第四章第三節(jié) 電解池教案

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第四章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第三節(jié) 電解池 一、教材分析 《電解池》是人教版高中化學(xué)選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》第四章第三節(jié)，這部分教材主要介紹了電解原理以及電解原理的應(yīng)用。電解屬于電化學(xué)的知識(shí)范疇，是中學(xué)化學(xué)理論體系不可缺少的一部分，同時(shí)電解與物理學(xué)科中的電學(xué)、能量的轉(zhuǎn)換有密切的聯(lián)系，是氧化還原反應(yīng)、原電池、電離等知識(shí)的綜合運(yùn)用。本節(jié)教材可分為三個(gè)部分：電解原理、電解原理的應(yīng)用、電鍍。把握教材意圖后，我把本節(jié)內(nèi)容安排為兩課時(shí)完成。 二、教學(xué)目標(biāo) 1．知識(shí)目標(biāo)： (1) 知道電解的基本原理，會(huì)判斷一般電解反應(yīng)產(chǎn)物； (2) 能說出電解、電解池及形成條件； (3) 知道銅的電解精煉和電鍍銅的原理，知道氯堿工業(yè)反應(yīng)原理，能正確書寫電極反應(yīng)式和電解的總化學(xué)方程式； (4) 通過對(duì)比、分析明確原電池與電解池的區(qū)別和聯(lián)系 2．能力目標(biāo)： (1) 培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、整理、歸納總結(jié)、探究等能力； (2) 通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力和解決實(shí)際問題的能力； 3．情感、態(tài)度和價(jià)值觀目標(biāo)： (1) 指導(dǎo)學(xué)生積極參與教學(xué)過程，激發(fā)其主動(dòng)探究的意識(shí)； (2) 對(duì)學(xué)生進(jìn)行辯證唯物主義教育和環(huán)境保護(hù)教育，培養(yǎng)學(xué)生正確的處世態(tài)度； (3) 通過氯堿工業(yè)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生確立理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)方法，進(jìn)一步樹立探究精神及合作意識(shí)，同時(shí)增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)。 三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn)：電解原理、氯堿工業(yè)反應(yīng)原理 難點(diǎn)：離子放電實(shí)質(zhì) 四、學(xué)情分析 學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平和知識(shí)基礎(chǔ)都是我們要考慮的學(xué)情。我們的學(xué)生素質(zhì)不太高，沒有強(qiáng)烈的求知欲，思維能力漸趨成熟。但也有思維方面的劣勢(shì)，他們習(xí)慣演繹式的教學(xué)方法，探究學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)少。在知識(shí)方面，學(xué)生在初中沒有電化學(xué)知識(shí)；在高一化學(xué)中學(xué)習(xí)過有關(guān)電化學(xué)的原電池；在生活中也很少有涉及到電解應(yīng)用經(jīng)歷。 五、教學(xué)方法 1．實(shí)驗(yàn)探究與啟發(fā)討論法。 2．學(xué)案導(dǎo)學(xué)：見后面的學(xué)案。 3．新授課教學(xué)基本環(huán)節(jié)：預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑→情境導(dǎo)入、展示目標(biāo)→合作探究、精講點(diǎn)撥→反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測→發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置預(yù)習(xí) 六、課前準(zhǔn)備 1．學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)“電解池原理”，初步把握實(shí)驗(yàn)的原理和方法步驟。 2．教師的教學(xué)準(zhǔn)備：多媒體課件制作，課前預(yù)習(xí)學(xué)案，課內(nèi)探究學(xué)案，課后延伸拓展學(xué)案。