4.3 电解池 第1课时（教学设计）化学沪科版选择性必修1

该高中化学教学设计聚焦电解池工作原理，涵盖电解定义、构成、离子放电顺序及电极反应式书写。课堂导入以铜冶炼流程为情境，联系生活实例，承接原电池知识，为后续金属防护、氯碱工业等内容铺垫，构建知识支架。 资料亮点在于实验探究与素养融合，通过电解CuCl₂溶液实验，引导学生宏观观察现象、微观分析离子移动，体现科学探究与实践。结合离子放电顺序推理电极反应，培养证据推理与模型认知，对应训练分层设计，助力教师高效教学，提升学生知识应用能力。

4.3 电解池 课时1 电解池的工作原理 一、知识目标 1.理解电解的原理，掌握电解池的构成及工作原理，能正确书写电极反应式和总反应方程式。 2.了解离子放电顺序，能根据离子放电顺序判断电解产物。 3.掌握电解池阴、阳极的判断方法，以及电解后溶液 (pH) 的变化规律和电解质溶液复原的原则。 二、素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上观察电解实验现象，从微观上分析溶液中离子的移动和电极反应，理解电解的本质。 2.证据推理与模型认知：通过对电解原理实验的分析，建立电解池的模型，依据离子放电顺序等证据推理电解产物和电极反应。 3.科学探究与创新意识：通过电解原理实验探究，培养学生的实验操作能力和探究精神，体会科学探究在化学学习中的重要性。 一、教学重点 电解原理，电解池的构成及工作原理，离子放电顺序，电极反应式和总反应方程式的书写。 二、教学难点 离子放电顺序的理解和应用，电解后溶液 (pH) 的变化规律和电解质溶液复原的判断。 本节教学内容源于沪教版2020选择性必修1第四章《化学反应与电能》第二节《电解池》的课时1《电解池的工作原理》。电解池是电化学的重要组成部分，它将电能与化学能的转化进行了深入探讨，在化学学科体系中具有重要地位。它承接了原电池的知识，进一步拓展了学生对化学反应中能量转化的认识，同时为后续学习金属的腐蚀与防护、氯碱工业等内容奠定基础，在教材中起到了承上启下的作用。 教材通过铜的冶炼工艺流程引入电解的概念，引发学生的学习兴趣。然后以电解CuCl₂溶液的实验为载体，详细探究电解原理，包括实验现象、理论分析以及离子放电顺序等内容。接着对电解池的构成、工作原理、电极反应式和总反应方程式的书写进行系统讲解，并归纳了离子放电顺序、电解类型、电解后溶液pH的变化规律以及电解质溶液复原等重要知识点。最后通过典型范例和技能实战，帮助学生巩固所学知识，提升应用能力。 教学对象是高二学生，他们在之前的化学学习中已经掌握了氧化还原反应、离子反应等基础知识，对化学反应中的能量变化有了一定的认识，并且学习了原电池的相关内容，具备了一定的电化学基础。然而，电解池的原理相对复杂，涉及到离子的定向移动、电极反应等微观过程，对于学生来说理解起来有一定难度。 在思维方面，高中学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们需要借助具体的实验现象和实例来理解抽象的概念和原理。因此，在教学过程中，应充分利用实验和多媒体等手段，将微观过程可视化，帮助学生更好地理解电解原理。同时，学生在分析问题和解决问题的能力上还有待提高，需要通过典型例题和练习，引导他们逐步掌握分析电解问题的方法和思路。此外，学生之间的学习能力和基础存在一定差异，在教学中要关注到不同层次学生的需求，进行有针对性的指导。 教学环节一 课堂导入 【展示铜制品图片】同学们，老师先给大家展示一些生活中常见的铜制品，像铜粒、铜电线、铜片、铜块等等。大家可以仔细观察一下这些铜制品，它们的外观都非常光亮，而且在很多电子设备、建筑材料等领域都有广泛的应用。 【提出问题】大家有没有想过，这些铜制品的纯度都达到了 99.99% ，但是在大自然中很难直接得到如此高纯度的铜，那么我们是通过什么方式得到这么高纯度的铜呢？（给学生一些思考和讨论的时间，鼓励他们大胆猜测） 【介绍铜的冶炼流程】现在老师给大家介绍一下铜的冶炼工艺流程。首先要对含铜的矿石进行破碎和磨细，提高矿石的表面积，然后将破碎后的矿石浸入酸性溶液中，让溶解的铜离子进入溶液，通常会使用硫酸浸出。接着对浸出液进行净化处理，去除杂质和有害元素。而关键的一步就是通过电解方法将铜离子还原成铜金属。在电解槽中，把浸出液作为电解质，在两个电极（阴极和阳极）之间施加电压，最后在阴极上就会析出纯铜金属。 【引出课题】在这个过程中，“电解”起到了至关重要的作用。那么电解到底是一个怎样的过程呢？