反应的判断等内容存在疑惑，需要教师进行引导和帮助。因此，在教学过程中，教师应充分利用实验和实例，将抽象的知识形象化，引导学生积极思考、主动探究，培养学生的综合分析能力和解决实际问题的能力。 教学环节一 新课导入 【展示图片】同学们，老师先给大家展示一些生活中常见的物品图片，有精美的铜质工艺品、铝制的门窗框架，还有生锈的铁制品。大家可以仔细观察一下这些物品。（展示图片，给学生一些观察时间） 【提出问题】大家看这些铜质工艺品，它们的纯度非常高，能达到 99.99％ ，但是在自然界中很难找到如此高纯度的铜，那我们是用什么方法得到这么高纯度铜的呢？还有铝制门窗框架，铝这种金属在自然界中是以化合物的形式存在的，我们又是如何把铝从化合物中提取出来制成铝制品的呢？再看看生锈的铁制品，铁锈的产生其实也和一些化学反应有关，这其中又蕴含着怎样的化学原理呢？ 【引入主题】其实啊，这些问题都和我们今天要学习的电解原理的应用密切相关。通过电解的方法，我们可以实现很多物质的转化，解决生产生活中的一些难题。接下来，就让我们一起走进电解原理应用的奇妙世界。 设计意图 1.激发学生兴趣：展示生活中常见的物品图片，能让学生直观地感受到化学与生活的紧密联系，迅速吸引学生的注意力，激发他们对解决这些实际问题的兴趣，提高课堂参与度。 2.联系生活实际：提出关于高纯度铜、铝制品提取以及铁锈产生原理的问题，将抽象的电解原理与学生熟悉的生活场景相结合，使学生认识到化学知识在实际生产生活中的重要作用，让抽象的化学知识变得具体而有趣。 3.引发思考，导入新课：这些问题自然地引出了本节课的主题——电解原理的应用，让学生带着疑问去学习，明确学习方向，增强学习的主动性和积极性，为后续的探究学习做好铺垫。 教学环节二 认识电解在实现物质转化中的具体应用 活动一：课堂思考引入 【引入】同学们，在我们的生活中，大家有没有注意到所用的铜制品纯度都达到了 99.99％ ，可是自然界中很难找到如此高纯度的铜，那么我们是采用什么办法得到的呢？还有氯碱工业、制铝电解槽以及生活中的铁锈等，这些都与我们今天要学习的电解原理的应用密切相关。下面就让我们一起开启电解原理应用的学习之旅。 设计意图 通过联系生活中常见的铜制品纯度问题、氯碱工业等实例，引发学生的好奇心和求知欲，自然地引入本节课的主题——电解原理的应用。 活动二：探究电解原理 【引入】在学习电解原理的应用之前，我们先来回顾一下电解原理的基础知识。大家想一想，电解池是如何构成的，电极上会发生怎样的反应呢？ 【讲解】教师展示电解池构成模型的图片或动画，引导学生回顾电解池的构成要素，包括电子导体、离子导体、阳极、阴极等。 【提问】提问学生在电解池中，失电子的阴离子和得电子的阳离子分别发生什么反应，以及离子的移动方向。 【学生回答】失电子的阴离子发生氧化反应，是还原剂；得电子的阳离子发生还原反应，是氧化剂；阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。 【提问】如何判断电解池中电极，离子移动方向？引导学生进行思考和讨论。 【总结】阳极氧化，阴极还原；阳极吸引阴离子，阴极吸引阳离子。 设计意图 通过温故知新，帮助学生巩固电解原理的基本概念，为后续学习电解原理的应用奠定基础。 活动三：电解饱和食盐水 【引入】接下来，我们通过一个实验来探究电解饱和食盐水的过程。请同学们仔细观察实验现象，并思考其中的化学原理。 【师生活动】 教师按图 1 - 3 - 3 所示组装电解装置，电极材料为石墨，离子导体为饱和食盐水。 图 1-3-3 电解饱和食盐水 【提问】在电场中这些离子的移动方向以及可能发生的电极反应。 【学生回答】，，、移向阴极，、移向阳极；阴极可能的反应为、，阳极可能的反应为、。 教师接通电源，让学生观察电极表面出现的现象。 教师引导学生根据已有的化学知识，设法检验两极附近溶液组成的变化并判断气体产物。 学生进行实验操作：在阴极附近滴入酚酞，观察到溶液变红，说明浓度增大；收集阴极产生的气体，点燃能产生爆鸣声，则为氢气。在阳极附近滴入酚酞，溶液无变化，用湿润的淀粉碘化钾试纸检验，若变蓝，则为氯气，说明阳极附近浓度减小。 教师引导学生判断阴极和阳极，写出电极反应式和电解反应的化学方程式。 【学生总结】阴极：（或），阳极：，总反应式：。 【提问】产品和溶液会反应吗？能和溶液接触吗？