选修4[电解池]教学设计
附件4:教学设计
选修4第三单元 第三节 电解池(第1课时)
承担学校:长安中学 授课者:徐志云 负责人:徐志云 指导者:李雪梅 ●教材分析:《电解池》包含两部分内容:一是电解原理,二是电解原理的应用。电解原理研究的是电能转化为化学能,属于电化学基础的基本内容。这部分内容的重点是认识“电能如何转换成化学能”,对学生的要求是了解使电能转变为化学能的条件和方法,加深对氧化还原反应的认识。
学情分析:《电解池》是在学生学习了《原电池》和《化学电源》之后接触的电化学知识,由于有高一的学习基础,学生会觉得《原电池》和《化学电源》的内容相对简单,因此觉得《电解池》的内容也会简单;但是学生在接触了相应的电解池练习之后,就会觉得有难度。因此在学习这部分内容的时候,应该注意尽量使知识简单化,重点掌握电解池原理和常见题型的解题技巧,降低学生的学习难度。
课时建议:2课时 ★三维教学目标 1.知识与技能:
(1)理解电解原理,初步掌握电解反应产物的判断方法; (2)了解氯碱工业,电镀,冶金的原理; (3)掌握电解电极方程式的书写。 2.过程与方法:
(1) 运用对比记忆,初步掌握电解池的原理,掌握用分析、综合、归纳的方法书写电极反应方程式
(2)通过理解“闭合回路”的概念,掌握电解池中电荷的运动方向 (3)通过动手实验,分析讨论,熟悉电解质溶液中离子的放电顺序 3.情感态度与价值观:
(1)培养积极参与、探究电解池原理的求知欲
(2)调动学习化学的热情,充分感受电化学在生活、生产中的作用 (3)养成独立思考、分工合作的能力 ★ 教学重点及难点
重点:电解原理; 难点:电解原理的应用。
★教法建议及教具准备
1.触类旁通 由于原电池和电解池的原理有较多的类似的地方,在学习了原电池的知识之后,学生对电极反应和氧化还原反应已经有了一定的理解。学习了电解池的知识之后,学生对高中阶段的电化学知识就有了比较全面的认识。在教学中,应该注意抓住几点。 (1)采用对比的方法,将电解池和原电池的原理和知识点进行对比,衔接氧化还原反应的知识,重视启发引导,培养科学的学习习惯。这样,既能很好的掌握新学的知识,又能比很好的巩固、加深以前的知识,并且能对电化学理论有系统的认知。
(2)在教学中,充分联系前面的内容,注意分析和归纳总结,使体系完整。
(3)认真做好学生实验和演示实验,既能加强感性认知,又可以提高学生的细致观察、分析和逻辑推理的能力。
2.指点迷津 学生学习电解池内容时,还是觉得会有困难,特别是氧化还原知识掌握有所欠缺的同学会觉得难度很大。因此,在教学中,要重点帮助学生解决以下问题。
(1)重视思维的引导过程。在“闭合回路”的概念上,要让学生对正电荷和负电荷的回路充分理解,才能很好的理解阳离子在电解池的阴极反应,阴离子在电解池的阳极反应。 (2)用氧化还原反应的知识帮助学生理解离子的放电顺序。 ★教学组织流程图
教学程序 教学环节
教学内容
【教学过程】
【学生学案】
§4-3 电解池学案(第1课时)
[学习目标]
1.了解电解池的工作原理,掌握一般电解反应产物的判断方法,能够写出电极反应和电池反应方程式。
2.了解电解原理在电镀、氯碱工业、电冶金等方面的应用。 3.培养化学的综合运用能力,服务于生活。 [学习重点]
电解原理及应用 [学习难点]
电极反应和电池反应方程式的书写 [课堂导学]
1、基本概念(课本79页、80页)
电解池 :______________________________________________________ 放电 : ______________________________________________________ 电解 : 电流通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程 阳极 : ________________________ 阴极: _________________________ 可充电电池:使用时,______转化________,是______池 充电时,______转化________,是______池 2、电解原理 (1)电解池的构成 ①两极阳极 阴极 ②电解质溶液 ③形成闭合回路 ④直流电源
(2)学生实验4-2:电解 CuCl2溶液
阳极:现象 ____________________________________
电极反应 ____________________________________(发生________反应)。 阴极:现象 ____________________________________
电极反应 ____________________________________(发生________反应)。 (3) 电解池中离子放电顺序
阴极: 阳离子在阴极上的放电顺序(得e-)
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(指酸电离的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 阳极: ①是惰性电极时:阴离子在阳极上的放电顺序(失e-)
