高中二年級(jí)上學(xué)期化學(xué)《電解的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)

《電解的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)一、課標(biāo)解讀本節(jié)內(nèi)容位于選擇性必修模塊1化學(xué)反應(yīng)原理的主題1：化學(xué)反應(yīng)與能量——1.3化學(xué)反應(yīng)與電能1．內(nèi)容要求認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要應(yīng)用；了解電解池的工作原理，認(rèn)識(shí)電解在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存能量中的具體應(yīng)用；學(xué)業(yè)要求能分析、解釋電解池的工作原理，能設(shè)計(jì)簡單的電解池。二、教材分析本節(jié)內(nèi)容的設(shè)置旨在讓學(xué)生在建構(gòu)電解池模型、把握電解原理的基礎(chǔ)上，利用電解原理工具解決實(shí)際生產(chǎn)和生活的問題，以深化學(xué)生對(duì)電解原理的理解，培養(yǎng)學(xué)生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”學(xué)科素養(yǎng)；并使學(xué)生體會(huì)電解原理對(duì)人類社會(huì)的貢獻(xiàn)，體會(huì)化學(xué)學(xué)科與生產(chǎn)生活密切相關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”學(xué)科素養(yǎng)。基于對(duì)電解飽和食鹽水制氯氣和燒堿的電化學(xué)原理分析，可以開展電極產(chǎn)物的分析和驗(yàn)證、電極反應(yīng)式的書寫等學(xué)習(xí)活動(dòng)，落實(shí)電解原理，發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的學(xué)科素養(yǎng)。另外，通過對(duì)電解飽和食鹽水裝置改進(jìn)以滿足實(shí)際生產(chǎn)的分析，使學(xué)生體會(huì)工業(yè)生產(chǎn)需兼顧科學(xué)性、成本與安全等多種因素。通過對(duì)電解精煉銅、電鍍和電冶金工業(yè)生產(chǎn)的原理分析，進(jìn)一步檢驗(yàn)、考察學(xué)生認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)電解池的能力以及對(duì)電解原理的掌握程度，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生對(duì)電解過程的認(rèn)識(shí)。本節(jié)課由電解飽和食鹽水出發(fā)，進(jìn)階到多溶質(zhì)體系的電解精煉模型，將電解原理分析上升到更高階段。進(jìn)一步設(shè)置電鍍?nèi)蝿?wù)，可讓學(xué)生靈活運(yùn)用電解原理，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案實(shí)現(xiàn)電鍍目的，鍛煉實(shí)驗(yàn)探究能力。針對(duì)實(shí)際問題開展分析解釋、推論預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)等學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立開展科研探究的能力，使電解原理的理論知識(shí)在實(shí)踐中深化，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的學(xué)科素養(yǎng)。三、學(xué)情分析通過第一課時(shí)電解原理的學(xué)習(xí)，學(xué)生已初步建立了電解池模型，掌握了電解池的陰、陽極反應(yīng)特點(diǎn)，知道常見陰、陽離子的放電順序，能據(jù)此分析出典型電解液中的電解原理，并能用電極反應(yīng)式對(duì)陰、陽極反應(yīng)及總反應(yīng)進(jìn)行符號(hào)表征。但是，對(duì)于特定情境下稍復(fù)雜的電解體系分析尚有不足，將電解原理結(jié)合于實(shí)際應(yīng)用的分析尚有欠缺。四、素養(yǎng)目標(biāo)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．