電解池 教學(xué)設(shè)計(jì) 高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1+

教學(xué)設(shè)計(jì)

課程基本信息學(xué)科高中化學(xué)年級(jí)高二學(xué)期秋季課題電解原理教科書書名：高中化學(xué)選擇性必修1化學(xué)反應(yīng)原理教學(xué)目標(biāo)1.從宏觀角度認(rèn)識(shí)電解池模型，通過電解實(shí)驗(yàn)，描述電解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，初步建立電解池的概念。2.微觀角度分析本質(zhì)原因，從溶液中微粒的行為、電極反應(yīng)、能量變化對(duì)電解原理進(jìn)行分析。3.通過了解元素發(fā)現(xiàn)史，認(rèn)識(shí)電解法對(duì)人類社會(huì)進(jìn)步的重要貢獻(xiàn)。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)重點(diǎn)：電解原理。教學(xué)難點(diǎn)：電解原理。教學(xué)過程【情境引入】最近一些商家在向消費(fèi)者推銷凈水設(shè)備時(shí)，利用一個(gè)所謂水質(zhì)電解器的設(shè)備，對(duì)自來水進(jìn)行所謂的檢測(cè)。檢測(cè)以后自來水都會(huì)變得又黑又臟，這讓不少消費(fèi)者覺得自己家的自來水問題真大，到底是不是有問題？我們來看看今天的真相報(bào)告。上圖就是水質(zhì)電解器，水質(zhì)電解器真的可以檢測(cè)水質(zhì)嗎？今天我們一起來學(xué)習(xí)電解原理，來揭秘事件背后的真相?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)1】認(rèn)識(shí)電解和電解池提問：同學(xué)們，氯化鈉生成鈉和氯氣，這個(gè)反應(yīng)是否屬于自發(fā)的反應(yīng)呢？以氯化鈉為原料制備金屬鈉，我們?cè)撛趺醋?？學(xué)生：在原電池的課時(shí)中我們已經(jīng)學(xué)過自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，可以設(shè)計(jì)為原電池，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。若以氯化鈉為原料，制備金屬鈉，這是一個(gè)非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，需要靠外界的力量，即外加直流電源來電解熔融的氯化鈉為金屬鈉。教師介紹：這是一張電解熔融氯化鈉的示意圖。在圖像中我們可以看到，需要外加電源來電解氯化鈉生成鈉和氯氣。我們將這種將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置，叫電解池，將該裝置簡(jiǎn)化后，可以得到這樣的一張電解池的示意圖。提問：該電化學(xué)裝置當(dāng)中，電子是如何運(yùn)動(dòng)的呢？學(xué)生：首先我們要找到電源的正負(fù)極，電子從負(fù)極流出流入正極，在電化學(xué)上規(guī)定得電子的電極為陰極，所以右側(cè)電極為陰極發(fā)生還原反應(yīng)，失電子的電極為陽(yáng)極，所以左側(cè)電極為陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電子不入水離子不上岸。提問：在該電化學(xué)裝置當(dāng)中，如何實(shí)現(xiàn)閉合電路呢？這時(shí)我們需要認(rèn)識(shí)離子的移動(dòng)方向，這時(shí)鈉離子向應(yīng)急移動(dòng)得電子發(fā)生還原反應(yīng)，生成鈉單質(zhì)，而氯離子則向陽(yáng)極移動(dòng)，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)。陰陽(yáng)離子在電解質(zhì)溶液中定向移動(dòng)，構(gòu)成了閉合電路。教師介紹：我們將這種使電流通過電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)，而在陰陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫電解，電解是實(shí)現(xiàn)物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化，是非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)的一種方式。【學(xué)習(xí)任務(wù)2】探秘放電順序如果我們?cè)谶@里將熔融電解質(zhì)更換為鹽的水溶液，溶液中的微粒是否會(huì)發(fā)生變化，放電順序又是如何？我們以石墨棒為電極電解氯化銅溶液，下面我們來觀看實(shí)驗(yàn)視頻----氯化銅溶液的電解實(shí)驗(yàn)。學(xué)生：觀看以石墨為電極電解氯化銅溶液的視頻。