3．教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)和布置：四人一組，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)教學(xué)。課前打開實(shí)驗(yàn)室門窗通風(fēng)，課前準(zhǔn)備好如下儀器裝置和藥品： 實(shí)驗(yàn)儀器：小燒杯、玻璃棒、碳棒、導(dǎo)線、電流表、直流電源、改進(jìn)的塑料制電解槽； 實(shí)驗(yàn)藥品：CuCl2溶液、淀粉碘化鉀試紙、NaOH溶液、CuSO4溶液、銅片、鐵片。 七、課時(shí)安排：2課時(shí) 第一課時(shí) 電解原理 第二課時(shí) 電解的應(yīng)用 八、教學(xué)過程 第一課時(shí) 電解原理 【復(fù)習(xí)引入】化學(xué)反應(yīng)過程中，除有新物質(zhì)生成之外還常常伴有能量的轉(zhuǎn)化，如化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的原電池反應(yīng)。 （1） 請(qǐng)每位同學(xué)自己設(shè)計(jì)一組原電池裝置圖，注明電極名稱、所用材料、電子流動(dòng)方向、寫出電極反應(yīng)式； （2） 構(gòu)成原電池的條件是什么？能量如何變化？ 電能會(huì)不會(huì)轉(zhuǎn)化為化學(xué)能呢？若能，又需要通過什么裝置？怎樣才能實(shí)現(xiàn)電能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化？將是我們這一節(jié)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。 【板書】第三節(jié) 電解池 一、 電解原理 【課件】例如：Zn—Cu原電池（模擬該電池的裝置及工作過程） 【引導(dǎo)】若將該原電池裝置加以改動(dòng)為右圖所示裝置 【討論】（1）通電前溶液中有哪些離子？來源是什么？ （2）開通電源前后，溶液中陰陽離子分別怎樣運(yùn)動(dòng)？分別有什么現(xiàn)象？如何用簡單的方法初步檢驗(yàn)其產(chǎn)物？ 【介紹并板書】電極名稱 陰極：與外接電源的負(fù)極相連的電極 陽極：與外接電源的正極相連的電極 【實(shí)驗(yàn)探究】讓學(xué)生分組用改進(jìn)的電解槽電解CuCl2溶液，觀察現(xiàn)象，以驗(yàn)證上面討論的結(jié)果。 【學(xué)生代表發(fā)言】敘述觀察到的現(xiàn)象。 【討論】離子在兩極上發(fā)生了什么反應(yīng)？ 【學(xué)生回答并板書】電極反應(yīng) 陰極： （ 反應(yīng)） 陽極： （ 反應(yīng)） 總反應(yīng)式： 【結(jié)論】（1）由以上實(shí)驗(yàn)分析可知CuCl2溶液通入直流電時(shí)，在陰、陽兩極發(fā)生了 反應(yīng)，有新物質(zhì)生成， 能轉(zhuǎn)化為 能。 （2）電解原理：電解質(zhì)在 或 狀態(tài)下電離出自由移動(dòng)的離子，通電時(shí)，自由離子定向移動(dòng)， 離子移向陰極，在陰極 電子，發(fā)生 反應(yīng)； 離子移向陽極，在陽極 電子，發(fā)生 反應(yīng)。 【板書】電解池： 電解原理： 【思考】根據(jù)原電池的構(gòu)成結(jié)合以上實(shí)驗(yàn)總結(jié)出構(gòu)成電解池的條件。 【板書】電解池的構(gòu)成條件： 【思考】CuCl2溶液中共有幾種離子？結(jié)合實(shí)驗(yàn)，試說明其中離子得失電子的難易順序。 【學(xué)生回答】CuCl2溶液中有Cu2+、Cl—、H+、OH—四種離子，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，兩極上的產(chǎn)物分別為Cu和Cl2，則可說明陽離子得電子能力：Cu2+> H+，陰離子失電子能力： Cl—> OH—。 【設(shè)疑】為什么在同一溶液中各種離子的放電順序有先后之分，應(yīng)有怎樣的順序？ 【講述】由于各種離子的得失電子能力不同，因此，在電解時(shí)離子放電順序難易也不同，結(jié)合氧化還原反應(yīng)的知識(shí)，可知氧化性強(qiáng)的離子先得電子，還原性強(qiáng)的離子先失電子。 【板書】離子的放電順序（惰性電極） 陽離子放電順序：Ag+>Hg2+> Fe3+ > Cu2+ >H+>Sn4+>Fe2+>Zn2+>…… 陰離子放電順序：S2—>I—>Br—>Cl—>OH—>含氧酸根>F— 【注意】用惰性電極（如：石墨、Pt）電解時(shí)，溶液中的陰、陽離子按順序放電，若陽極為活性電極（如Ag、Cu等金屬），則電極本身放電，溶液中的陰離子不放電。 