高中化學選修四第四章電化學基礎(chǔ)第三節(jié)《電解池》教學設(shè)計

第四章電化學基礎(chǔ)第三節(jié)電解池（第1課時）教材分析在學習第四章之前，學生學習了“溶液中的離子平衡”，對溶液體系初步建立了微觀、動態(tài)、相互作用的認識深度，基本形成了分析反應(yīng)體系中微粒及運動情況的認識思路，本章是對上述認識方法的應(yīng)用和深化，此外從本章的知識基礎(chǔ)看，也是將氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)等基本概念和原理提升到綜合應(yīng)用的高度。“化學能與電能的相互轉(zhuǎn)化”是貫穿全章的主線。在前兩節(jié)教材的學習中，學生已經(jīng)了解了自發(fā)的氧化還原反應(yīng)通過原電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能，本節(jié)的核心概念是“對于非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)可以通過電解池實現(xiàn)由電能到化學能的轉(zhuǎn)化”。本章知識在學生整個高中化學學習中占有十分重要的地位，是在必修化學的基礎(chǔ)上幫助學生從氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)及化學反應(yīng)與能量的關(guān)系上，進一步學習和探索化學反應(yīng)的規(guī)律及其應(yīng)用，能從化學能與電能之間相互轉(zhuǎn)化的角度理解原電池-電解池的原理及應(yīng)用，構(gòu)建較為完整和系統(tǒng)的化學反應(yīng)原理知識體系。本章知識結(jié)構(gòu)圖：二、教學目標1、通過宏觀（實驗現(xiàn)象）——微觀（電子、離子間的相互作用與運動方向）——符號（電解方程式）三重表征形成電解池的工作原理。知道電解質(zhì)溶液的導電過程，就是電解質(zhì)的電解過程，能夠說出電離與電解的區(qū)別和聯(lián)系。2、通過觀察，知道電解池裝置的基本構(gòu)造（包括電極與直流電源的連接方式）。通過與原電池裝置進行比較，能夠從電極名稱、電極反應(yīng)、能量轉(zhuǎn)變形式、反應(yīng)驅(qū)動力等方面進一步認識電解池與原電池的工作原理。3、能夠根據(jù)電解質(zhì)溶液的組成和電極特點，運用氧化還原知識判斷電解產(chǎn)物，并形成分析判斷電極產(chǎn)物的一般思路：電極材料及電極的極性——溶液中存在的微粒——微粒的運動方向——分析得失電子的能力判斷——化合價變化——產(chǎn)物存在形式。4、建立綜合運用微粒觀和氧化還原反應(yīng)理論分析電解池問題的基本思路，能自主構(gòu)建電解池模型，并以這個模型為載體用微觀的、動態(tài)的、有序的思維分析電解池常見應(yīng)用。5、通過查閱資料、觀看錄像等方式了解電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，感受化學科學對人類生產(chǎn)生活的巨大影響。并能夠運用電解原理和判斷電極產(chǎn)物的一般思路，分析氯堿工業(yè)、電鍍、銅的精煉、金屬電冶煉等過程中的能量與物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。教學重點：構(gòu)建電解池模型教學難點：以電解池模型為載體用微觀的、動態(tài)的、有序的思維分析電解池常見應(yīng)用第1課時構(gòu)建電解池模型第2課時以電解池模型為載體，用微觀的、動態(tài)的、有序的思維分析電解池常見應(yīng)用三、教學策略分析1、確定電解池原理教學中的核心概念和基本概念及其之間的關(guān)系電解池教學中的核心概念和基本概念梳理如下圖：電解池原理的教學其實就是描述氧化還原反應(yīng)、電解池概念、能量轉(zhuǎn)換等幾個概念之間的相互關(guān)系。落實核心概念可以幫助學生真正理解溶液的導電過程實際上是發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程，電解是一種強有力的氧化還原手段，可以實現(xiàn)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，可以實現(xiàn)電能到化學能的轉(zhuǎn)變，有利于學生理解基本概念，構(gòu)建電解池模型，進而用基本概念理解電解池的應(yīng)用。2、基于科學取向教學論的原理課教學科學取向教學論指導下的原理課教學一般結(jié)構(gòu)：復習相關(guān)概念，提供盡可能充足的實驗事實，加以歸納、概括形成原理。獲得原理電解復習相關(guān)概念，提供盡可能充足的實驗事實，加以歸納、概括形成原理。