化学选择性必修1第二节 电解池优质教案设计

这是一份化学选择性必修1第二节 电解池优质教案设计，共14页。教案主要包含了电镀池，精炼铜，金属冶炼等内容，欢迎下载使用。

第二课时 电解池原理的应用
课题： 4.2.2 电解池原理的应用
课时
1
授课年级
高二
课标要求
内容要求：
1.理解电解池的工作原理，包括阴阳极反应、电能与化学能之间的转化，以及电解池在化学变化中的作用。
2.掌握电解池在日常生活和工业生产中的应用，如电池、电镀、金属精炼、废水处理等，能够解释各应用中涉及的电解原理，并分析这些应用对环境和社会的影响。
能力要求：
1.能够将电解原理应用于实际问题，提出相应的解决方案，例如设计新的电池技术、优化废水处理工艺等。
2.结合实际案例，了解电解池在解决一些复杂的化学和环境问题上的关键作用，并能够从课程中获得解决类似问题的启示。
教材
分析
本节内容是高中化学人教版（2019版）选择性必修1第四章第二节《电解池》内容。从知识内容教材主要涉及到电解池的工作原理、电极反应和离子迁移等知识点，同时教材还重点讲解了电解池原理在日常生活和工业生产中的应用。教材从基本原理入手，逐步深入到实际应用，如电解食盐水、电镀、金属的电解提取等。
教材的重点落在了电解池原理的应用，而难点则在于解决实际问题。因此，教材通过一些实际的案例分析，引导学生学会如何运用电解池原理解决实际问题。
教材从电解池的基本原理出发，逐步深入到实际应用，如通过一些实例来解释电解池的工作原理和影响因素。同时，教材还可以通过一些探究性的问题，引导学生进行思考和讨论，提高他们的探究能力和创新意识。
实验与演示：教材设计一些实验和演示，帮助学生更好地理解和掌握电解池原理的应用。例如，通过电镀演示来解释电镀的过程和影响因素。
教学目标
1.能说出电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解原理的应用。
2.知道电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。
3.会书写有关电解原理的应用的电极反应式及化学方程式。
重点
难点
1.握电解饱和食盐水的原理。(重点)
2.了解电镀、金属精炼、电冶金等方面的应用。(重点)
核心素养
1.变化观念与平衡思想：通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的能量转化。
2.证据推理与模型认知：建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。
学情分析
大部分学生对电解池原理的基本概念和原理知识已经有了一定的了解，但在实际应用中，他们可能存在对电解食盐水和电镀等常见应用的理解和掌握存在困难。同时，部分学生可能对理论知识掌握不扎实，存在混淆或理解不深入的问题。
此外，学生对电解池原理的应用场景和实际应用案例的了解相对较少，这在一定程度上影响了他们对电解池原理在实际生活中的应用的理解。因此，教师需要加强实践和指导，通过具体的案例和实验帮助学生加深对电解池原理的理解和应用。同时，教师还可以利用现代教学手段，如多媒体教学、在线课程等，帮助学生更好地理解和掌握电解池原理的应用。
综上所述，针对学生对知识内容的理解和学习情况，教师需要注重实践和指导，加强学生对电解池原理应用场景和实际应用案例的了解，同时关注学生的学习方法和学习习惯的培养，以提高学生的学习效果和自信心。
教学过程
教学环节
教学活动
设计
意图
环节一、
创设情境，激发兴趣
生活情境、引入生产工业中电解池原理的重要性
【导入】我们熟悉的工业产品像氯气、烧碱（氢氧化钠）以及氯和氢，这些化工产品广泛应用于各个领域，成为国民经济各个部门不可或缺的重要材料。这些原料工业上通过电解饱和食盐水制得的。
NaOH是玻璃、肥皂、纺织工业上的重要原料。
纺织
肥皂
玻璃


Cl2是合成橡胶、盐酸、漂白产品上的重要原料。

【知识回顾】电解池原理
1.电解：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。电解过程可以看作外接电源提供的电能，借助电解池将还原剂的电子转移给了氧化剂。
2.电解池（电解槽）：把电能转变为化学能的装置。
3.阴阳极的判断：
4.阴阳极离子放电规律（惰性电极）
阳极：失电子，发生氧化反应—比较——还原性(失电子能力）强弱
阴离子的放电顺序是：
S 2->SO32->I ->Br ->Cl ->OH ->NO3 ->SO42-(等含氧酸根离子）>F-