产品和能混合吗？引导学生思考解决方法。 【学生回答】，所以不能和溶液接触；和遇火或强光会爆炸，不能混合。解决方法是使用离子交换膜。 教师展示阳离子交换膜电解槽的示意图，讲解其工作原理。 设计意图 通过实验探究，让学生直观地感受电解饱和食盐水的过程，培养学生的观察能力和分析问题的能力，同时加深对电解原理的理解。 活动四：电解精炼铜 【引入】我们已经知道工业上可以通过电解的方法得到高纯度的铜，那么具体是如何实现的呢？接下来我们学习电解精炼铜的原理。 【师生活动】 教师展示电解精炼粗铜的示意图，讲解电解精炼铜的过程：以待精炼的铜（含、、、、等）作阳极，用溶液作电解质溶液。 引导学生分析阳极和阴极可能发生的电极反应。 学生思考回答：阳极：、、、；阴极：。 【提问】电解一段时间后，的浓度有何变化？ 【学生回答】因为阳极上比铜活泼的金属（、、等）先失电子，而阴极上只有得电子，所以的浓度会减小，需要不断补充溶液。 【讲解】阳极泥的形成：比铜不活泼的金属（、等）在阳极不放电，以单质的形式沉积在阳极底部，形成阳极泥。 设计意图 通过学习电解精炼铜的原理，让学生进一步理解电解原理在实际工业生产中的应用，培养学生将化学知识应用于实际的能力。 活动五： 电镀 【引入】在日常生活中，我们会看到很多金属制品表面镀有一层其他金属，这就是电镀。那么电镀的原理是什么呢？它有什么作用呢？下面我们来学习电镀的相关知识。 【师生活动】 【讲解】教师讲解电镀的定义：应用电解原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法叫作电镀。电镀的主要目的是提高金属的抗腐蚀能力、耐磨性能或改善金属制品的外观。 展示在铁制品表面镀上锌、锡、铬、镍等金属以及在火箭插销的金属片上镀金的图片或实例，说明电镀的应用。 展示电镀铜的装置示意图，讲解电镀的原理。 图 2 电镀铜 引导学生分析阳极和阴极的电极反应。 【学生回答】阴极：，阳极：。 【提问】电解一段时间后，的浓度有何变化？ 【学生回答】因为阳极上铜失电子生成，阴极上得电子生成铜，所以的浓度不变。 【教师总结】：镀层金属作阳极，待镀金属制品作阴极，含镀层金属的电解质溶液。 设计意图 通过介绍生活中常见的电镀现象，让学生了解电镀的应用，学习电镀的原理，拓宽学生的知识面，培养学生对化学与生活联系的认识。 活动六：电解类型总结 【讲解】老师引导学生总结电解类型： 阳极为活泼电极时，电极本身失电子，发生氧化反应，如用 Cu 做电极电解稀硫酸，阳极：，阴极：，总反应：，溶质浓度减小，pH 增大；用银做电极电解硫酸钠溶液，阳极：，阴极：，总反应：，溶质浓度增大，pH 不变。 惰性电极（石墨或铂电极）电解： 1.类型①电解本身型：电解无氧酸（HF 除外）、不活泼金属无氧酸盐的水溶液，就是电解质本身电解。例如，，电解对象是电解质本身，电解质浓度降低，pH 酸增大，盐不变，要把电解质溶液复原，加电解质本身。 2.类型②电解水型：电解含氧酸、强碱和活泼金属含氧酸盐的水溶液，实际上都是电解水，如，电解对象是电解水，电解质浓度增大，pH 酸减小，碱增大，盐不变，要把电解质溶液复原，加水。 3.类型③电解放氢生碱型：电解活泼金属无氧酸盐溶液时，如，，电解对象是水和盐的阴离子，电解质浓度减少，pH 增大，要把电解质溶液复原，加对应的无氧酸。 4.类型④电解放氧气生酸型：电解不活泼金属含氧酸盐溶液，如，，电解对象是水和金属阳离子，电解质浓度减小，pH 减小，要把电解质溶液复原，加金属氧化物。 设计意图 通过对不同类型电解反应的总结，帮助学生梳理知识，形成系统的知识体系，加深对电解原理应用的理解和掌握，提高学生归纳总结和综合运用知识的能力。 活动七：典例精讲 例1、在电解池中，下列说法正确的是（ ） A. 阳极一定是惰性电极 B. 阴离子向阴极移动 C. 发生氧化反应的是阳极 D. 电子从阴极流出 【答案】C 【讲解】阳极可以是活泼电极也可以是惰性电极，A 错误；阴离子向阳极移动，B 错误；阳极发生氧化反应，C 正确；电子从电源负极流出，流向阴极，D 错误。 例2、某电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，若该电解池的电极均为惰性电极，电解质溶液为硫酸铜溶液，那么在电解过程中，阳离子的移动方向是（ ） A. 