人教版高中化学选修四第四章电化学基础第三节《电解池》教学设计.doc

第四章 电化学基础 第三节 电解池（第1课时） 教材分析在学习第四章之前，学生学习了“溶液中的离子平衡”，对溶液体系初步建立了微观、动态、相互作用的认识深度，基本形成了分析反应体系中微粒及运动情况的认识思路，本章是对上述认识方法的应用和深化，此外从本章的知识基础看，也是将氧化还原反应、离子反应等基本概念和原理提升到综合应用的高度。“化学能与电能的相互转化”是贯穿全章的主线。在前两节教材的学习中，学生已经了解了自发的氧化还原反应通过原电池将化学能转化为电能，本节的核心概念是“对于非自发的氧化还原反应可以通过电解池实现由电能到化学能的转化”。 本章知识在学生整个高中化学学习中占有十分重要的地位，是在必修化学的基础上帮助学生从氧化还原反应的本质及化学反应与能量的关系上，进一步学习和探索化学反应的规律及其应用，能从化学能与电能之间相互转化的角度理解原电池-电解池的原理及应用，构建较为完整和系统的化学反应原理知识体系。本章知识结构图：二、教学目标1、通过宏观（实验现象）微观（电子、离子间的相互作用与运动方向）符号（电解方程式）三重表征形成电解池的工作原理。知道电解质溶液的导电过程，就是电解质的电解过程，能够说出电离与电解的区别和联系。2、通过观察，知道电解池装置的基本构造（包括电极与直流电源的连接方式）。通过与原电池装置进行比较，能够从电极名称、电极反应、能量转变形式、反应驱动力等方面进一步认识电解池与原电池的工作原理。3、能够根据电解质溶液的组成和电极特点，运用氧化还原知识判断电解产物，并形成分析判断电极产物的一般思路：电极材料及电极的极性溶液中存在的微粒微粒的运动方向分析得失电子的能力判断化合价变化产物存在形式。4、建立综合运用微粒观和氧化还原反应理论分析电解池问题的基本思路，能自主构建电解池模型，并以这个模型为载体用微观的、动态的、有序的思维分析电解池常见应用。5、通过查阅资料、观看录像等方式了解电解原理在工业生产中的应用，感受化学科学对人类生产生活的巨大影响。并能够运用电解原理和判断电极产物的一般思路，分析氯碱工业、电镀、铜的精炼、金属电冶炼等过程中的能量与物质的转化。教学重点：构建电解池模型教学难点：以电解池模型为载体用微观的、动态的、有序的思维分析电解池常见应用第1课时 构建电解池模型第2课时 以电解池模型为载体，用微观的、动态的、有序的思维分析电解池常见应用三、教学策略分析1、确定电解池原理教学中的核心概念和基本概念及其之间的关系电解池教学中的核心概念和基本概念梳理如下图：电解池原理的教学其实就是描述氧化还原反应、电解池概念、能量转换等几个概念之间的相互关系。落实核心概念可以帮助学生真正理解溶液的导电过程实际上是发生氧化还原反应的过程，电解是一种强有力的氧化还原手段，可以实现物质之间的转化，可以实现电能到化学能的转变，有利于学生理解基本概念，构建电解池模型，进而用基本概念理解电解池的应用。2、基于科学取向教学论的原理课教学科学取向教学论指导下的原理课教学一般结构：复习相关概念，提供尽可能充足的实验事实，加以归纳、概括形成原理。获得原理电解CuCl2溶液实验通过分析电解饱和食盐水的产物分析，了解放电顺序，形成分析电解池的思维程序初步学习原理后，通过复述原理、识别原理适用情景等活动巩固新原理，并形成原理运用的程序和步骤形成应用原理的思维程序通过在新的情景中运用原理进行解释、预测、控制变量之间的相互作用以及判断原理的运用是否正确等变式训练，巩固、内化新原理，形成原理系统。如何冶炼金属钠？运用原理对外办事学生制作个性化的本节原理思维导图图。3、利用模型教学强化学生电解池模型的构建化学模型方法在化学教学中颇为重要,又是常用的一种科学方法，它有利于教师在化学教学中把化学事物加以高度抽象，表面上看似乎脱离了具体(原型)的真实,然而能集中地反映出原型具体真实中的主要矛盾、主要方面、主要特征,可帮助师生揭示出复杂的研究体系里更深的本质和规律性。这不受直觉和所处的时、空局限,有利于达到更深层次的认识。电解池是一种特殊的能量转换装置，离子的迁移方向、放电顺序、产物等具有一定的恒定性和内在统一性，所以电解池原理教学中的重点之一就是要学生能在脑海中构建电解池的模型，在学习初始阶段，用卡纸模拟电解池中发生的变化，有利于学生从实物到抽象的构建模型。4、帮助学生建立分析电解池的思维程序学生在理解电解池的工作原理，建构了电解池的模型后，要建立分析电解池的思维程序：溶液中存在哪些离子通电时离子如何移动离子放电顺序产物、电极方程式5、指导学生形成自身的原理思维导图，厘清概念间的关系对于化学原理的学习,学生不仅要理解原理涉及的各概念的内涵,更要厘清概念间的关系。