問題1：陰陽(yáng)及產(chǎn)物分別是什么？依據(jù)是什么？學(xué)生：陽(yáng)極產(chǎn)物為銅單質(zhì)，陽(yáng)極產(chǎn)物是氯氣；因?yàn)榕c直流電源負(fù)極相連的陰極，即石墨棒上覆蓋了一層紅色的金屬，故而陰極產(chǎn)物為銅；與直流電源正極相連陽(yáng)極石墨棒上有氣泡的產(chǎn)生，該氣體能使?jié)駶?rùn)的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)，說明該氣體是氯氣

問題2：氯化銅溶液中有哪些離子？通電前后這些離子如何運(yùn)動(dòng)？分析判斷并書寫電極反應(yīng)。學(xué)生：在該溶液中有氯化銅電離出來的銅離子和氯離子，還有水電離出來的少量的氫離子和氫氧根離子，通電前這些離子在溶液中做自由運(yùn)動(dòng)，通電后自由運(yùn)動(dòng)的離子改為定向移動(dòng)，根據(jù)現(xiàn)象可以得知溶液中的陽(yáng)離子往陰極移動(dòng)，而陰離子往陽(yáng)極移動(dòng)，分別生成了銅和氯氣。陰極：Cu2++2e-===Cu陽(yáng)極：2Cl--2e===Cl2↑