【過度】現(xiàn)在我們已經(jīng)基本了解了電解池，下面將電解池和原電池加以比較。 【課件】（本部分由教師和學(xué)生共同歸納完成） 1、電解池、原電池的區(qū)別 裝置名稱 電極名稱 點(diǎn)極反應(yīng)式 總反應(yīng)式 反應(yīng)現(xiàn)象 能量轉(zhuǎn)變 2、電解池和原電池關(guān)系示意圖 【小結(jié)】本節(jié)課我們?cè)趶?fù)習(xí)原電池基本概念的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)學(xué)習(xí)了電解池的概念及電解原理，并比較了電解池和原電池的區(qū)別和聯(lián)系。 第二課時(shí) 電解的應(yīng)用 【復(fù)習(xí)引入】上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了有關(guān)電解的知識(shí)，知道了電解原理及電解時(shí)電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的事實(shí)。同時(shí)，通過分析知道了電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)及溶液中離子的放電順序。電解原理在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，本節(jié)課我們將學(xué)習(xí)其中的一些典型實(shí)例。 【板書】二、電解原理的應(yīng)用 1、電解飽和食鹽水以制取燒堿、氯氣和氫氣 【閱讀】閱讀教材相關(guān)內(nèi)容回答下列問題： （1）在飽和食鹽水中存在哪些離子，通電時(shí)這些離子如何移動(dòng)？哪些離子放電？分別寫出兩極上的電極反應(yīng)方程式。 （2）兩極上各有什么現(xiàn)象產(chǎn)生？如何檢驗(yàn)有NaOH何Cl2生成？ （3）若食鹽溶液中有Ca2+、Mg2+、SO42—等雜質(zhì)離子，應(yīng)選擇哪些試劑除去？加入試劑應(yīng)有怎樣的順序？ 【學(xué)生討論后回答】 （1）NaCl溶液中存在Na+、Cl—、H+、OH—，通電后H+、Na+移向陰極，Cl—、OH—移向陽極。根據(jù)離子放電順序：陰極：2 H++2e—=H2↑ 陽極：2Cl——2e—=Cl2↑ （2）陰極區(qū)產(chǎn)生無色無味的氣體；陽極區(qū)產(chǎn)生黃綠色有刺激性氣味的氣體。陽極區(qū)產(chǎn)生的有刺激性氣味的氣體遇濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)，檢驗(yàn)為Cl2；陰極區(qū)加酚酞顯紅色，檢驗(yàn)為NaOH。 （3）Na2CO4、NaOH、BaCl2、HCl試劑，加入時(shí)BaCl2溶液要在加Na2CO4溶液前加入。 【提問】寫出該電解反應(yīng)的總的化學(xué)方程式。 【板書】2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH 【設(shè)疑】生產(chǎn)過程中，為什么強(qiáng)調(diào)是電解飽和食鹽水？ 【講述】上節(jié)課學(xué)習(xí)了理論上溶液中離子的放電順序。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于溶液中離子濃度的變化，常會(huì)出現(xiàn)放電順序變化的情況，因此在氯堿工業(yè)中，為保證Cl—先于OH—放電，生成Cl2故使用飽和食鹽水，以保證Cl—濃度足夠大先放電。 【過渡】下面我們?cè)賮韺W(xué)習(xí)電解的其他用途。 【板書】2、電鍍 【閱讀】閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，回答： （1）電鍍的主要目的是什么？ （2）電鍍時(shí)，通常把 作陰極，把 作陽極，用 作電鍍液。 【學(xué)生討論后回答，教師板書】 陰極：待鍍金屬； 陽極：鍍層金屬 電解質(zhì)溶液：含有鍍層金屬離子的鹽溶液 【講述】由于在電鍍過程中，鍍層金屬轉(zhuǎn)化為離子進(jìn)入溶液，而溶液中又有與鍍層金屬相同的離子，故電解前后電解質(zhì)溶液的濃度不變。因此，電鍍是一種特殊的電解。利用電解原理同樣也可以進(jìn)行銅的精煉。 【討論】（1）為什么要進(jìn)行銅的電解精煉？ （2）電解精煉銅時(shí)，用 作陰極，用 作陽極，用 作電解液。 【討論后學(xué)生回答，教師板書】 陽極： 粗銅精煉 陰極： 電解質(zhì)溶液： 電極反應(yīng)式：陽極： 陰極： 【講述】銅作為活性電極放電，形成Cu2+進(jìn)入溶液后，金屬活潑性順序位于Cu之后的Ag和Au等金屬雜質(zhì)，由于失電子能力比Cu弱，難以在陽極失去電子變成陽離子溶解，于是以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底部，形成陽極泥。