能根據(jù)離子放電順序分析電解飽和食鹽水的工作原理，書寫電極反應(yīng)式；能利用電解原理分析電解精煉這一較復(fù)雜的體系中的反應(yīng)原理，建立將電解應(yīng)用于實(shí)際問題的思維模型，2．能設(shè)計(jì)電解池完成電鍍?nèi)蝿?wù)，并分析電冶金工業(yè)的電解原理；3．通過電解在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，能體會(huì)電解的重要價(jià)值，從能量角度理解化學(xué)學(xué)科的重要性?！驹u(píng)價(jià)目標(biāo)】1．通過對(duì)電解飽和食鹽水、電解精煉和電冶金工業(yè)的反應(yīng)原理分析，診斷學(xué)生對(duì)電解原理的掌握程度；2．通過對(duì)幾種應(yīng)用情境下的電極反應(yīng)式與總反應(yīng)方程式的書寫，診斷和發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理能力和模型認(rèn)知素養(yǎng)；3．通過電鍍應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，診斷和發(fā)展學(xué)生對(duì)電解池模型構(gòu)建及電解池體系設(shè)計(jì)的能力。五、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：電解飽和食鹽水、電解精煉銅和電冶金實(shí)際情境下的電解原理分析和電鍍裝置的設(shè)計(jì)；教學(xué)難點(diǎn)：根據(jù)陰、陽離子的放電順序，書寫電解飽和食鹽水、電解精煉銅、電鍍和電冶金的電極反應(yīng)式和電解總反應(yīng)方程式。六、教學(xué)方法任務(wù)促學(xué)：1．從電解氯化鈉溶液原理出發(fā)，學(xué)生探討副反應(yīng)，引入離子交換膜電解槽；2．通過生活中常見物質(zhì)的電鍍工藝介紹，引導(dǎo)學(xué)生探秘電鍍?cè)?，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；3．通過分析電解精煉銅和電冶金，讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)學(xué)科的社會(huì)價(jià)值，提升其社會(huì)責(zé)任感。七、教學(xué)過程環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)課堂引入【教師講解】在元素化合物的學(xué)習(xí)中，我們認(rèn)識(shí)了氯氣。氯氣被廣泛應(yīng)用于自來水消毒、制漂白粉和漂白液、制氯丁橡膠等方面；燒堿也被廣泛應(yīng)用于制皂、人造絲、造紙、煉制石油等領(lǐng)域，二者都是重要的化工原料。因此，百年前化工行業(yè)中誕生了重要的一類工業(yè)——氯堿工業(yè)，利用電解飽和食鹽水的方法來制備氯氣和燒堿。學(xué)生回顧已學(xué)知識(shí)，認(rèn)識(shí)氯氣和氫氧化鈉的重要工業(yè)價(jià)值，初步認(rèn)識(shí)氯堿工業(yè)。氯堿工業(yè)探秘【教師提問】根據(jù)電解原理，讓學(xué)生分析采用惰性電極電解氯化鈉溶液時(shí)，是如何制取氯氣和燒堿的？在陰、陽極上放電的離子分別是哪些？請(qǐng)寫出兩電極的電極反應(yīng)式?！窘處熖釂枴空?qǐng)同學(xué)們探討，目前的電解飽和食鹽水裝置，能達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的目的嗎？如果不能，如何對(duì)裝置加以改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)需要？【教師講解】教師展示離子交換膜法電解飽和食鹽水的裝置圖，講解離子交換膜的作用：一是防止氫氣與氯氣混合，消除爆炸隱患；二是阻止飽和食鹽水中的氫氧根移向陽極，與陽極產(chǎn)物氯氣發(fā)生反應(yīng)被消耗，而是留在陰極區(qū)與鈉離子形成目標(biāo)產(chǎn)物燒堿?！窘處熖釂枴孔寣W(xué)生思考：若使用陰離子交換膜是否可行？若不使用離子交換膜，電解一段時(shí)間后，將電解液充分?jǐn)嚢杌旌?，能獲得何種物質(zhì)？學(xué)生根據(jù)電解原理，分析電解食鹽水時(shí)陰、陽極上放電的離子，并嘗試書寫電極反應(yīng)式。學(xué)生交流探討，根據(jù)電極產(chǎn)物，分析裝置中發(fā)生的副反應(yīng)，并據(jù)此思考改進(jìn)方法。學(xué)生觀察氯堿工業(yè)所用裝置圖，理解實(shí)際生產(chǎn)中裝置改進(jìn)的目的。