高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池教学设计

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 电解池教学设计，共4页。教案主要包含了情境引入，学习任务1，学习任务2，学习任务3，学习任务4，我们的收获，课后作业等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
高中化学
年级
高二
学期
秋季
课题
电解原理的应用
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.通过探究氯碱工业的反应原理，学会从微观视角认识电解池的工作原理，构建思维模型。
2.通过分析电镀、电解精炼的反应原理，认识电解在实现物质转化和储备能量中的具体应用。
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：
电解饱和食盐水、电镀、电解精炼。
教学难点：
电解饱和食盐水。
教学过程
【情境引入】新冠疫情的爆发打乱了人们的生活节奏，消毒剂成为了基本的抗疫物资。其中，84消毒液是一种的含氯消毒剂，被广泛的应用于家庭及公共场所的病毒。这款消毒液制造仪以水和食用盐为原料，通电后就能生成消毒液，这其中的原理是什么呢？今天我们一起深入学习电解原理的应用。
【学习任务1】 探究氯碱工业的原理
提问1:在食盐和水的混合溶液中存在哪些离子？通电后离子如何运动？
学生：存在氯化钠电离的Na+和Cl-，和水电离的H+和OH-，通电后，阳离子向阴极流动，阴离子向阳极移动。
提问2：以石墨棒为电极，这些离子在电极上发生什么反应呢？请写出电极反应和总反应。
学生：阳极：2Cl--2e-===Cl2 ↑ 阴极：2H+ + 2e- ===H2↑
总反应为2NaCl + 2H2O2NaOH + H2↑ + Cl2 ↑
教师介绍：通电电解氯化钠可以得到氯气、烧碱和氢气。工业上用电解饱和氯化钠溶液的方法制取烧碱、氯气和氢气，并以它们为原料生产一系列化工产品，成为氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一。
提问3：实验室模拟工业电解饱和食盐水，阳极周围没有出现红色的原因？
学生：阳极生成的氯气与向阳极迁移OH-反应，所以阳极酚酞不再显示红色。
提问4：按照这套装置用于工业生产会遇到什么问题？
学生：Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯；H2和Cl2混合,混合遇火或遇强光爆炸。
提问5：如何防止阴极、阳极产物的接触？
学生：既要阻止两极产物接触，又要能够平衡电荷形成闭合电路，离子交换膜就能发挥这样的功能。工业上，通常采用阳离子交换膜，从阳极区域加入饱和食盐水，氯离子在阳极失电子产生氯气，阳离子向阴极室迁移，阳极室中氯化钠浓溶液变成稀溶液；阴极，水中H+放电产生H2同时生成OH-，钠离子通过阳离子交换膜由阴极室， 形成浓的氢氧化钠溶液，实现目标。
提问6：如果改为阴离子交换膜，是否可以实现效果？
学生：如果改为阴离子交换膜，，OH—会向阳极室迁移，与Cl2反应生成NaClO。
不能得到纯净的产品，达不到需要的效果。
教师介绍：常见离子交换膜的功能、作用和类型。
提问7：家用消毒仪通过电解饱和氯化钠溶液，制备家用环保型消毒液 NaClO溶液. 分析反应原理，并判断a、b电极是什么？
学生：次氯酸钠由氯气和氢氧化钠反应而来，为保证两种生成物充分接触，氯气在与b相连的电极上生成，氢氧化钠在与a相连的电极上生成，故b为正极，a为负极。
【学习任务2】 探讨电镀的原理
教师：若更换溶液，更换电极又会如何呢？请同学们思考：
问题8：以铜为阳极、铁为阴极，电解硫酸铜溶液，两极上的反应分别是什么？
学生：阳极：Cu - 2e- === Cu2+ 阴极： Cu2+ + 2e-=== Cu 阳极金属铜溶解，阴极铁片表面镀上了一层金属铜。
教师介绍： 我们把这种利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺成为电镀。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。镀层金属通常是一些在空气或溶液中不易发生变化的金属如铬镍银和合金（如黄铜）。
问题9：若要以电解原理在金属铁表面镀银，镀件和镀层金属分别放在那里？电解质溶液如何选择？
学生：将铁放在阴极，银放在阳极，电解质溶液选择用硝酸银溶液；我们可以构建电镀装置示意图，镀件放在阴极，镀层金属放在阳极，（镀层金属一般为镀层金属一般是在空气或溶液中不易起变化的金属）电解质溶液为含有镀层金属阳离子的盐溶液。
【学习任务3】 探讨电解精炼的原理
教师介绍：火法冶炼的粗铜中含有（Zn、Fe、Ag、Au等金属杂质），而用于电气制造的精铜要求是99.95%-99.98%。如何把粗铜变成精铜呢？工业上常用的办法是电解精炼。学习任务三、 探讨电解精炼的原理。
问题10:电解精炼铜的阴阳极材料以及电解质溶液分别是什么?什么是阳极泥？
学生：粗铜要溶解提纯，放在阳极。为了得到纯净的铜，将纯铜板放在在阴极作为电极，铜离子在其表面析出得到纯铜。电解液选择含铜离子的硫酸铜溶液。
教师：电解精炼铜中的阳极泥是如何形成的，我们通过微观动画一起了解一下吧。（观看视频）
问题11: 阳极上溶解铜的质量和阴极析出铜的质量是否相等？
阳极溶解的铜和阴极析出的铜，质量并不相等。阳极还有铁和锌溶解，长时间电解后，硫酸铜浓度会降低，需要及时补充。
【学习任务4】 探寻元素发现史
教师介绍：电解法对元素发现史也有着重大的贡献。这里有怎样的故事呢？我们一起来了解一下。（观看视频）化学家戴维所做的电解法制备钾的实验改变了整个元素化学发现的历史。之后，其中大部分元素的发现都是直接或间接地通过电解方法获取的。这一时期是化学元素发现史上的全盛时期，创造了元素发现史统计图上的第一个高以峰。电解法也成为金属冶炼的一种方式。
金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程：Mn+ + ne- === M活泼金属阳离子很难从化合物中还原出来，而电解法是一种强有力的氧化还原方式，可将很难被还原的活泼金属从化合物中还原出来，人们将这种用电解冶炼金属的方式成为电冶金。对于活泼金属几乎是唯一可行的冶炼方法。目前工业上就是采用电解熔融氯化钠的方式来制备金属钠。
【我们的收获】 电解原理的应用
这节课我们探究了电解原理在工业生产中的应用，希望同学们结合电解池、电镀池、精炼池的特点和形成条件去分析解决工、农业生产上的实际问题。认识化学对社会发展的重大贡献。
同学们，再见！
【课后作业】配套作业+实践性作业。