S>I>Br>Cl>OH>NO3>SO4(等含氧酸根离子)>F(SO3/MnO4>OH) ②是活性电极时:电极本身溶解放电
(4)讨论 电解反应的书写
【例】写出电解下列电解质溶液的电极反应方程式和总反应方程式 ①NaCl 溶液中有哪些离子:____________________________________ 阳: __________________ 阴: __________________ 总离子反应:____________________________________ 总化学方程式:____________________________________ ②CuSO4 溶液中有哪些离子:____________________________________
阳: __________________ 阴: __________________ 总离子反应:____________________________________
总化学方程式:____________________________________ 总结规律:电解反应书写的方法
①_________________________________ ②_________________________________ ③_________________________________
★若H+、OH-是由水电离的,则总反应中需将其变成H2O。所有总反应的条件均为电解。 讨论探究
(2011全国II卷10)用石墨做电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后,欲使用电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的( ) A.CuSO4
B.H2O C.CuO D.CuSO4·5H2O
解题技巧:总化学方程式:____________________________________ 原则:___________________________________ ★如果用石墨做电极电解NaOH溶液呢?加___________ 课后阅读《名师一号》80页小结
3、电解原理的应用
(1)氯碱工业(2)电镀(3)电冶金 [学习体会]
2------2--2---
【课堂练习】
1.下列关于右图装置说法正确的是( ) A.该装置是原电池装置 B.电子流向是:b→c d→a C.在c极上产生O2,d极上产生Cu
D.当电路中流过2 mol电子时, d极上产生64 g Cu 答案:B
2.某同学为了使反应2HCl+2Ag═2AgCl↓+H2↑能进行,设计了下列四个实验,如图所示,你认为可行的方案是( )
答案:C
3.下图各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时,由快到慢的顺序是( )
A. ④>②>①>③ C. ④>②>③>① 答案:A
4.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(已知:氧化性Fe2+
B. ②>①>③>④ D. ③>②>④>①
【课后作业】(说明:30分钟题量) §4-3 电解池练习 一、
填空简答
1、完成表格
2. 某种蓄电池的充放电过程可表示为:Fe(OH)3+Ni(OH)2
阳极是 ,电极反应式为 。
3.电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池,装有电解液a; X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。请回答下列问题:
(1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞试液。 则:①电解池中X极上的电极反应式为___________________________。在X极附近观察到的
现象是________________________。
②电解池中Y极上的电极反应式为_________________________________。如何检验Y极产物?_______________________________________________________。 (2)如果用电解方法精炼粗铜,电解液a选用CuSO4溶液,则:
①X电极的材料是________,电极反应式是_____________________。
②Y电极的材料是________,电极反应式是_________________。(说明:杂质发生的反应不必写出)
Fe+NiO2+2H2O,该电池充电时,
二、单项选择题
4.下列关于铜电极的叙述不正确的是( )