它的原理又是什么呢？这就是我们今天要学习的内容——电解池的电解原理。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过展示生活中常见的铜制品图片，让学生直观地感受到化学与生活的紧密联系，从而迅速吸引学生的注意力，激发他们对铜冶炼方法的好奇心和探索欲望。 2.培养思考能力：提出关于高纯度铜获取方式的问题，引导学生积极思考，培养他们独立思考和解决问题的能力，同时也让学生带着问题去学习，提高学习的主动性。 3.自然导入新课：详细介绍铜的冶炼工艺流程，让学生了解电解在其中的关键作用，从而自然地引出本节课的主题——电解原理，使学生明确学习目标，为后续的学习做好铺垫。 教学任务一 电解原理 活动一 引入电解概念 【引入】同学们，在生活中我们所用的铜制品纯度都达到了 99.99%，但大自然中很难得到如此纯度的铜，那我们是通过什么方式得到的呢？下面我们来看一下铜的冶炼工艺流程。展示铜的冶炼工艺流程图片，包括矿石破碎、浸出、净化、电解精炼等步骤。着重指出通过电解方法将铜离子还原成铜金属这一关键环节，进而引出问题：电解是个啥？ 【设计意图】从生活中常见的高纯度铜制品入手，引发学生的好奇心和求知欲，自然地引出本节课的主题——电解，让学生明白化学知识与生活实际紧密相关。 【问题】请同学们观察铜的冶炼工艺流程，思考电解在其中起到了什么作用？ 【学生思考】学生观察图片，分组讨论并回答。学生可能会回答电解是将铜离子变成铜金属的过程，教师给予肯定和引导。 【讲解】评价、强调：电解是使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。通过电解，我们可以实现一些非自发的氧化还原反应，就像在铜的冶炼中，将铜离子还原成铜金属。 【对应训练 1】下列关于电解的说法正确的是（ ） A. 电解是把化学能转化为电能的过程 B. 电解时必须使用交流电源 C. 电解质溶液的导电过程就是电解过程 D. 电解时阳极发生还原反应 【答案】C 【解析】电解是把电能转化为化学能的过程，A 错误；电解时必须使用直流电源，B 错误；电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程，是化学变化，C 正确；电解时阳极发生氧化反应，D 错误。 【对应训练 2】下列过程属于电解的是（ ） A. 把铜片插入稀硫酸中 B. 水的蒸发 C. 熔融氯化钠在电流作用下分解 D. 氢气在氧气中燃烧 【答案】C 【解析】A 项铜片插入稀硫酸中不发生反应；B 项水的蒸发是物理变化；C 项熔融氯化钠在电流作用下分解，符合电解的定义；D 项氢气在氧气中燃烧是化学能转化为热能和光能，不属于电解。 活动二 探究电解原理 【引入】为了更深入地了解电解原理，我们来进行一个实验——电解得粗铜的原理实验。 【设计意图】通过实验探究，让学生直观地观察到电解过程中的现象，培养学生的观察能力和实验操作能力，激发学生的学习兴趣，帮助学生更好地理解电解原理。 【实验步骤】教师展示实验装置：在 U 形管中注入 0.4mol·L⁻¹ 溶液，分别插入两根石墨棒电极，连接直流电源。向学生详细讲解实验步骤：接通电源后，用注射器收集产生的气体，并通入盛有淀粉碘化钾溶液的试管中，同时观察实验现象并做好记录。 【学生活动】学生认真观察教师的实验操作，记录实验现象。 【实验现象】与直流电源负极相连的石墨棒上逐渐覆盖一层红色的固体；与直流电源正极相连的石墨棒上有气泡产生。 【问题】请同学们根据实验现象，思考电解 溶液生成 和 的原理是什么呢？ 【学生思考】学生分组讨论，结合之前学过的离子运动和氧化还原反应知识进行分析。可能会提出阳离子向阴极移动、阴离子向阳极移动等观点。 【理论分析】教师引导学生进行理论分析： 1.通电前， 和 在溶液中作自由运动；通电时， 和 在溶液中改作定向运动。 2.阳离子（）向阴极（与直流电源的负极相连）迁移，阴离子（）向阳极（与直流电源的正极相连）迁移。 3.阳极上 失去电子发生氧化反应：；阴极上 得到电子发生还原反应：。 【讲解】评价、强调：以上这个过程叫做放电。同时指出，水分子也会电离，溶液中存在着氢离子和氢氧根离子，但根据离子放电顺序， 比 更容易在阴极得到电子， 比 更容易在阳极失去电子。 【对应训练 1】在电解 溶液的实验中，若阳极产生的气体体积为 2.24L（标准状况），则阴极析出铜的质量为（ ） A. 6.4g B. 3.2g C. 12.8g D. 1.6g 【答案】A 【解析】阳极产生的气体为 ，，根据阳极反应 ，可知转移电子的物质的量为 0.2mol。