《隔膜电化学思维模型的建构》教学设计2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学教学设计聚焦隔膜电化学思维模型建构，以氯碱工业为情景导入，通过分析电极反应、装置中物质反应及安全问题，到确定交换膜种类，形成“分析反应→分析问题→确定膜种类”的学习支架，梳理电化学交换膜判断的知识脉络。 资料特色在于结合高考真题讲练结合，通过2022全国卷等例题归纳思维模型，培养科学思维中的模型建构与证据推理能力。帮助学生建立清晰解题路径，提升学科逻辑思维，为教师提供可操作的教学步骤和实例，提高教学效率。

隔膜电化学思维模型的建构 教学目标 1.掌握电极反应书写的方法。 2.通过针对性的练习和总结，总结出具体的思维模型； 3.加强构建模型的能力，加深学科逻辑思维方式； 学情分析 电化学部分是高考的重点，题目表现形式多为图像题。近年来，关于离子交换膜的考察难度增大，交换膜类型的判断以及多种膜连用等类型的题屡见不鲜。不仅考察了学生的基本学科素养，也更注重考察学生的学科能力。 教学重点 交换膜种类的判断 教学难点 思维模型的建构 教学方法 讲练结合、归纳法 教学过程 步骤设计说明 电化学部分包含原电池和电解池两大部分，为了隔离物质之间的反应制备纯度更高的产品，平衡电解质溶液的电荷等因素，试题中经常出现阴离子交换膜、阳离子交换膜、质子交换膜等交换膜。 【情景引入】分析氯碱工业装置的特点 1：分析电极反应，电极产物 电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业，其产物烧碱、氯气都是重要的化工原料。应用电解原理分析，可知阴极产生烧碱和氢气，阳极产生氯气，阴极：2H2O＋2e－ = H2↑＋2OH－ 阳极：2Cl－-2e－ = Cl2↑ 2：分析装置需要交换膜的原因 在图1中，没有交换膜的情况下，我们对于装置进行分析：一是氯气和氢气混合易爆炸，有安全隐患，二是阴极产物OH－向阳极移动，与阳极产物 Cl2 发生反应而将所需要的产物消耗，造成经济损失。 3：分析需要交换膜的种类 为了阻止氯碱工业中出现上述的现象，需要一种交换膜，既能阻止氢气分子和氯气分子的通过，又能阻止氢氧根向阳极移动从而反生反应。根据这种情况分析，确定交换膜的种类：阳离子交换膜。 图2 【总结】通过电解原理的电极方程式的书写这一基本点下手，然后通过电极产物分析出装置中可能存在的反应以及安全问题等，从而更清晰的知道需要一个交换膜，并能够更好的确定出需要一个什么类型的交换膜。将交换膜问题，建立起具体的思维模型，思路清晰化，培养学科的逻辑性思维。 【高考例题】学生活动：以高考题为例，掌握的交换膜模型的建构过程和迁移应用。 例1．[2018·全国卷Ⅲ，27(3)]KIO3 也可采用“电解法”制备，装置如 图所示。 ①写出电解时阴极的电极反应式：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑ __________________________。 ②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为K+，其迁移方向是由电极a到电极b。 【解析】①电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑。②电解过程中阳极反应为I－＋6OH－－6e－=IO3-＋3H2O，阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。 例2．（2022·全国·高考真题）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)42-存在)。电池放电时，下列叙述错误的是( A ) A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移 B.Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移 C.MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)42-+Mn2++2H2O 【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)42-，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2O，K＋从Ⅲ区通过隔膜向Ⅱ区迁移，A错误；Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移，B正确；MnO2电极的电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋=Mn2＋＋2H2O，C正确；电池的总反应为Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋=Zn(OH)42-＋Mn2＋＋2H2O，D正确。 【板书】交换膜模型的建构过程 1：分析电极反应，电极产物 2：分析装置需要交换膜的原因 3：分析需要交换膜的种类 【链接高考】 1．（2020·全国·高考真题节选）化学工业为疫情防控提供了强有力的物质支撑。氯的许多化合物既是重要化工原料，又是高效、广谱的灭菌消毒剂。回答下列问题： (1)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图(a)所示的装置来制取。装置中的离子膜是 。 【答案】阳离子交换膜 【解析】左侧阳极电极反应：2Cl- －2e－=Cl2↑，Cl- 浓度减少，阳离子移动阴极，Na+移向右侧，因此离子交换膜为阳离子交换膜 2. （2021·山东·高考真题节选） (4)利用膜电解技术(装置如图所示)，以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为：4Na2CrO4+4H2O=2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑。则Na2Cr2O7在 (填“阴”或“阳”)极室制得，电解时通过膜的离子主要为 【答案】阳 Na＋ 【解析】首先分析两极得电极反应和环境的酸碱性：通过总反应分析，阳极电极反应为：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，阳极区域会持续生成H+，环境呈酸性。阴极电极反应为:4H20+4e=2H2↑+40H一，阴极区域会持续生成OH一，环境呈碱性。 再分析Na2Cr2O7的生成条件：CrO42-转化为Cr2O72-的离子反应为:2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H20，该转化需要消耗H+、在酸性环境下才能进行，因此Na2Cr2O7需要在阳极室制得。 【自我检测】 1．（2021·湖北·统考高考真题）Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3，电解法制备CrO3的原理如图所示，下列说法错误的是（B） A．生成O2和H2的质量比为8∶1 B．电解时只允许H+通过离子交换膜 C．电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大 D．CrO3的生成反应为：Cr2O72-+2H+=2CrO3+H2O 2．（2021·河北·统考高考真题）K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是（B） A．隔膜允许K+通过，不允许O2通过 B．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水 C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22 D．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极 3.(2018·全国卷Ⅰ，13)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为： ①EDTA-Fe2＋－e－=EDTA-Fe3＋ ②2EDTA-Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋ 该装置工作时，下列叙述错误的是(　D　) A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－=CO＋H2O B．协同转化总反应：CO2＋H2S=CO＋H2O＋S C．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需为酸性 D．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低 4.双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。 下列说法正确的是( C) A．出口2的产物为HBr溶液 B．出口5的产物为硫酸溶液 C．阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑D．Br－可从盐室最终进入阳极液中 5.工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解；②氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)。下列说法中不正确的是(　B　) A　　　B　　　C A.碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O B.电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小 C.为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH D.若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应的总方程式发生改变 【课后反思】通过本节课学习，帮助学生建立起交换膜类型题目的思维建构的具体过程，深化学科逻辑思维，同时加深学生对于模型建构的重要性的认识；对于多交换膜的试题，难度较大，应增加学生练习的机会，熟练掌握原理。 电化学部分是化学反应原理重要组成部分，关于此部分的试题难度系数较大。帮助学生以课本为根本下手点，由易到难，建立交换膜题目的思维模型。 总结具体的思维模型步骤，让学生思维清晰化，有着手点。 通过具体的高考题实例，再次巩固具体的思维模型的建构过程和迁移应用。 通过试题的对比，模型建构过程更具体化、细节化。 引导学生自我归纳总结膜交换模型建立过程和迁移应用该模型的方法。 学科网（北京）股份有限公司 $