电解池 教学设计 高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1+

教学设计

课程基本信息学科高中化学年级高二学期秋季课题电解原理教科书书名：高中化学选择性必修1化学反应原理教学目标1.从宏观角度认识电解池模型，通过电解实验，描述电解实验现象，初步建立电解池的概念。2.微观角度分析本质原因，从溶液中微粒的行为、电极反应、能量变化对电解原理进行分析。3.通过了解元素发现史，认识电解法对人类社会进步的重要贡献。教学内容教学重点：电解原理。教学难点：电解原理。教学过程【情境引入】最近一些商家在向消费者推销净水设备时，利用一个所谓水质电解器的设备，对自来水进行所谓的检测。检测以后自来水都会变得又黑又脏，这让不少消费者觉得自己家的自来水问题真大，到底是不是有问题？我们来看看今天的真相报告。上图就是水质电解器，水质电解器真的可以检测水质吗？今天我们一起来学习电解原理，来揭秘事件背后的真相。【学习任务1】认识电解和电解池提问：同学们，氯化钠生成钠和氯气，这个反应是否属于自发的反应呢？以氯化钠为原料制备金属钠，我们该怎么做？学生：在原电池的课时中我们已经学过自发的氧化还原反应，可以设计为原电池，实现化学能转化为电能。若以氯化钠为原料，制备金属钠，这是一个非自发的氧化还原反应，需要靠外界的力量，即外加直流电源来电解熔融的氯化钠为金属钠。教师介绍：这是一张电解熔融氯化钠的示意图。在图像中我们可以看到，需要外加电源来电解氯化钠生成钠和氯气。我们将这种将电能转化为化学能的装置，叫电解池，将该装置简化后，可以得到这样的一张电解池的示意图。提问：该电化学装置当中，电子是如何运动的呢？学生：首先我们要找到电源的正负极，电子从负极流出流入正极，在电化学上规定得电子的电极为阴极，所以右侧电极为阴极发生还原反应，失电子的电极为阳极，所以左侧电极为阳极发生氧化反应，电子不入水离子不上岸。提问：在该电化学装置当中，如何实现闭合电路呢？这时我们需要认识离子的移动方向，这时钠离子向应急移动得电子发生还原反应，生成钠单质，而氯离子则向阳极移动，失电子发生氧化反应。阴阳离子在电解质溶液中定向移动，构成了闭合电路。教师介绍：我们将这种使电流通过电解质溶液或熔融电解质，而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解，电解是实现物质和能量转化，是非自发的氧化还原反应的一种方式。【学习任务2】探秘放电顺序如果我们在这里将熔融电解质更换为盐的水溶液，溶液中的微粒是否会发生变化，放电顺序又是如何？我们以石墨棒为电极电解氯化铜溶液，下面我们来观看实验视频----氯化铜溶液的电解实验。学生：观看以石墨为电极电解氯化铜溶液的视频。

问题1：阴阳及产物分别是什么？依据是什么？学生：阳极产物为铜单质，阳极产物是氯气；因为与直流电源负极相连的阴极，即石墨棒上覆盖了一层红色的金属，故而阴极产物为铜；与直流电源正极相连阳极石墨棒上有气泡的产生，该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，说明该气体是氯气

问题2：氯化铜溶液中有哪些离子？通电前后这些离子如何运动？分析判断并书写电极反应。学生：在该溶液中有氯化铜电离出来的铜离子和氯离子，还有水电离出来的少量的氢离子和氢氧根离子，通电前这些离子在溶液中做自由运动，通电后自由运动的离子改为定向移动，根据现象可以得知溶液中的阳离子往阴极移动，而阴离子往阳极移动，分别生成了铜和氯气。阴极：Cu2++2e-===Cu阳极：2Cl--2e===Cl2↑