阴极反应为 ，则析出铜的物质的量为 0.1mol，质量为 。 【对应训练 2】用石墨作电极电解 溶液，下列说法正确的是（ ） A. 阳极发生还原反应 B. 阴极上有氢气生成 C. 电解过程中溶液的浓度不变 D. 阳极产物能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 【答案】D 【解析】阳极发生氧化反应，A 错误；阴极上 得到电子生成铜，B 错误；电解过程中 不断被消耗，溶液浓度减小，C 错误；阳极产物为 ，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，D 正确。 活动三 学习离子放电顺序 【引入】通过前面的学习，我们知道在电解过程中离子会发生放电现象，那么离子放电顺序是如何判断的呢？ 【设计意图】引导学生深入探究电解原理中的关键知识点——离子放电顺序，培养学生的逻辑思维能力和归纳总结能力，为后续判断电解产物和书写电极反应式打下基础。 【问题】请同学们阅读教材相关内容，思考离子放电顺序的实质是什么？ 【学生思考】学生阅读教材后回答：离子放电顺序实质是阳离子氧化性强弱顺序，阴离子还原性强弱顺序。 【讲解】教师展示离子放电顺序表： 阴离子放电顺序：溶液中只考虑部分 含氧酸根 （只在熔融状态下放电）； 阳离子放电顺序：（浓度很大时排在 前，溶液中只考虑部分）。 详细讲解离子放电顺序的规律和影响因素，强调在不同情况下离子放电的优先顺序。 【学生活动】学生记录离子放电顺序表，理解并记忆。 【对应训练 1】用惰性电极电解下列溶液，阴、阳两极均产生气体且气体体积之比为 2:1 的是（ ） A. 溶液 B. 溶液 C. 溶液 D. 溶液 【答案】B 【解析】A 项电解 溶液，阳极产生 ，阴极产生 ，没有气体体积比的关系；B 项电解 溶液，实质是电解水，阳极产生 ，阴极产生 ，气体体积比为 1:2；C 项电解 溶液，阳极产生 ，阴极产生 ，气体体积比为 1:1；D 项电解 溶液，阳极产生 ，阴极产生 ，没有气体体积比的关系。 【对应训练 2】在电解池中，用石墨作电极电解某溶液时，阳极上有 生成，阴极上有 生成，则该溶液可能是（ ） A. 溶液 B. 溶液 C. 溶液 D. 溶液 【答案】B 【解析】A 项电解 溶液，阳极产生 ，阴极产生 ，不符合题意；B 项电解 溶液，阳极 放电产生 ，阴极 放电产生 ，符合题意；C 项电解 溶液，阳极产生 ，阴极产生 ，不符合题意；D 项电解 溶液，阳极产生 ，阴极产生 ，不符合题意。 4.3 电解池 课时1 电解池的工作原理 一、电解原理 1.电解定义 使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。 2.电解池 o定义：把电能直接转化为化学能的装置。 o构成：直流电源、电极（阴极、阳极）、电解质溶液或熔融电解质 o工作原理 通电前：离子自由移动 通电时：离子定向移动 阳离子→阴极（还原反应） 阴离子→阳极（氧化反应） ## 二、离子放电顺序 3.阳离子：Ag⁺>Hg²⁺>Fe³⁺>Cu²⁺>H⁺>Pb²⁺>Sn²⁺>Fe²⁺>Zn²⁺>H⁺>Al³⁺>Mg²⁺>Na⁺>Ca²⁺>K⁺ 4.阴离子：S²⁻>I⁻>Br⁻>Cl⁻>OH⁻>含氧酸根>F⁻ 二、电解池相关规律 1.电极产物判断 o阳极 活性电极：优先放电溶解 惰性电极：阴离子按放电顺序失电子 o阴极：阳离子按放电顺序得电子 2.常见电解类型 o电解水型：如H₂SO₄、NaOH、Na₂SO₄ o电解电解质型：如HCl、CuCl₂ o电解质和水都反应型：如NaCl、CuSO₄ 3.电解后溶液pH变化规律 o电极区域 阴极H⁺放电，c(H⁺)增大 阳极OH⁻放电，c(OH⁻)增大 o电解质溶液 电解水：酸性pH减小，碱性pH增大，中性pH不变 无H₂和O₂产生，pH几乎不变 只产生H₂，pH增大 只产生O₂，pH减小 4.电解质溶液复原 o原则：缺什么加什么，缺多少加多少 o一般加阴极产物与阳极产物的化合物 1.下列关于电解池工作原理的说法中，错误的是（ ） A. 电解池是一种将电能转化成化学能的装置 B. 电解池中发生的反应是非自发的氧化还原反应 C. 电解池工作时，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应 D. 