問題3：依據(jù)電極產(chǎn)物，推測(cè)離子氧化性（或還原性）的強(qiáng)弱順序？學(xué)生：在陰極上有Cu2+、H+，Cu2+先放電，說明Cu2+的氧化性要強(qiáng)于、H+；陰極有Cl-和OH-，Cl-放電，說明Cl-的還原性強(qiáng)于OH-。教師介紹：在電解水的過程中，可以通過加入硫酸鈉溶液來加快電解水的速率，產(chǎn)物為氫氣和氧氣。問題4：請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)事實(shí)，你知道放電順序是什么嗎？請(qǐng)判斷并書寫電極反應(yīng)。學(xué)生：在陰極周圍有陽(yáng)離子H+和Na+，H+先放電，說明H+的放電順序要強(qiáng)于Na+，即氧化性要更強(qiáng)，在陽(yáng)極周圍有OH-和SO42-，說明OH-的還原性要強(qiáng)于SO42-。在這里我們發(fā)現(xiàn)水電離出來的H+放電順序要強(qiáng)于活潑金屬所形成的鈉鉀離子，水電離產(chǎn)生的OH-失電子能力要強(qiáng)于非還原性的含氧酸根離子在電解氯化銅溶液的實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將鍍有銅的石墨電極與電源的正極相連，另一極與電源的負(fù)極相連，接通電源后能觀察陽(yáng)極上石墨棒表面的紅色金屬溶解，陰極石墨棒上有紅色固體析出。問題5：請(qǐng)根據(jù)上述現(xiàn)象，陽(yáng)極反應(yīng)是什么？寫出陽(yáng)電極反應(yīng)并判斷陽(yáng)極的放電順序。學(xué)生：陽(yáng)極表面的金屬銅溶解，說明銅單質(zhì)是電子變成了銅離子。教師：在這里銅單質(zhì)的放電順序竟然比陽(yáng)極周圍的氯離子氫氧根離子要強(qiáng)。這里有怎樣的規(guī)律呢？這是因?yàn)樵陉?yáng)極的放電順序當(dāng)中，如果它是金屬電極，非惰性電極則要優(yōu)先放電。判斷陽(yáng)極的放電順序，第一步應(yīng)先關(guān)注的是它的陽(yáng)極材料，如果陽(yáng)極材料為活性電極，即活潑性強(qiáng)，如鐵銅銀之類的金屬，即電極自身放電；如果是惰性電極，如碳鉑金，這些電極本身不反應(yīng)只是導(dǎo)電。那么放電的則是溶液中的陰離子。教師小結(jié)：陰陽(yáng)極上的放電順序有怎樣的規(guī)律？我們可以總結(jié)如下：在陰極放電順序主要取決于陽(yáng)離子的得電子能力。這與金屬活動(dòng)性順序剛好相反，金屬越活潑，對(duì)應(yīng)離子的電子能力就越弱。其次，氧化性的強(qiáng)弱跟離子濃度有一定的關(guān)聯(lián)。再者鋁、鎂、鈉、鈣、鉀、等離子，它們的放電順序均要小于水中的氫離子，所以我們?cè)谥苽浣饘兮c等單質(zhì)時(shí)，需要在無水熔融條件下去實(shí)現(xiàn)。而在陽(yáng)極放電順序就要優(yōu)先考慮電極材料和陰離子的失電子能力。若電極材料本身為活性電極，即除碳、鉑金等材質(zhì)，則放電是金屬電極本身，如果電極是惰性電極，即為碳、鉑金等，則溶液中的陰離子按照失電子能力強(qiáng)弱進(jìn)行放電?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)3】構(gòu)建電解池的思維模型請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合之前自己所學(xué)的內(nèi)容，繪制電解池工作原理的示意圖。示意圖的內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面：1.標(biāo)注電解池的組成。2.標(biāo)明氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)發(fā)生的區(qū)域。3.標(biāo)明電子的運(yùn)動(dòng)方向和陰離子、陽(yáng)離子的遷移方向。學(xué)生：構(gòu)成電解池的要素中包含：外接的直流電源，陰極、陽(yáng)極和含有陰陽(yáng)離子的電解質(zhì)溶液；在這里電解質(zhì)溶液可以是電解質(zhì)的水溶液或熔融的電解質(zhì)。閉合以后，電子從負(fù)極流出流入陰極，溶液中的陰離子與電子流向一致，流向陽(yáng)極，而陽(yáng)離子流向陰極，電子從陽(yáng)極流出，流回電源的正極構(gòu)成了閉合電路。陰極上發(fā)生的是一個(gè)得電子的還原反應(yīng)，陽(yáng)極上發(fā)生的是一個(gè)失電子的氧化反應(yīng)。電極反應(yīng)會(huì)因?yàn)殡姌O材料、電解質(zhì)溶液等因素的變化而變化，我們需要關(guān)注陰陽(yáng)極上的放電順序問題，該裝置實(shí)現(xiàn)了電能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)4】揭秘水質(zhì)電解器教師介紹：商家在向市民推銷凈水器時(shí)，利用所謂的水質(zhì)電解器進(jìn)行電解檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)用的自來水又黑又臟，真的如此嗎？水質(zhì)電解器真的可以檢測(cè)水質(zhì)的好壞嗎？檢測(cè)人員將電解器插入蒸餾水和自來水中，30秒后蒸餾水無明顯變化，自來水略有黃色，再經(jīng)過15分鐘發(fā)現(xiàn)不論是自來水還是蒸餾水，兩個(gè)燒杯中均出現(xiàn)了絮狀的綠色的沉淀。水質(zhì)電解器插入自來水或蒸餾水中，就是兩組電池，單獨(dú)的一組電解池也可以工作。我們將其化簡(jiǎn)只用其中的一組電解池結(jié)合圖形，請(qǐng)同學(xué)們思考以下幾個(gè)問題。問題6：深綠色的絮狀物質(zhì)是什么？學(xué)生：絮狀物是氫氧化亞鐵。問題7：絮狀物產(chǎn)生的原理是什么呢？學(xué)生：我們發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極材料是鐵作為活性電極，鐵優(yōu)先失電子，變成了亞鐵離子；在陰極，水中的氫離子的電子變成氫氣，同時(shí)生成氫氧根離子，所以亞鐵離子和氫氧根結(jié)合變成氫氧化亞鐵，出現(xiàn)了綠色的絮狀沉淀。學(xué)生：所以這款水質(zhì)電解器電解水的現(xiàn)象，并不能說明水中含有雜質(zhì)