第四章 電化學基礎
第三節(jié) 電解池
一、教材分析
《電解池》是人教版高中化學選修四《化學反應原理》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用。電解屬于電化學的知識范疇,是中學化學理論體系不可缺少的一部分,同時電解與物理學科中的電學、能量的轉(zhuǎn)換有密切的聯(lián)系,是氧化還原反應、原電池、電離等知識的綜合運用。本節(jié)教材可分為三個部分:電解原理、電解原理的應用、電鍍。把握教材意圖后,我把本節(jié)內(nèi)容安排為兩課時完成。
二、目標
1.知識目標:
(1) 知道電解的基本原理,會判斷一般電解反應產(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)反應原理,能正確書寫電極反應式和電解的總化學方程式;
(4) 通過對比、分析明確原電池與電解池的區(qū)別和聯(lián)系
2.能力目標:
(1) 培養(yǎng)學生觀察、分析、整理、歸納總結、探究等能力;
(2) 通過實驗培養(yǎng)學生的觀察能力、分析能力和解決實際問題的能力;
3.情感、態(tài)度和價值觀目標:
(1) 指導學生積極參與過程,激發(fā)其主動探究的意識;
(2) 對學生進行辯證唯物主義教育和環(huán)境保護教育,培養(yǎng)學生正確的處世態(tài)度;
(3) 通過氯堿工業(yè)的學習,培養(yǎng)學生確立理論聯(lián)系實際的學習方法,進一步樹立探究精神及合作意識,同時增強環(huán)境保護意識。
三、教學重點難點
重點:電解原理、氯堿工業(yè)反應原理
難點:離子放電實質(zhì)
四、學情分析
學生的認知發(fā)展水平和知識基礎都是我們要考慮的學情。我們的學生素質(zhì)不太高,沒有強烈的求知欲,思維能力漸趨成熟。但也有思維方面的劣勢,他們習慣演繹式的教學方法,探究學習的經(jīng)驗少。在知識方面,學生在初中沒有電化學知識;在高一化學中學習過有關電化學的原電池;在生活中也很少有涉及到電解應用經(jīng)歷。
五、教學方法
1.實驗探究與啟發(fā)討論法。
2.學案導學:見后面的學案。
3.新授課教學基本環(huán)節(jié):預習檢查、總結疑惑→情境導入、展示目標→合作探究、精講點撥→反思總結、當堂檢測→發(fā)導學案、布置預習
六、課前準備
1.學生的學習準備:預習實驗“電解池原理”,初步把握實驗的原理和方法步驟。
2.教師的教學準備:多媒體課件制作,課前預習學案,課內(nèi)探究學案,課后延伸拓展學案。3.教學環(huán)境的設計和布置:四人一組,實驗室內(nèi)教學。課前打開實驗室門窗通風,課前準備好如下儀器裝置和藥品:
實驗儀器:小燒杯、玻璃棒、碳棒、導線、電流表、直流電源、改進的塑料制電解槽;
實驗藥品:CuCl2溶液、淀粉碘化鉀試紙、NaOH溶液、CuSO4溶液、銅片、鐵片。
七、課時安排:2課時
第一課時 電解原理
第二課時 電解的應用
八、教學過程
第一課時 電解原理
【復習引入】化學反應過程中,除有新物質(zhì)生成之外還常常伴有能量的轉(zhuǎn)化,如化學能轉(zhuǎn)化為電能的原電池反應。
(1)請每位同學自己設計一組原電池裝置圖,注明電極名稱、所用材料、電子流動方向、寫出電極反應式;
(2)構成原電池的條件是什么?能量如何變化?
電能會不會轉(zhuǎn)化為化學能呢?若能,又需要通過什么裝置?怎樣才能實現(xiàn)電能到化學能的轉(zhuǎn)化?將是我們這一節(jié)要學習的內(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】若將該原電池裝置加以改動為右圖所示裝置
【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動?分別有什么現(xiàn)象?如何用簡單的方法初步檢驗其產(chǎn)物?
【介紹并板書】電極名稱
陰極:與外接電源的負極相連的電極
陽極:與外接電源的正極相連的電極
【實驗探究】讓學生分組用改進的電解槽電解CuCl2溶液,觀察現(xiàn)象,以驗證上面討論的結果。
【學生代表發(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?