學(xué)生思考使用陰離子交換膜的效果；通過分析電解液成分變化，確定混合后產(chǎn)物。電鍍?cè)硖矫亍窘處熖釂枴侩娊庠碓谖覀兩磉呉灿兄鴱V泛的應(yīng)用，例如手機(jī)、U盤、廚具、一些燈具、車輛，都是利用電解原理在這些物品表面鍍上了一薄層金屬，即采用了電鍍工藝。根據(jù)電解原理，請(qǐng)同學(xué)們交流探討如何實(shí)現(xiàn)在鐵釘上鍍銅？讓學(xué)生進(jìn)行小組合作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，確定陰、陽極電極材料和離子導(dǎo)體?！緦W(xué)生練習(xí)】讓學(xué)生寫出鐵釘鍍銅的陰、陽極電極反應(yīng)式。【教師提問】讓學(xué)生分析電解過程中是否需要補(bǔ)充電解液？【教師講解】強(qiáng)化電解池分析思路，先根據(jù)期望發(fā)生的電極反應(yīng)確定陰、陽極。經(jīng)分析知，鍍件鐵釘作陰極，鍍層金屬銅作陽極，含鍍層金屬的鹽溶液作為離子導(dǎo)體。電鍍可以改進(jìn)金屬制品的外觀，提高抗腐蝕能力和耐磨性。學(xué)生開展小組討論，確定陰、陽極材料和離子導(dǎo)體，形成實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生書寫電極反應(yīng)式。學(xué)生分析電解液組分變化，判斷是否補(bǔ)充。學(xué)生體會(huì)電鍍對(duì)生產(chǎn)生活的重要作用。銅的電解精煉探秘【教師提問】當(dāng)今社會(huì)是信息化的社會(huì)，信息的傳遞離不開導(dǎo)線。普遍使用的銅制導(dǎo)線要求銅純度很高。銅來源于含鋅、鐵、鎳等多種雜質(zhì)的黃銅礦。工業(yè)上利用電解原理將粗銅精煉，這是如何實(shí)現(xiàn)的呢？學(xué)生交流討論粗銅所屬電極？以及另一電極和離子導(dǎo)體如何選擇？【教師講解】帶領(lǐng)學(xué)生梳理電解精煉銅原理。根據(jù)粗銅上期望的電極反應(yīng)，確定粗銅為陽極，銅作活性電極。【教師提問】讓學(xué)生思考，除銅以外，其他金屬是否參與電極反應(yīng)？如何分析？【教師講解】金屬在陽極上放電表現(xiàn)還原性，放電順序與金屬活潑性一致。因此，活潑性排在銅前的鋅、鐵、鎳會(huì)優(yōu)先于銅依次放電，據(jù)此分析陽極發(fā)生的電極反應(yīng)。排在銅后的銀和金無法放電，成為陽極泥，在陽極上沉積下來。對(duì)陰極而言，期望發(fā)生的電極反應(yīng)為銅離子還原為銅，因此用精銅作為陰極材料。電解液需提供足量銅離子供陰極上析出銅，因而應(yīng)選擇硫酸銅溶液。【教師提問】讓學(xué)生分析電解過程中電解液組分是否發(fā)生變化？【教師講解】電解精煉過程中，比銅活潑的金屬在陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，成為金屬陽離子溶解，不能在陰極上放電，最終留在電解液中；比銅不活潑的金屬則不能在陽極上放電，從而在陽極上沉積，成為陽極泥。學(xué)生思考并交流粗銅精煉的原理，由電極反應(yīng)確定粗銅所屬電極，并確定另一電極；分析離子導(dǎo)體組分。學(xué)生根據(jù)總反應(yīng)，判斷電解液濃度變化。學(xué)生聆聽并總結(jié)。電冶金探秘【教師提問】讓學(xué)生回顧工業(yè)上制備金屬鈉的方法，引出電解法冶煉金屬鈉。以電解熔融氯化鈉為例，教師引導(dǎo)學(xué)生分析其反應(yīng)原理。【教師提問】向?qū)W生發(fā)問，如何制備金屬鎂和鋁？引導(dǎo)學(xué)生分析冶煉金屬鎂和鋁的電解池體系，包括電極材料和離子導(dǎo)體的選擇，在此基礎(chǔ)上分析并書寫陰、陽極電極反應(yīng)式和電解總反應(yīng)式?！窘處熤v解】簡要總結(jié)電解原理在電冶金領(lǐng)域的應(yīng)用及反應(yīng)原理。學(xué)生依據(jù)電解原理分析活潑金屬鈉、鎂、鋁的冶煉原理：確定陰、陽極材料和離子導(dǎo)體，寫出陰、陽極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。學(xué)生開展小組討論，確定陰、陽極材料和離子導(dǎo)體，形成實(shí)驗(yàn)方案，匯報(bào)并交流。課堂總結(jié)【教師總結(jié)】電解原理在生產(chǎn)生活中多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，例如利用通過電解飽和食鹽水制取氯氣和燒堿，即氯堿工業(yè)；再如利用電解原理從粗銅中精煉銅，還有生活中許多物品利用電解原理鍍上一薄層金屬，提高耐腐蝕性和美觀性；利用電解法還可以冶煉活潑金屬鈉