问题3：依据电极产物，推测离子氧化性（或还原性）的强弱顺序？学生：在阴极上有Cu2+、H+，Cu2+先放电，说明Cu2+的氧化性要强于、H+；阴极有Cl-和OH-，Cl-放电，说明Cl-的还原性强于OH-。教师介绍：在电解水的过程中，可以通过加入硫酸钠溶液来加快电解水的速率，产物为氢气和氧气。问题4：请同学们根据上述实验事实，你知道放电顺序是什么吗？请判断并书写电极反应。学生：在阴极周围有阳离子H+和Na+，H+先放电，说明H+的放电顺序要强于Na+，即氧化性要更强，在阳极周围有OH-和SO42-，说明OH-的还原性要强于SO42-。在这里我们发现水电离出来的H+放电顺序要强于活泼金属所形成的钠钾离子，水电离产生的OH-失电子能力要强于非还原性的含氧酸根离子在电解氯化铜溶液的实验结束后，将镀有铜的石墨电极与电源的正极相连，另一极与电源的负极相连，接通电源后能观察阳极上石墨棒表面的红色金属溶解，阴极石墨棒上有红色固体析出。问题5：请根据上述现象，阳极反应是什么？写出阳电极反应并判断阳极的放电顺序。学生：阳极表面的金属铜溶解，说明铜单质是电子变成了铜离子。教师：在这里铜单质的放电顺序竟然比阳极周围的氯离子氢氧根离子要强。这里有怎样的规律呢？这是因为在阳极的放电顺序当中，如果它是金属电极，非惰性电极则要优先放电。判断阳极的放电顺序，第一步应先关注的是它的阳极材料，如果阳极材料为活性电极，即活泼性强，如铁铜银之类的金属，即电极自身放电；如果是惰性电极，如碳铂金，这些电极本身不反应只是导电。那么放电的则是溶液中的阴离子。教师小结：阴阳极上的放电顺序有怎样的规律？我们可以总结如下：在阴极放电顺序主要取决于阳离子的得电子能力。这与金属活动性顺序刚好相反，金属越活泼，对应离子的电子能力就越弱。其次，氧化性的强弱跟离子浓度有一定的关联。再者铝、镁、钠、钙、钾、等离子，它们的放电顺序均要小于水中的氢离子，所以我们在制备金属钠等单质时，需要在无水熔融条件下去实现。而在阳极放电顺序就要优先考虑电极材料和阴离子的失电子能力。若电极材料本身为活性电极，即除碳、铂金等材质，则放电是金属电极本身，如果电极是惰性电极，即为碳、铂金等，则溶液中的阴离子按照失电子能力强弱进行放电。【学习任务3】构建电解池的思维模型请同学们结合之前自己所学的内容，绘制电解池工作原理的示意图。示意图的内容包含以下几个方面：1.标注电解池的组成。2.标明氧化反应和还原反应发生的区域。3.标明电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向。学生：构成电解池的要素中包含：外接的直流电源，阴极、阳极和含有阴阳离子的电解质溶液；在这里电解质溶液可以是电解质的水溶液或熔融的电解质。闭合以后，电子从负极流出流入阴极，溶液中的阴离子与电子流向一致，流向阳极，而阳离子流向阴极，电子从阳极流出，流回电源的正极构成了闭合电路。阴极上发生的是一个得电子的还原反应，阳极上发生的是一个失电子的氧化反应。电极反应会因为电极材料、电解质溶液等因素的变化而变化，我们需要关注阴阳极上的放电顺序问题，该装置实现了电能向化学能的转化。【学习任务4】揭秘水质电解器教师介绍：商家在向市民推销净水器时，利用所谓的水质电解器进行电解检测，发现实验用的自来水又黑又脏，真的如此吗？水质电解器真的可以检测水质的好坏吗？检测人员将电解器插入蒸馏水和自来水中，30秒后蒸馏水无明显变化，自来水略有黄色，再经过15分钟发现不论是自来水还是蒸馏水，两个烧杯中均出现了絮状的绿色的沉淀。水质电解器插入自来水或蒸馏水中，就是两组电池，单独的一组电解池也可以工作。我们将其化简只用其中的一组电解池结合图形，请同学们思考以下几个问题。问题6：深绿色的絮状物质是什么？学生：絮状物是氢氧化亚铁。问题7：絮状物产生的原理是什么呢？学生：我们发现阳极材料是铁作为活性电极，铁优先失电子，变成了亚铁离子；在阴极，水中的氢离子的电子变成氢气，同时生成氢氧根离子，所以亚铁离子和氢氧根结合变成氢氧化亚铁，出现了绿色的絮状沉淀。学生：所以这款水质电解器电解水的现象，并不能说明水中含有杂质