向阳极移动 B. 向阴极移动 C. 不移动 D. 先向阳极移动，后向阴极移动 【答案】B 【讲解】在电解池中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，所以硫酸铜溶液中的铜离子和氢离子会向阴极移动，B 正确。 例3、用惰性电极电解下列溶液，电解类型属于电解水型的是（ ） A. HCl 溶液 B. 溶液 C. 溶液 D. NaCl 溶液 【答案】C 【解析】HCl 溶液和溶液属于电解本身型，A、B 错误；溶液属于电解水型，C 正确；NaCl 溶液属于电解放氢生碱型，D 错误。 例4、用惰性电极电解硫酸铜溶液，一段时间后，要使溶液恢复到原来的状态，应加入（ ） A. CuO B. C. D. 【答案】A 【讲解】用惰性电极电解硫酸铜溶液的总反应为，从溶液中析出的是铜和氧气，相当于析出了，所以要使溶液恢复到原来的状态，应加入，A 正确。 设计意图 通过例题巩固学生电解原理的理解和电解的应用，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2课时 电解原理的应用 一、学习目标 1.认识电解在实现物质转化中的具体应用。 2.能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、重点难点 1.重点 电解原理的应用，包括电解饱和食盐水、电解精炼铜、电镀等，以及分析电解反应的一般思路。 2.难点 综合考虑物质变化和能量变化分析、解决电解相关实际问题，理解不同类型电解反应的特点及应用。 三、新课导入 1.高纯度铜的制取问题 2.氯碱工业、制铝电解槽实例 3.生活中铁锈引出思考 四、探究新知 （一）电解原理 1.电解池构成模型 电子导体、离子导体 电极（阳极、阴极） 离子移动方向 2.电极及离子移动判断方法 阳极氧化，阴极还原 阳极吸引阴离子，阴极吸引阳离子 （二）电解应用 1.电解饱和食盐水 实验分析 离子分析 电极反应 实验现象及产物检验 问题讨论及解决（离子交换膜） 2.电解精炼铜 装置及原理 电极反应 溶液浓度变化 3.电镀 概念及目的 实例分析 电极反应及溶液浓度变化 （三）电解类型 1.活泼电极电解 实例分析（铜电极电解稀硫酸、银电极电解硫酸钠溶液） 2.惰性电极电解 电解本身型（HCl、()溶液） 电解水型（()、(NaOH)、(溶液)） 电解放氢生碱型（(NaCl)、(Mg)溶液） 电解放氧气生酸型（()、()溶液） 五、知识总结 1.电解原理总结 2.电解类型归纳 1.用石墨作电极电解饱和食盐水，下列说法正确的是（ ） A. 阳极产生氢气 B. 阴极附近溶液显碱性 C. 电解过程中溶液的 pH 不变 D. 阳极发生还原反应 2.在铜的电解精炼中，下列说法正确的是（ ） A. 阳极是纯铜 B. 阴极发生氧化反应 C. 电解质溶液是硫酸铜溶液 D. 阳极泥中含有锌、铁等金属 3.下列关于电镀的说法正确的是（ ） A. 电镀时，阳极是待镀金属制品 B. 电镀时，电解质溶液的浓度会逐渐减小 C. 电镀时，阴极发生氧化反应 D. 电镀可以提高金属的抗腐蚀能力 4.下列关于电镀的说法正确的是（ ） A. 电镀时，镀层金属作阴极 B. 电镀时，待镀金属制品作阳极 C. 电镀过程中，电解质溶液的浓度不变 D. 电镀的目的只是为了改善金属制品的外观 5.下列关于电解饱和食盐水的说法错误的是（ ） A. 阳极发生氧化反应，生成氯气 B. 阴极发生还原反应，生成氢气 C. 电解过程中，溶液的pH减小 D. 为防止氯气和氢氧化钠反应，常使用离子交换膜 在本节课的教学中，通过联系生活实例导入新课，成功吸引了学生的注意力，激发了他们的学习兴趣。在探究新知环节，让学生通过实验操作和讨论分析，深入理解了电解原理的应用，培养了学生的动手能力和思维能力。但在教学过程中，也发现了一些问题。例如，部分学生对电解类型的判断还存在困难，在今后的教学中，应加强这方面的练习和指导。同时，在教学方法上，可以进一步多样化，增加小组竞赛等活动，提高学生的参与度和积极性。另外，对于一些抽象的概念，如离子交换膜的作用，可以借助动画等多媒体手段进行更直观的展示，帮助学生更好地理解。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$