A. 铜锌原电池中铜是正极 B. 用电解法精炼粗铜时粗铜作阳极 C. 在镀件上电镀铜时,用金属铜作阳极 D. 电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极 5. 可以将反应Zn+Br2 = ZnBr2设计成蓄电池,下列4个电极反应
① Br2 + 2e-= 2Br- ② 2Br--2e-= Br2 ③ Zn – 2e-= Zn2+ ④ Zn2+ +2e-= Zn 其中表示充电时的阳极反应和放电时的负极反应的分别是( ) A. ②和③ B. ②和① C. ③和① D. ④和①
6.如图所示,铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里,电流表中有电流通过,则下列说法
正确的是( )
A.锌片是正极 B.两个铜片上都发生还原反应 C.石墨是阴极 D.两个番茄都形成原电池 7.能用电解原理说明的问题是( )
①电解是把电能转变成化学能 ②电解是把化学能转变成电能 ③电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理可以实现 ⑤任何溶液被电解时,必须导致氧化还原反应的发生
A.①②③④ B.②③⑤ C.③④ D.①③④⑤ 三、双项选择题(9、10两小题为提高题)
8.用铂电极电解下列物质的水溶液,工作一段时间后溶液pH变小的是( )
A. 稀硫酸 B. Na2SO4 C. AgNO3 D. KI
9.用铂电极电解x下列溶液一段时间后,再加入一定量的某物质(括号内),能与原来溶液浓度一样的是( ) A. Cu(NO3)2(CuCO3)
B. NaOH(NaOH)
C. NaCl(HCl) D.CuSO4 (Cu(OH)2)
10.近年来,加“碘”食盐较多的使用了碘酸钾(KIO3),碘酸钾在工业上可用电解法制取。以石墨和不锈钢为电极,以KI溶液为电解液,在一定条件下电解,反应方程式为:
KI3H2O
电解
KIO33H2。下列有关说法正确的是( )
A. 电解时,石墨作阴极,不锈钢作阳极
B. 电解时,阳极反应是:I – – 6e – + 3H2O = IO3 – + 6H+ C. 溶液调节至强酸性,对生产有利 D. 电解前后溶液的pH几乎不变
§4-3 电解池练习参考答案 1.略
2.Ni(OH)2;Ni(OH)2+2OH--2e-=NiO2+2H2O 3.(1)① 2H++2e-═H2↑, 放出气体,溶液变红
②2Cl--2e-═Cl2↑,把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近,试纸变蓝色 (2)①纯铜Cu2++2e-═Cu ②粗铜Cu-2e-═Cu2+ 4.D 5.A 6.B 7.D 8.AC 9.AC 10.BD
★连接高考 ▲考题错解及分析
1.(2011全国II卷10)用石墨做电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后,欲使用电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的
A.CuSO4 错答:A、D
原因分析:不少同学认为电解质是什么,要恢复起始状态就再加入什么电解质,没有掌握到电解的实质。用石墨做电极电解CuSO4溶液的电解方程式是2CuSO4+2H2O
电解
B.H2O C.CuO D.CuSO4·5H2O
2H2SO4+
2Cu+O2↑,根据缺什么补什么的原则,选项C正确。除了添加CuO外,添加CuCO3也是可行的。
正确答案:C 2.下列叙述正确的是
A.粗铜精炼时,把粗铜接在电源的负极 B.充电时,把铅蓄电池的负极接在外电源的正极 C.镀锡铁破损后铁更易被腐蚀
D.碱性氢氧燃料电池工作时,负极反应为:O22H2O4e错答:A、B、D
原因分析:本题综合考察了电化学的知识,包括原电池原理、电解池的原理及应用。粗铜精炼时,粗铜作阳极,应接在电源的正极,A错。铅蓄电池充电时是电解池,负极接在外电源的负极,B错。碱性氢氧燃料电池工作时,负极发生氧化反应:H2-2e-+2OH- 错。
正确答案:C
4OH
2O,D
▲疑难问题及解答(说明:若干问题。包括:问题与解答) 1.电解池中电极是不是一定不反应?
解答:一般来说,惰性电极(活动性在Ag之后)是不参加反应的。阳极如果不是惰性材料,会优先于溶液中的阴离子首先放电(与失电子能力有关);阴极不管是不是惰性材料,都不会参加反应(不会得到电子)。
2.阳离子在阴极放电顺序和金属的活动性刚好相反吗?
解答: 阳离子在阴极放电顺序和金属的活动性刚好相反,大部分都是。因为金属单质的还原性越强,相应离子的氧化性就越弱。 特别注意,Fe单质的相应离子应该理解成Fe2+ 。Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+。 ▲优秀高考题精选
1.(2011广东高考12)某小组为研究电化学原理,设计如图2装置。下列叙述不正确的是 ...
A、a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B、a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为:Cu2++2e-= Cu C、无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 D、a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动 答案:D
解析:本题考察原电池原理、电解池的原理及其应用。如果a和b不连接,没有形成闭合回路,则不能构成原电池,Fe直接与Cu2+反应置换出铜,方程式为:Fe+Cu2+=Fe2++Cu,A正确;如果a和b用导线连接,则构成原电池,此时铁作负极,铜作正极,方程式分别为:Fe-2e-=Fe2+、Cu2++2e-= Cu,B正确;有A、B分析可知,选项C是正确的;如果a和b分别连接直流电源正、负极,则构成电解池,此时Fe作阴极,Cu作阳极,在电解池中阳离子向阴极运动,D错误。 2.(2011北京高考26)
氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示:
(1)溶液A的溶质是 ;
(2)电解饱和食盐水的离子方程式是 ;
(3)电解时用盐酸控制阳极区溶液的PH在2~3,用化学平衡移动原理解释盐酸的作用 ;
(4)电解所用的盐水需精制。去除有影响的Ca、Mg、NH4、SO4[c(SO4)>c(Ca)]。 精致流程如下(淡盐水和溶液A来电解池):
2+
2+
+
2-
2-
2+
①盐泥a除泥沙外,还含有的物质是 。 ②过程Ⅰ中将NH4+转化为N2的离子方程式是
③BaSO4的溶解度比BaCO3的小,过程Ⅱ中除去的离子有
④经过程Ⅲ处理,要求盐水中c 中剩余Na2SO3的含量小于5mg /L,若盐水b中NaClO的含量是7.45 mg /L ,则处理10m3 盐水b ,至多添加10% Na2SO3溶液 kg(溶液体积变化忽略不计)。
解析:(1)电解解饱和食盐水,阳离子Na+和H+向阴极运动并放电, H+首先放电,方程式为2H++2e-=H2↑。由于H+是水电离出的,所以随着H+的不断放电,就破坏了阴极周围水的电离平衡,OH-的浓度就逐渐增大,因此溶液A的溶质是NaOH。阴离子Cl-和OH-向阳极极运动并放电,CI-首先放电,方程式为2Cl--2e-=Cl2↑。因此电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-+2H2O
电解
2OH-+H2↑+Cl2↑。
(2)见解析(1)
(3)由于阳极上生成氯气,而氯气可溶于水,并发生下列反应Cl2+H2O有利于氯气的溢出。
(4)由于溶液中含有Mg2+,所以用溶液A(即NaOH)调节溶液的PH时,会产生Mg(OH)2
沉淀,即盐泥a中还含有Mg(OH)2;淡盐水中含有氯气,氯气具有强氧化性,可将NH4+氧化为N2,而氯气被还原成Cl-,方程式为2NH4++3Cl2+8OH-=8H2O+6Cl-+N2↑;沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动,一般说来,溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。由于BaSO4的溶解度比BaCO3的小,所以加入BaCO3后,溶液中的SO42-就结合Ba2+生成更难溶的BaSO4沉淀,同时溶液中还存在Ca2+而CaCO3也属于难溶性物质,因此还会生成CaCO3沉淀;NaClO具有强氧化性,可将Na2SO3氧化成Na2SO4,方程式为Na2SO3+NaClO=Na2SO4+NaCl。10m3 盐水b
(100007.45103)g中含NaClO的物质的量为由方程式可知消耗Na2SO3的质量为1mol1mol,1
74.5gmol
HCl+HClO,
根据平衡移动原理可知增大盐酸的浓度可使平衡向逆反应方向移动,减少氯气在水中的溶解,
×126g/mol=126g。若设需要10% Na2SO3溶液的质量为X,则有
(x10%126g)103mg/g