思维导图作为意义学习的重要策略,以直观形象的方式描绘了知识结构,有效呈现知识的关联,引导学生进行意义建构,非常接近人的自然思维过程。引导学生构建思维导图,可以帮助学生建立概念间的联系,实现概念的网络,形成良好的认知结构。通过对知识进行系统的整理,了解目前存在的不足,帮助学生加深对原理念的理解,并促进知识结构的合理化,通过与他人或教师建构的思维导图进行比较,可以让其了解自身在思维导建构能力、知识上的欠缺。 四、教学过程（第1课时）环节一、通过宏观微观符号三重表征形成电解池的工作原理。【问题引入】在古代的物质观中不管是中国的“阴阳五行说”还是西方的“四元素说”，都认为水是一种不能够被分解的元素，这是因为水很稳定。从吉布斯自由能（G=H-TS）的角度分析为什么水难以分解为氢气和氧气呢？【学生】2H2O =2H2O2，该反应H0,S0，在较低温度下无法自发进行。【教师】如何实现水的分解？【学生】高温或常温下外界给予能量电解【教师】在化学发展史上第一次实现水电解为氢气和氧气是在1800年伏打发明电池后，自此“水是一种元素”的传统认识彻底被打破，电解法可以提供能量，令在该温度下无法自发进行的氧化还原反应自发进行，同时将电能转化为化学能。设计意图：学生在初中已经接触了水电解的概念，从水的电解引入是引导学生从能量的角度分析水的分解需要吸收很高的能量，在较低温度下无法自发进行，电解法可以提供能量，有助于学生能量观的建构。【教师】电解法给人类带来了一场认识上的革命，当时英国化学家戴维敏感的意识到它可以用于研究物质的组成，大胆尝试用电解的方法去分解一些当时人们认为不能够被分解的物质。戴维最初的想法是水通电可以分解为氢气和氧气，那物质的水溶液通电又会怎样呢？现在我们就来研究一下对氯化铜的水溶液通电会有什么情况发生。【思考与交流1】学生阅读完实验4-2后先思考并回答以下问题。1、 该实验的实验目的是什么？2、 该实验用到的仪器和药品有什么？3、 该实验装置如何组装4、 猜想通电时在阳极和阴极的产物可能是什么？可以观察到什么现象？【分组实验】 实验操作实验现象与分析将两根碳棒分别跟直流电源的正极和负极相连，浸入装有CuCl2溶液的电解槽中【根据实验结果思考讨论】1、CuCl2溶液中有哪些离子？2、在接通直流电源时，微粒如何运动？3、如何书写电极方程式？（学生可以借助课堂上提供的电解池操作模型进行思考讨论，操作模型。【汇报实验现象并分析】教师在黑板上提供可自由组装的电解池模型图，学生到黑板上边操作模型图边回答上面的3个问题，并用模型图模拟电解池工作时的微粒移动和变化过程，最终得出电极方程式。实验现象：阴极有红色的固体阳极有气体产生，并能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝解释：CuCl2溶液在接通直流电源时，根据同性相斥，异性相吸原理，Cu2+向阴极移动得到电子生成Cu 单质；Cl向阳极移动失去电子生成Cl2。（学生在分析氯化铜溶液过程中可能能意识到溶液中H+、OH的存在，但在分析离子移动及变化过程中忽略了，教师可暂时不提醒。）【总结】电解池相关概念1、电解：在直流电作用下，在两极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。2、电解池：将电能转化成化学能的装置。3、电极名称及判断：阴极：与电源负极相连的一极, 阳离子向阴极移动，物质在该极得到电子,发生还原反应。阳极：与电源正极相连的一极, 阴离子向阳极移动，物质在该极失去电子,发生氧化反应。4、分析电解池反应的思维程序：（1）溶液中存在哪些离子 （2）通电时离子如何移动 （3）产物、电极方程式设计意图：该实验是理解电解原理的突破口，也是本节教学重点，充分发挥该实验在教学中的作用，努力引导学生通过自己的观察，并运用所学知识分析电极表面发生变化的原因，利用电解池模型图强化学生认识电解池工作时微粒的移动和变化过程，进而认识电解池的功能，认知“电解质溶液的导电过程，就是电解质的电解过程”。环节二：通过分析电解饱和食盐水的产物，了解放电顺序，形成分析电解池的思维程序。【思考与交流2】氯化铜溶液中除了Cl、Cu2+还存在OH、H+，通电时Cl、OH都向阳极移动，Cu2+、H+都向阴极移动，但是实验中H+和OH都没有参与反应。那么，如果戴维利用实验4-2的电解池装置电解氯化钠溶液，能否也得到金属钠？设计意图：培养学生思维能力，看他们能否联想到金属活动顺序表中金属阳离子的氧化性顺序，产生认知冲突，激发学生学习兴趣。【学生】对电解氯化钠溶液的产物作出猜想。