与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加电极反应 【答案】D 【解析】A. 电解池是外接电源，通过电流使电解质溶液（或熔融电解质）在阴阳两极发生氧化还原反应，将电能转化为化学能，A选项正确；B. 电解池需要外界提供电能才能发生反应，所以发生的反应是非自发的氧化还原反应，B选项正确；C. 电解池工作时，阳极上失电子发生氧化反应，阴极上得电子发生还原反应，C选项正确；D. 电解池放电时，若阳极是活性电极（除金、铂以外的金属），则电极本身会参加电极反应，D选项错误。答案选D。 2.关于如图所示①②两个装置的叙述正确的是（ ） A. 装置名称：①是原电池，②是电解池 B. 硫酸浓度变化：①增大，②减小 C. 电极反应式：①中阳极：2H₂O－4e⁻ = 4H⁺＋O₂↑，②中正极：Zn－2e⁻ = Zn²⁺ D. 离子移动方向：①中H⁺向阴极方向移动，②中H⁺向负极方向移动 【答案】B 【解析】A. ①中有外接电源，是电解池，②没有外接电源，是原电池，A选项错误；B. ①中电解硫酸溶液实质是电解水，硫酸浓度增大，②中原电池反应消耗硫酸，硫酸浓度减小，B选项正确；C. ①中阳极是OH⁻放电：4OH⁻－4e⁻ = 2H₂O＋O₂↑，②中负极是Zn－2e⁻ = Zn²⁺，C选项错误；D. ①中H⁺向阴极方向移动，②中H⁺向正极方向移动，D选项错误。答案选B。 3.若某电能与化学能的转化装置（电解池或原电池）中发生的总反应的离子方程式是Cu＋2H⁺ = Cu²⁺＋H₂↑，则下列关于该装置的有关说法中正确的是（ ） A. 该装置可能是原电池，也可能是电解池 B. 该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极 C. 该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸 D. 该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸 【答案】B 【解析】铜与氢离子反应生成铜离子和氢气的反应不是自发的氧化还原反应，原电池是将化学能转化为电能，需要自发的氧化还原反应，所以该装置不能是原电池，只能是电解池。在电解池中，铜作阳极失电子发生氧化反应，溶液中的氢离子在阴极得电子生成氢气，B选项正确。答案选B。 4.如图所示是电解CuCl₂溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断正确的是（ ） A. a为负极、b为正极 B. a为阳极、b为阴极 C. 电解过程中，d电极质量增加 D. 电解过程中，氯离子浓度不变 【答案】C 【解析】A. 根据电流方向可知，a为正极，b为负极，A选项错误；B. a为正极，与a相连的c为阳极，b为负极，与b相连的d为阴极，B选项错误；C. d为阴极，溶液中的Cu²⁺在阴极得电子生成铜，所以d电极质量增加，C选项正确；D. 电解过程中，阳极上Cl⁻失电子生成Cl₂，氯离子浓度减小，D选项错误。答案选C。 5.某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在图中，下列有关分析完全正确的是（ ） 选项 A B C D a电极 阳极 阴极 阳极 阴极 d电极 正极 正极 负极 负极 Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子 【答案】B 【解析】在电解池中，电子从电源负极流出，流入阴极，从阳极流出，流入电源正极。阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。A选项中a为阳极，电子应从a流出，错误；B选项中a为阴极，电子流入a，d为正极，Q离子为阳离子向阴极移动，正确；C选项中a为阳极，Q离子应为阴离子向阳极移动，错误；D选项中a为阴极，电子应流入a，错误。答案选B。 在本次教学中，通过实验探究电解CuCl₂溶液的原理，学生对电解的概念和电解池的工作原理有了更直观的认识。但在讲解离子放电顺序时，部分学生理解存在困难，后续应结合更多实例帮助学生掌握。在规律总结环节，学生对电解后溶液pH变化和电解质溶液复原的应用不够熟练，需要加强针对性练习。此外，课堂互动中部分学生参与度不高，在今后教学中要设计更多有趣的互动环节，提高学生的积极性和主动性，提升教学效果。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $