電解池 教學(xué)設(shè)計 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

課程基本信息學(xué)科高中化學(xué)年級高二學(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.從宏觀角度認識電解池模型，通過電解實驗，描述電解實驗現(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)、能量變化對電解原理進行分析。3.通過了解元素發(fā)現(xiàn)史，認識電解法對人類社會進步的重要貢獻。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)重點：電解原理。教學(xué)難點：電解原理。教學(xué)過程【情境引入】最近一些商家在向消費者推銷凈水設(shè)備時，利用一個所謂水質(zhì)電解器的設(shè)備，對自來水進行所謂的檢測。檢測以后自來水都會變得又黑又臟，這讓不少消費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告。上圖就是水質(zhì)電解器，水質(zhì)電解器真的可以檢測水質(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。【學(xué)習(xí)任務(wù)1】認識電解和電解池提問：同學(xué)們，氯化鈉生成鈉和氯氣，這個反應(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，我們該怎么做？學(xué)生：在原電池的課時中我們已經(jīng)學(xué)過自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，可以設(shè)計為原電池，實現(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，電子是如何運動的呢？學(xué)生：首先我們要找到電源的正負極，電子從負極流出流入正極，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)，失電子的電極為陽極，所以左側(cè)電極為陽極發(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，如何實現(xiàn)閉合電路呢？這時我們需要認識離子的移動方向，這時鈉離子向應(yīng)急移動得電子發(fā)生還原反應(yīng)，生成鈉單質(zhì)，而氯離子則向陽極移動，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)。陰陽離子在電解質(zhì)溶液中定向移動，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)，而在陰陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫電解，電解是實現(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在這里將熔融電解質(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，下面我們來觀看實驗視頻----氯化銅溶液的電解實驗。學(xué)生：觀看以石墨為電極電解氯化銅溶液的視頻。

問題1：陰陽及產(chǎn)物分別是什么？依據(jù)是什么？學(xué)生：陽極產(chǎn)物為銅單質(zhì)，陽極產(chǎn)物是氯氣；因為與直流電源負極相連的陰極，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極石墨棒上有氣泡的產(chǎn)生，該氣體能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{，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動？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動，通電后自由運動的離子改為定向移動，根據(jù)現(xiàn)象可以得知溶液中的陽離子往陰極移動，而陰離子往陽極移動，分別生成了銅和氯氣。陰極：Cu2++2e-===Cu陽極：2Cl--2e===Cl2↑

問題3：依據(jù)電極產(chǎn)物，推測離子氧化性（或還原性）的強弱順序？學(xué)生：在陰極上有Cu2+、H+，Cu2+先放電，說明Cu2+的氧化性要強于、H+；陰極有Cl-和OH-，Cl-放電，說明Cl-的還原性強于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：請同學(xué)們根據(jù)上述實驗事實，你知道放電順序是什么嗎？請判斷并書寫電極反應(yīng)。學(xué)生：在陰極周圍有陽離子H+和Na+，H+先放電，說明H+的放電順序要強于Na+，即氧化性要更強，在陽極周圍有OH-和SO42-，說明OH-的還原性要強于SO42-。在這里我們發(fā)現(xiàn)水電離出來的H+放電順序要強于活潑金屬所形成的鈉鉀離子，水電離產(chǎn)生的OH-失電子能力要強于非還原性的含氧酸根離子在電解氯化銅溶液的實驗結(jié)束后，將鍍有銅的石墨電極與電源的正極相連，另一極與電源的負極相連，接通電源后能觀察陽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：請根據(jù)上述現(xiàn)象，陽極反應(yīng)是什么？寫出陽電極反應(yīng)并判斷陽極的放電順序。學(xué)生：陽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極周圍的氯離子氫氧根離子要強。這里有怎樣的規(guī)律呢？這是因為在陽極的放電順序當(dāng)中，如果它是金屬電極，非惰性電極則要優(yōu)先放電。判斷陽極的放電順序，第一步應(yīng)先關(guān)注的是它的陽極材料，如果陽極材料為活性電極，即活潑性強，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離子的得電子能力。這與金屬活動性順序剛好相反，金屬越活潑，對應(yīng)離子的電子能力就越弱。其次，氧化性的強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，所以我們在制備金屬鈉等單質(zhì)時，需要在無水熔融條件下去實現(xiàn)。而在陽極放電順序就要優(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弱進行放電?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)3】構(gòu)建電解池的思維模型請同學(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)明電子的運動方向和陰離子、陽離子的遷移方向。學(xué)生：構(gòu)成電解池的要素中包含：外接的直流電源，陰極、陽極和含有陰陽離子的電解質(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，電子從負極流出流入陰極，溶液中的陰離子與電子流向一致，流向陽極，而陽離子流向陰極，電子從陽極流出，流回電源的正極構(gòu)成了閉合電路。陰極上發(fā)生的是一個得電子的還原反應(yīng)，陽極上發(fā)生的是一個失電子的氧化反應(yīng)。電極反應(yīng)會因為電極材料、電解質(zhì)溶液等因素的變化而變化，我們需要關(guān)注陰陽極上的放電順序問題，該裝置實現(xiàn)了電能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化。【學(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，利用所謂的水質(zhì)電解器進行電解檢測，發(fā)現(xiàn)實驗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水質(zhì)的好壞嗎？檢測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，單獨的一組電解池也可以工作。我們將其化簡只用其中的一組電解池結(jié)合圖形，請同學(xué)們思考以下幾個問題。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)