【分组实验】教师利用实验4-2的电解池装置电解饱和食盐水实验操作实验现象与分析将两根碳棒分别跟直流电源的正极和负极相连，浸入装有NaCl溶液的电解槽中【学生】根据实验结果思考以下问题：（1）饱和食盐水中存在哪些离子?（2）通电后，溶液中的离子如何移动？（3）电解后，在阴极区和阳极区分别得到的产物是什么？电极方程式如何书写？（学生根据实验结果操作电解池模型图模拟电解微观过程，得出电极方程式。在判断阴极、阳极产物时引导学生思考离子的放电顺序，并解释如何得出放电顺序。）【总结】1、离子放电顺序放电：阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电阳极：阴离子失电子（具有还原性） 氧化反应还原性强的离子优先放电：Cl -OH - 含氧酸根离子SO42-等阴极：阳离子得电子（具有氧化性） 还原反应氧化性强的离子优先放电：Cu2+H+Na+2、分析电解池反应的思维程序：（1）溶液中存在哪些离子 （2）通电时离子如何移动 （3）离子放电顺序 阳离子：Cu2+H+Na+ 比较依据：金属活动顺序表 阴离子：Cl -OH -（4）产物、电极方程式设计意图：通过学生独立设计，巩固他们对电解池装置的认识，并通过获得的产物及物质变化的原理分析，激发学生思考分析电解反应物的有序思维。环节三：在新情景中应用原理【问题1】利用电解的方法戴维在一年之内就成功制取了6种物质，例如钠、钾、铷等，那么戴维应该如何从氯化钠中成功制取了钠？【学生】模拟电解熔融氯化钠的微观过程并写出电极方程式。【问题2】在电解水的实验中，为了增大水的导电能力而又不影响电解产物，可以加入哪些物质？【学生】根据离子放电顺序进行总结回答。设计意图：通过在新的情景中运用原理进行分析解释，巩固、内化新原理。【作业】本节涉及的概念名词有：氧化还原反应、氧化剂、还原剂、氧化反应、还原反应、电解池、阴极、阳极、化学能、电能等，请用以上概念构建自己的思维导图。设计意图：学生形成自身的思维导图，形成原理系统。第四章 电化学基础 第三节 电解池（第1课时）学案环节一 了解电解池的工作原理。【思考与交流1】学生阅读完实验4-2后先思考并回答以下问题。1、该实验的实验目的是什么？2、该实验用到的仪器和药品有什么？3、该实验装置如何组装？4、猜想通电时在阳极和阴极的产物可能是什么？可以观察到什么现象？【分组实验】 实验操作实验现象将两根碳棒分别跟直流电源的正极和负极相连，浸入装有CuCl2溶液的电解槽中 根据实验结果思考以下问题，并在电解池模型中模拟电解的微观过程。1、CuCl2溶液中有哪些离子？2、在接通直流电源时，微粒如何运动？3、如何书写两极的电极方程式及总电解方程式？总结：电解池相关概念：环节二：形成分析电解池的思维过程。【思考与交流2】氯化铜溶液中除了Cl、Cu2+还存在OH、H+，通电时Cl、OH都向阳极移动，Cu2+、H+都向阴极移动，但是实验中H+和OH都没有参与反应。那么，如果戴维利用实验4-2的电解池装置电解氯化钠溶液，能否也得到金属钠？【分组实验】利用实验4-2的电解池装置电解饱和食盐水实验操作实验现象将两根碳棒分别跟直流电源的正极和负极相连，浸入装有饱和NaCl溶液的电解槽中【思考】 电解池分析思维过程溶液中存在哪些离子（1）饱和食盐水中存在哪些离子?通电时离子如何移动（2）通电后，溶液中的离子如何移动？离子放电顺序（3）阳离子的放电顺序，阴离子的放电顺序。产物、电极方程式（4）电解后，在阴极区和阳极区分别得到的产物是什么？电极方程式如何书写？总结：分析电解池的思维过程：离子的放电顺序：环节三：在新情景中应用原理【问题1】利用电解的方法戴维在一年之内就成功制取了6种物质，例如钠、钾、铷等，那么戴维应该如何从氯化钠中成功制取了钠？【问题2】在电解水的实验中，为了增大水的导电能力而又不影响电解产物，可以加入哪些物质？【作业】本节涉及的概念名词有：电解、电解池、化学能、电能、氧化还原反应、氧化反应、还原反应、阴极、阳极等，请用图表演示出它们之间的关系，制作思维导图。电解池公开课调查表1、请写出您认为的本节课的两个优点。2、请写出您认为本节课需要改进的一处地方。第四章 电化学基础 第三节 电解池（第1课时）学案环节一 了解电解池的工作原理。【思考与交流1】学生阅读完实验4-2后先思考并回答以下问题。5、 该实验的实验目的是什么？6、 该实验用到的仪器和药品有什么？7、 该实验装置如何组装？8、 猜想通电时在阳极和阴极的产物可能是什么？可以观察到什么现象？【分组实验】 实验操作实验现象将两根碳棒分别跟直流电源的正极和负极相连，浸入装有CuCl2溶液的电解槽中 根据实验结果思考以下问题，并在电