5mg/L,解得x=1760g,即至多添加10% Na2SO3溶液1.76kg。
10000L
答案:(1)NaOH
(2)2Cl-+2H2O电解
2OH-+H2↑+Cl2↑
HCl+HClO,增大HCl的浓度可使平衡逆向移动,
(3)氯气与水反应:Cl2+H2O
减少氯气在水中的溶解,有利于氯气的溢出。
(4)①Mg(OH)2 ②2NH4++3Cl2+8OH-=8H2O+6Cl-+N2↑
③SO42-、Ca2+ ④1.76
★设计思路(500字以内)
电解池的内容是高中电化学的重点,有一定的难度,因此在教学的过程中使知识简单化、使学生能够掌握解题技巧从而轻松解题是关键。这节课的重点内容就是学生掌握电解的原理,能够书写电极反应方程式。
电解池的内容是和工业生产和生活紧密相连的知识,还应该重视知识的应用,使学生能够学以致用。
因此,在整体设计时,考虑了从电影桥段引入,场景生活化。教学顺序为电解池的构造、工作原理、离子放电顺序、电极方程式的书写。其中安排有学生实验,电解CuCl2 溶液,充分体现学生的探究过程,培养分工合作的意识。电解池的构造要与原电池的构造形成对比,方便学生理解。电极方程式的书写安排学生的讨论环节,希望学生能够自己总结出电极方程式书写的注意事项。在课堂小结之后,有效的联系常考题型,安排随堂检测,以及时巩固本节课的知识。
★ 教学反思(500字以内)
高中化学教学反思是一种在教学实践过程中不断发现、思考、解决问题,对教学行为和教学活动进行批判的、有意识的分析和再认证的过程。在准备人教版选修4的《电解池》教学过程中,发现学生的学习兴趣是有效学习的根本,而模式化学习是学生掌握基础知识和技能的有效形式。新课程标准中明确强调“关注学生的学习兴趣和经验,精选终身学习必备的基础知识和技能”。
在教学内容的安排上,主要的上课线索是非常明确的。学生活动的主体顺序为:电解池构造条件—电解CuCl2溶液实验—“闭合电路”法理解电解原理—电极反应的书写—知识的检查。一些细节和设计和处理上,及时的反思和课后的研究,应该充分调动学生的学习积极性和主动性,努力创设宽松和谐的氛围,激发学生的求知欲望。
例如,在新课引入的时候,用可充电电池直接引入,简单快捷,能量转化关系清晰;但是
这样的引入不够吸引学生,调动不了学习的气氛,所以就修改成了以电影桥段入手,把关注点放在“电解水生成氧气”上,这样既调动了学生的学习热情,又丰富了课堂元素,并且知识点熟悉,与生活关联紧密。
电解池原理学习的时候,指导学生完成原电池和电解池的对比表格,通过对比学习,通过表格形式呈现的知识,学习就轻松、有效多了。在记忆方法上,指导学生用“原—负—氧” 和“电—阳—氧”的记忆口诀,原电池负极发生氧化反应,电解池阳极发生氧化反应,通过这样的简化记忆,学生也会很清楚原电池是正负极而电解池是阴阳极。“闭合回路”思想的指导,图像的引入,学生对于电子的转移和溶液中离子的定向运动也就找到了理论依据。
化学学科的特点确定了化学教学有别于其他学科,及时有效的反思对于提高教学能力和教学艺术作用重大。通过长期有效的反思,加之简化、优美的教学设计,师生和谐,经过实践、积累、反思、总结,自身能力得到提升。 ★专家评价(500字以内)
精品课打造过程中专家点评实录(1500字以内)
第一次
袁老师:节奏好。一课时的内容太多,讲不透。由于知识性比较强,课堂形式丰富些效果会好。要强化学生的探究能力。
李老师:思路清晰,重点突出。根据我们学生的情况,还是设计成两课时比较好。题目的设计设置一下情境,拓展学生视野。细节方面,总结电荷运动方向的时候,还是要结合图像,帮助学生形象理解。
郭老师:容量太多,应该考虑多一点学生的参与,充分体现讨论环节,让学生真正的有分组和合作。
张老师:关于阴离子的放电顺序,是重点和难点,这节课还是要突破。但是又不能拓展的太深。 第二次
袁老师:强化学生的探究能力,学生实验由学生自主完成。重点就在突破电极反应方程式的书写。
李老师:思路清晰,重点更加突出。新课的引入从电影入手比较好,整节课老师的语言比较多,可以继续精简。电极反应书写的方法,改由学生总结这点特别的好,能够加强培养学生的总结归纳和梳理的能力。 第三次
袁老师:设计思路好,课堂简单清晰,气氛好,学生学习效果好,重点突出,难点突破。