阴极：得电子，发生还原反应—比较——氧化性(得电子能力）强弱
阳离子在阴极上放电顺序是：
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）> Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

根据
创设生活中电解池的应用，激发探究欲望。
环环节二
初步建立分析电解池系统认识角度(装置、能量转化)
活动一、
氯碱工业以及装置的改进
【思考】有下列材料，饱和NaCl溶液、熔融的NaCl、石墨、外接直流电源、导线、电解槽
①电解熔融的NaCl产物是什么？
②电解饱和NaCl溶液呢？
一、电解饱和食盐水
（一）电解饱和食盐水（无离子交换膜）
【问题1】电解饱和食盐水的装置，首先确定电极。
【学生】阴阳极都用惰性电极，石墨
【问题2】饱和食盐水中自由移动的离子有哪些？
【学生】溶液中存在的离子：Na+、 H+、 Cl－、 OH－
【问题3】比较阴阳即使放电顺序
【学生】阳极： Cl－ ＞ OH- 阴极： H+ ＞ Na+
【问题4】根据分析，写出阴阳两极的电极反应式。
电解
【学生】阳极 2Cl－－2e－=Cl2↑ 阴极 2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－
总电极反应式：2NaCl＋2H2O == Cl2↑＋H2↑＋2NaOH
【思考】若在两电极附近滴加酚酞试液，会有什么现象?
【学生】阴极试液变红！阳极无明显变化！
【讨论】分小组讨论，上述电解饱和氯化钠溶液存在什么弊端？
【学生1】电解产生的Cl2接触NaOH溶液(会反应)，使产品不纯
发生的反应：Cl2 +2NaOH =NaCl + NaClO + H2O
【学生2】生成物H2和Cl2混合，容易引起爆炸。
【老师】解决上述问题的方法，可以在装置添加——离子交换膜。
（二）离子交换膜
离子交换膜是一类高分子膜，它能选择性地使物质通过。阳离子能通过阳离子交换膜，而阴离子则不能通过。
离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图
【讨论】装置升级后，加有离子交换膜，溶液中的离子移动发生哪些改变？
【学生】Na＋不断从阳极区进入阴极区，而阴极区产生的OH－只能留在阴极区，可以得到浓度较高的NaOH溶液。
【讨论】离子交换膜的作用：
【学生】a、防止氢气和氯气混合爆炸；b、避免氯气和氢氧化钠反应 ，而影响氢氧化钠的产量和质量。
【总结】教师总结氯碱工业产品及其应用
【投屏】
【对应训练1】用惰性电极电解饱和的NaCl水溶液，下列叙述不正确的是
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到氢气和金属钠
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈红色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈碱性
【答案】A
【解析】A．电解时不能得到金属钠，只能生成氢氧化钠，A错误；
B．阳极生成氯气，滴入KI会置换出I2，使溶液呈棕色，B正确；
C．阴极生成氢氧化钠，滴入酚酞，溶液呈红色，C正确；
D． 电解一段时间后，由于生成了氢氧化钠，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈碱性，D正确；
【对应训练2】NaCl被称为“化学工业之母”。下列说法不正确的是
A．“制钠”：电解熔融的NaCl可制备金属Na
B．“氯碱工业”：电解饱和食盐水可获得Cl2、NaOH和H2
C．“侯氏制碱”：将CO2、NH3通入饱和食盐水中，析出碳酸钠晶体
D．“制皂”：向油脂的碱性水解液中加入热的饱和食盐水，使高级脂肪酸盐析出
【答案】C
【详解】A．电解熔融的氯化钠可制备金属钠，故A正确；
B．电解饱和食盐水可获得Cl2、NaOH和H2，故B正确；
C．将二氧化碳和氨气通入氯化钠饱和溶液中，析出碳酸氢钠晶体，故C错误；
D．皂化液里加入饱和食盐水，降低高级脂肪酸钠的溶解度，发生盐析，促进高级脂肪酸钠的析出，故D正确；
【对应训练3】观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是
A．装置①中阳极上析出红色固体E
B．装置④的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过