Zn、Fe、Ni等比Cu活潑的金屬，先于Cu放電，形成離子進(jìn)入溶液，但其離子得電子的能力弱于Cu2+，因此留在溶液中。 【過度】電解原理的另一個(gè)應(yīng)用是電冶金。 【板書】3、電冶金 【思考】（1）金屬冶煉的本質(zhì)是什么？ （2）冶煉金屬的方法有哪些？ （3）電解冶煉主要適用于冶煉哪些金屬？ 【學(xué)生討論后回答】 【板書】本質(zhì)：Mn++ne—=M 【提問】以電解熔融NaCl得到金屬Na為例，寫出電極反應(yīng)方程式和總反應(yīng)方程式。 陽極： 陰極： 總反應(yīng)： 【小結(jié)】本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電解原理在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，在鞏固電解原理的同時(shí)，了解了化學(xué)原理在實(shí)際生產(chǎn)上的應(yīng)用。實(shí)際生產(chǎn)上的過程很復(fù)雜，這里我們只停留在理論上進(jìn)行討論。 九、板書設(shè)計(jì) 第一課時(shí) 電解原理 第三節(jié) 電解池 一、 電解原理 1、電極名稱 陰極：與外接電源的負(fù)極相連的電極 陽極：與外接電源的正極相連的電極 2、電解原理： 陰極：　Cu2＋＋2e－=Cu?。ㄟ€原反應(yīng)） 陽極：　2Cl－-2e－=Cl2↑（氧化反應(yīng)） 使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極上引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解。 把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池或電解槽。 CuCl2Cu＋Cl2↑ 電解池的構(gòu)成條件： 離子的放電順序（惰性電極） 陽離子放電順序：Ag+>Hg2+> Fe3+ > Cu2+ >H+>Sn4+>Fe2+>Zn2+>…… 陰離子放電順序：S2—>I—>Br—>Cl—>OH—>含氧酸根>F— 3、電解池、原電池的區(qū)別 4、、電解池和原電池關(guān)系示意圖 第二課時(shí) 電解的應(yīng)用 二、電解原理的應(yīng)用 1、電解飽和食鹽水以制取燒堿、氯氣和氫氣 2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH 2、電鍍 陰極：待鍍金屬； 陽極：鍍層金屬 電解質(zhì)溶液：含有鍍層金屬離子的鹽溶液 陽極： 粗銅精煉 陰極： 電解質(zhì)溶液： 電極反應(yīng)式：陰極(精銅)：Cu2+＋2e－＝Cu 陽極(粗銅)：Cu－2e－＝Cu2+ 3、電冶金 本質(zhì)：Mn++ne—=M 十、教學(xué)反思 電化學(xué)內(nèi)容是無機(jī)化學(xué)中很重要的知識(shí)，他既涉及到理論知識(shí)，又與元素化合物知識(shí)密切相關(guān)。通過化學(xué)能與電能之間的相互轉(zhuǎn)化，可以使學(xué)生對(duì)氧化還原反應(yīng)中能量變化的認(rèn)識(shí)更加深刻，從而進(jìn)一步樹立能量觀點(diǎn)和辯證唯物主義觀點(diǎn)。 授課中要充分注意教與學(xué)的有機(jī)結(jié)合，嘗試采取全班學(xué)生分若干小組，打破常規(guī)聽課方式，以便更好地完成課堂中的討論，分組實(shí)驗(yàn)等教學(xué)過程。 教學(xué)中，圍繞問題討論，實(shí)驗(yàn)預(yù)測、驗(yàn)證，現(xiàn)象對(duì)比等環(huán)節(jié)，突破本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)，同時(shí)以討論為主線，結(jié)合動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，學(xué)生參與，啟發(fā)學(xué)思維，引導(dǎo)學(xué)生觀察分析、推理、探究，調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與意識(shí)，引發(fā)他們積極思考，以體現(xiàn)學(xué)生的主體性；并將所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)生活實(shí)踐相聯(lián)系，使課堂學(xué)習(xí)更加貼近社會(huì)生活，同時(shí)，輔以課堂反饋，檢查學(xué)生課堂吸收率，培養(yǎng)學(xué)生的解題能力。 十一、學(xué)案設(shè)計(jì)(見下頁) 7