【學生回答并板書】電極反應
陰極: ( 反應)
陽極: ( 反應)
總反應式:
【結論】(1)由以上實驗分析可知CuCl2溶液通入直流電時,在陰、陽兩極發(fā)生了 反應,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)下電離出自由移動的離子,通電時,自由離子定向移動, 離子移向陰極,在陰極 電子,發(fā)生 反應; 離子移向陽極,在陽極 電子,發(fā)生 反應。
【板書】電解池:
電解原理:
【思考】根據(jù)原電池的構成結合以上實驗總結出構成電解池的條件。
【板書】電解池的構成條件:
【思考】CuCl2溶液中共有幾種離子?結合實驗,試說明其中離子得失電子的難易順序。
【學生回答】CuCl2溶液中有Cu2+、Cl—、H+、OH—四種離子,由實驗結果可知,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,在電解時離子放電順序難易也不同,結合氧化還原反應的知識,可知氧化性強的離子先得電子,還原性強的離子先失電子。
【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,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
點極反應式
總反應式
反應現(xiàn)象
能量轉(zhuǎn)變
2、電解池和原電池關系示意圖
【小結】本節(jié)課我們在復習原電池基本概念的基礎上,重點學習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 電解的應用
【復習引入】上節(jié)課我們學習了有關電解的知識,知道了電解原理及電解時電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的事實。同時,通過分析知道了電解質(zhì)溶液導電的實質(zhì)及溶液中離子的放電順序。電解原理在實際的工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應用,本節(jié)課我們將學習其中的一些典型實例。
【板書】二、電解原理的應用
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,通電時這些離子如何移動?哪些離子放電?分別寫出兩極上的電極反應方程式。
(2)兩極上各有什么現(xiàn)象產(chǎn)生?如何檢驗有NaOH何Cl2生成?
(3)若食鹽溶液中有Ca2+、Mg2+、SO42—等雜質(zhì)離子,應選擇哪些試劑除去?加入試劑應有怎樣的順序?
【學生討論后回答】
(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,檢驗為Cl2;陰極區(qū)加酚酞顯紅色,檢驗為NaOH。
(3)Na2CO4、NaOH、BaCl2、HCl試劑,加入時BaCl2溶液要在加Na2CO4溶液前加入。
【提問】寫出該電解反應的總的化學方程式。
【板書】2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH
【設疑】生產(chǎn)過程中,為什么強調(diào)是電解飽和食鹽水?
【講述】上節(jié)課學習了理論上溶液中離子的放電順序。在實際生產(chǎn)中,由于溶液中離子濃度的變化,常會出現(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】下面我們再來學習電解的其他用途。
【板書】2、電鍍
【閱讀】閱讀教材相關內(nèi)容,回答:
(1)電鍍的主要目的是什么?
(2)電鍍時,通常把 作陰極,把 作陽極,用 作電鍍液。
【學生討論后回答,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行銅的精煉。
【討論】(1)為什么要進行銅的電解精煉?
(2)電解精煉銅時,用 作陰極,用 作陽極,用 作電解液。
【討論后學生回答,教師板書】
陽極:
粗銅精煉 陰極:
電解質(zhì)溶液:
電極反應式:陽極: 陰極:
【講述】銅作為活性電極放電,形成Cu2+進入溶液后,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】電解原理的另一個應用是電冶金。
【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,寫出電極反應方程式和總反應方程式。
陽極: 陰極:
總反應:
【小結】本節(jié)課我們學習了電解原理在實際生產(chǎn)生活中的應用,在鞏固電解原理的同時,了解了化學原理在實際生產(chǎn)上的應用。實際生產(chǎn)上的過程很復雜,這里我們只停留在理論上進行討論。
九、板書設計
第一課時 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)
陽極: 2Cl--2e-=Cl2↑(氧化反應)
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的過程叫做電解。
把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置叫做電解池或電解槽。
CuCl2 Cu+Cl2↑
電解池的構成條件:
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、、電解池和原電池關系示意圖
第二課時 電解的應用
二、電解原理的應用
1、電解飽和食鹽水以制取燒堿、氯氣和氫氣
2NaCl+2H2O H2↑+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、教學反思
電化學內(nèi)容是無機化學中很重要的知識,他既涉及到理論知識,又與元素化合物知識密切相關。通過化學能與電能之間的相互轉(zhuǎn)化,可以使學生對氧化還原反應中能量變化的認識更加深刻,從而進一步樹立能量觀點和辯證唯物主義觀點。
授課中要充分注意教與學的有機結合,嘗試采取全班學生分若干小組,打破常規(guī)聽課方式,以便更好地完成課堂中的討論,分組實驗等教學過程。
教學中,圍繞問題討論,實驗預測、驗證,現(xiàn)象對比等環(huán)節(jié),突破本節(jié)課的教學重點和教學難點,同時以討論為主線,結合動手實驗,學生參與,啟發(fā)學思維,引導學生觀察分析、推理、探究,調(diào)動學生的參與意識,引發(fā)他們積極思考,以體現(xiàn)學生的主體性;并將所學知識與生產(chǎn)生活實踐相聯(lián)系,使課堂學習更加貼近社會生活,同時,輔以課堂反饋,檢查學生課堂吸收率,培養(yǎng)學生的解題能力。
本文來自:逍遙右腦記憶 http://simonabridal.com/gaoer/56806.html
相關閱讀:基于微粒觀和變化觀的《電解池》(第一課時)教學設計