C．装置②的待镀铁制品应与电源正极相连
D．装置③闭合电键后，外电路电子由a极流向b极
【答案】C
【详解】A．电解精炼铜时，粗铜为电解池的阳极，纯铜为电解池的阴极，A正确；
B．电解质溶液中含铜离子，铜离子在阴极上得到电子析出铜，B正确；
C．粗铜为电解池的阳极，阳极上比铜活泼的金属锌、铁、镍等会先于金属铜失电子，C错误；
D．纯铜为电解池的阴极，电极反应为，D正确；
二、电镀池
【导入】生活中有好多金属需要有镀层的，工业上是防腐作用，但是也有些不法分子是以假充真，比如生活中一些商家会用铜镀金来欺骗。

【讨论】生活中的电镀有哪些，定义是什么？电镀的作用是什么？
【学生】
定义：利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或合金的加工工艺
目的：使金属增强抗腐蚀的能力，增加美观和表面硬度。
【思考】如果想在铁制品上镀上铜，该如何设计实验？
【学生】首先要考虑电镀材料的选择：
阴极——镀件；阳极——镀层金属；电镀液——含有镀层金属离子的溶液
【老师】镀层金属通常是一些在空气中或溶液里不易起变化的金属(Cu、Ni、Zn、Ag)和合金。
【总结】电镀的特点：
①阳极本身参加电极反应 ②电解质溶液的浓度保持不变
【技巧】电镀过程中的“一多，一少，一不变”：
“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；
“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。
【互动】引导学生思考汤匙上如何镀银，设计实验方案。
【老师】
阴极——镀件（汤匙）
阳极——镀层金属（银）
电镀液——含有镀层金属离子的溶液（含Ag+）
电极反应式：
阳极：Ag－e－=Ag+ 阴极：Ag++e－=Ag
【对应训练4】若在铁片上镀锌，以下叙述错误的是
A．把铁片与电源的正极相连
B．电解质必须用含有锌离子的可溶性盐
C．锌极发生氧化反应
D．铁极的电极反应式为Zn2++2e-=Zn
【答案】A
【详解】A．根据上述分析，Zn作阳极，与电源正极相连，Fe作阴极，与电源负极相连，A错误；
B．电解质必须用含有锌离子的可溶性盐，保证Zn2+在阴极得到电子生成Zn，B正确；
C．Zn作阳极，失去电子发生氧化反应，C正确；
D．Fe作阴极，Zn2+得到电子发生还原反应，电极反应式为：Zn2++2e-=Zn，D正确；
【对应训练5】下列描述中，不符合生产实际的是
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极
B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极
D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极
【答案】A
【解析】A. 用铁作阳极，阳极上铁放电，失电子被氧化，生成亚铁离子，移动向阴极，开始时阴极还能析出少量铝，一段时间后阴极生成铁，应用惰性电极，不符合生产实际，A项错误；
B. 电解法精炼粗铜，粗铜作阳极，纯铜作阴极，符合生产实际，B项正确；
C. 碳钢网有一定的强度，也可得到更大的表面积，从而提高电解效率，涂镍是为了防止碳钢网被腐蚀，因为在不通电时，碳钢合金在电解质溶液中易形成原电池，会加速腐蚀，且用涂镍碳钢网作阴极，阴极材料不反应，阳极生成氯气，阴极生成氢气和氢氧化钠，符合生产实际，C项正确；
D. 电镀时，镀层金属作阳极，用锌作阳极，电解液为含有锌离子的电解质溶液，符合生产实际，D项正确；
通过分析让学生初步从装置、能量视角建立电解池的基本认知，进一步建立电解池原理应用模型。
设计意图:通过对电解饱和食盐水现象，弊端的分析，引入离子交换膜的作用。
活动二、电解池原理的应用
精炼铜
【过渡】粗铜中含杂质(Zn、Fe、Ni、Ag、Au 等)，老师提问如何设计实验将粗铜提纯？
【学生1】选择装置—电解池，设计电解池结构如下：

【学生2】阳极：粗铜 阴极：精铜 电解液：CuSO4
【老师】粗铜中含杂质(Zn、Fe、Ni、Ag、Au 等)
【问题1】阳极中杂质金属金属活泼性如何？将如何反应？
【学生1】
比铜活泼的金属：Zn – 2e- = Zn2+ Fe – 2e- = Fe2+ Ni – 2e- = Ni2+
不及铜活泼的贵重金属（银、金等）沉入槽底形成阳极泥。
铜：Cu – 2e- = Cu2+
【老师】阴极：Cu2+ + 2e- =Cu （Cu2+氧化性最强且浓度最大）
【问题2】电解一段时间后，溶液的浓度将如何变化？
【学生2】电解质溶液中CuSO4的浓度变小
【对应训练6】下列关于电解精炼铜的说法不正确的是
A．粗铜作阳极、纯铜作阴极B．电解质溶液中一定含有
C．阳极反应只有D．阴极反应只有
【答案】C
【解析】A．电解精炼铜，粗铜为电解池的阳极，纯铜为电解池阴极，A正确；
B．电解质溶液中含铜离子，铜离子在阴极上得到电子析出铜，B正确；
C．粗铜为电解池的阳极，阳极上比铜活泼的金属锌、铁、镍等会先于金属铜失电子，C错误；
D．纯铜为电解池的阴极，电极反应为，D正确；
【对应训练7】电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述中正确的是
A．电解时以精铜作阳极
B．电解时，相同电量条件下，阳极减轻Cu的质量等于阴极增重铜的质量
C．粗铜连接电源的负极，其电极反应为
D．电解后，电解槽底部会形成含有少量Ag、Pt等金属的阳极泥
【答案】D
【解析】A．电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，精铜作阴极，故A错误；
B．阳极发生反应有Cu-2e-=Cu2+、Fe-2e-=Fe2+、Zn-2e-=Zn2+，阴极上反应为Cu2++2e-=Cu，故阳极减轻Cu的质量不等于等于阴极增重铜的质量，故B错误；
C．粗铜连接电源正极，作阳极，阳极上主要电极反应为Cu-2e-═Cu2+，故C错误；
D．阳极发生反应有Cu-2e-=Cu2+、Fe-2e-=Fe2+、Zn-2e-=Zn2+，活泼性比Cu弱金属Ag、Pt等金属在电解槽底部会形成阳极泥，故D正确；
二、金属的冶炼
【导入】在工业生产中，用到的很多金属都是需要在原料中提炼的，那么提炼的方法是应用的什么原理呢？
【老师】原理：使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。
Mn+ + ne- ＝ M
【总结】K、Ca 、 Na、 Mg、Al等金属的还原性很强,因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来,只能用电解其化合物熔融状态方法来冶炼.如工业冶炼 NaCl— Na MgCl2—Mg Al2O3—Al
【投屏】图示法总结金属冶炼方法规律：
【正误判断】
(1)电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极。 ( × )
(2)铁器上镀铜所用电解质溶液为FeSO4溶液。 ( × )
(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。( × )
(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。( × )
【对应训练7】下列金属只能用电解法冶炼获得的是
A．NaB．Cu
C．FeD．Au
【答案】A
【解析】A．Na金属活动性很活泼，采用电解熔融氯化物的方法得到Na单质，即2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑，A符合题意；
B．Cu的金属活动性较弱，一般采用热还原的方法冶炼Cu，B不符合题意；
C．铁属于中等活泼金属，Fe一般采用热还原的方法冶炼得到Fe，C不符合题意；
D．Au的金属活动性很弱，自然界中以游离态的形式存在，一般采用富集获取，D不符合题意；
【对应训练8】工业上常用电解法冶炼的金属是
A．铜B．金C．银D．铝
【答案】D
【解析】活泼金属一般用电解法冶炼（如：Na、K、Mg、Al等），较活泼的金属一般用热还原法冶炼（如：Zn、Fe、Cu、Mn等），不活泼的金属一般用热分解法冶炼（如Ag、Hg等），Pt、Au在自然界中主要以游离态存在。
A．铜是用热还原法冶炼， A错误；
B．金在自然界中以游离态存在，B错误；
C．银常用热分解法冶炼，C错误；
D．铝常用电解法冶炼，D正确。
利用已有知识，对电解池原理工艺应用的讲解，引导学生进一步将原理结合工业生产。
课堂总结
电解池、电解精炼池、电镀池的比较
电解池
电解精炼池
电镀池
定义
将电能转变成化学能的装置
应用电解原理将不纯的金属提纯的装置
应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置
形成
条件
①两电极接直流电源
②电极插电解质溶液
③形成闭合回路
①不纯金属接电源正极纯的金属接电源负极
②电解质溶液须待提纯金属的离子
①镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极
②电镀液须含有镀层金属的离子
电极
名称
阳极：电源正极相连
阴极：电源负极相连
阳极：不纯金属；
阴极：纯金属
阳极：镀层金属；
阴极：镀件
电极
反应
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
阳极：氧化反应
阴极：还原反应
板书
设计
第四章 化学能与电能
第二节 电解池
一、电解饱和食盐水
1.电极反应式：
2.离子交换膜
二、电镀池
1.电镀原理
2.电镀池条件
三、精炼铜
1.装置（投屏）
2.阳极泥
四、金属冶炼
使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程
教学
反思
通过本次教学，学生不仅对电解池的工作原理有了更深入的理解，也了解到了电解池在实际应用中的重要作用。在教学过程中，我注重引导学生思考和讨论，并及时给予反馈和指导。同时，我也关注了学生的个体差异，为他们提供个性化的学习支持。
回顾整个教学过程，我认为本次教学内容的选择是比较成功的。但是，在教学过程中也存在一些问题。我发现学生对一些复杂问题存在理解困难的情况，这与我对某些概念的解释不够清晰有关。此外，我发现学生对电解池的实际应用场景了解不够深入，为了更好地解决这一问题，需要加强课程内容的设计和组织，使其更加符合学生的认知特点和理解水平。同时，需要进一步拓展电解池在实际应用中的案例和实例，帮助学生更好地理解和应用电解池原理。相信通过不断的总结和反思，教学效果会更加显著。
课后作业
【练习1】用惰性电极电解饱和食盐水的反应原理为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，下列说法错误的是
A．阳极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑
B．H2O为还原剂，得到电子
C．电解一段时间后，溶液的pH变大
D．NaOH既不是氧化产物也不是还原产物
【答案】B
【详解】A．根据惰性电极电解饱和食盐水的总反应可知，阳极氯气发生失电子的氧化反应，其电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑，A正确；
B．阴极水得电子转化为氢气，水为氧化剂，B错误；
C．根据总反应可知，电解一段时间后，生成的氢氧化钠使溶液的pH增大，C正确；
D．上述反应中，氢气为还原产物，氯气为氧化产物，氢氧化钠既不是氧化产物也不是还原产物，D正确；
【练习2】根据电解饱和食盐水的工作原理回答下列问题：
(1)阳极：优先放电的离子： ，电极反应式： ，反应类型： 反应。
(2)阴极：优先放电的离子： ，电极反应式： ，反应类型： 反应。
(3)阳极产物为 ，阴极产物为： 。
【答案】(1) Cl- 2Cl--2e-=Cl2↑ 氧化
(2) H2O的H+ (或H+) 2H2O+2e-=H2↑+2OH-或(2 H++2e-=H2↑ ) 还原
(3) Cl2 NaOH、H2
【解析】(1)根据电解池中阳极的放电顺序(电极本身＞S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞含氧酸根离子＞F-)可知：Cl-优先于OH-放电，电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑，阳极发生氧化反应，故答案为：Cl-；2Cl--2e-=Cl2↑；氧化反应；
(2)根据电解池中阴极的放电顺序(Ag+>Fe3+>Hg2+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+ >Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+ >Ca2+>K+)可知，H+优先Na+放电，电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-或(2 H++2e-=H2↑ )，阴极发生还原反应，故答案为：H2O的H+ (或H+)；2H2O+2e-=H2↑+2OH-或(2 H++2e-=H2↑ )；还原；
(3)根据上述分析可知，阳极产物为Cl2，阴极产物为H2，剩余的OH-与从阳极室通过离子交换膜过来的Na+形成NaOH溶液，故阴极产物为：NaOH、H2，故答案为：Cl2；NaOH、H2。