獲得原理電解CuCl2溶液實驗通過分析電解飽和食鹽水的產(chǎn)物分析，了解放電順序，形成分析電解池的思維程序初步學習原理后，通過復述原理、識別原理適用情景等活動鞏固新原理，并形成原理運用的程序和步驟通過分析電解飽和食鹽水的產(chǎn)物分析，了解放電順序，形成分析電解池的思維程序初步學習原理后，通過復述原理、識別原理適用情景等活動鞏固新原理，并形成原理運用的程序和步驟形成應(yīng)用原理的思維程序通過在新的情景中運用原理進行解釋、預測、控制變量之間的相互作用以及判斷原理的運用是否正確等變式訓練，鞏固、內(nèi)化新原理，形成原理系統(tǒng)。如何冶煉金屬鈉？運用通過在新的情景中運用原理進行解釋、預測、控制變量之間的相互作用以及判斷原理的運用是否正確等變式訓練，鞏固、內(nèi)化新原理，形成原理系統(tǒng)。如何冶煉金屬鈉？運用原理對外辦事學生制作個性化的本節(jié)學生制作個性化的本節(jié)原理思維導圖圖。3、利用模型教學強化學生電解池模型的構(gòu)建化學模型方法在化學教學中頗為重要,又是常用的一種科學方法，它有利于教師在化學教學中把化學事物加以高度抽象，表面上看似乎脫離了具體(原型)的真實,然而能集中地反映出原型具體真實中的主要矛盾、主要方面、主要特征,可幫助師生揭示出復雜的研究體系里更深的本質(zhì)和規(guī)律性。這不受直覺和所處的時、空局限,有利于達到更深層次的認識。電解池是一種特殊的能量轉(zhuǎn)換裝置，離子的遷移方向、放電順序、產(chǎn)物等具有一定的恒定性和內(nèi)在統(tǒng)一性，所以電解池原理教學中的重點之一就是要學生能在腦海中構(gòu)建電解池的模型，在學習初始階段，用卡紙模擬電解池中發(fā)生的變化，有利于學生從實物到抽象的構(gòu)建模型。4、幫助學生建立分析電解池的思維程序?qū)W生在理解電解池的工作原理，建構(gòu)了電解池的模型后，要建立分析電解池的思維程序：溶液中存在哪些離子溶液中存在哪些離子通電時通電時離子如何移動離子離子放電順序產(chǎn)物、電極方程式產(chǎn)物、電極方程式5、指導學生形成自身的原理思維導圖，厘清概念間的關(guān)系對于化學原理的學習,學生不僅要理解原理涉及的各概念的內(nèi)涵,更要厘清概念間的關(guān)系。思維導圖作為意義學習的重要策略,以直觀形象的方式描繪了知識結(jié)構(gòu),有效呈現(xiàn)知識的關(guān)聯(lián),引導學生進行意義建構(gòu),非常接近人的自然思維過程。引導學生構(gòu)建思維導圖,可以幫助學生建立概念間的聯(lián)系,實現(xiàn)概念的網(wǎng)絡(luò),形成良好的認知結(jié)構(gòu)。通過對知識進行系統(tǒng)的整理,了解目前存在的不足,幫助學生加深對原理念的理解,并促進知識結(jié)構(gòu)的合理化,通過與他人或教師建構(gòu)的思維導圖進行比較,可以讓其了解自身在思維導建構(gòu)能力、知識上的欠缺。四、教學過程（第1課時）環(huán)節(jié)一、通過宏觀——微觀——符號三重表征形成電解池的工作原理?！締栴}引入】在古代的物質(zhì)觀中不管是中國的“陰陽五行說”還是西方的“四元素說”，都認為水是一種不能夠被分解的元素，這是因為水很穩(wěn)定。從吉布斯自由能（ΔG=ΔH-TΔS）的角度分析為什么水難以分解為氫氣和氧氣呢？【學生】2H2O=2H2↑＋O2↑，該反應(yīng)ΔH>0,ΔS>0，在較低溫度下無法自發(fā)進行?！窘處煛咳绾螌崿F(xiàn)水的分解？【學生】高溫或常溫下外界給予能量——電解【教師】在化學發(fā)展史上第一次實現(xiàn)水電解為氫氣和氧氣是在1800年伏打發(fā)明電池后，自此“水是一種元素”的傳統(tǒng)認識徹底被打破，電解法可以提供能量，令在該溫度下無法自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)自發(fā)進行，同時將電能轉(zhuǎn)化為化學能。設(shè)計意圖：學生在初中已經(jīng)接觸了水電解的概念，從水的電解引入是引導學生從能量的角度分析水的分解需要吸收很高的能量，在較低溫度下無法自發(fā)進行，電解法可以提供能量，有助于學生能量觀的建構(gòu)。【教師】電解法給人類帶來了一場認識上的革命，當時英國化學家戴維敏感的意識到它可以用于研究物質(zhì)的組成，大膽嘗試用電解的方法去分解一些當時人們認為不能夠被分解的物質(zhì)。戴維最初的想法是水通電可以分解為氫氣和氧氣，那物質(zhì)的水溶液通電又會怎樣呢？現(xiàn)在我們就來研究一下對氯化銅的水溶液通電會有什么情況發(fā)生?！舅伎寂c交流1】學生閱讀完實驗4-2后先思考并回答以下問題。該實驗的實驗?zāi)康氖鞘裁?？該實驗用到的儀器和藥品有什么？該實驗裝置如何組裝猜想通電時在陽極和陰極的產(chǎn)物可能是什么？可以觀察到什么現(xiàn)象？【分組實驗】實驗操作實驗現(xiàn)象與分析將兩根碳棒分別跟直流電源的正極和負極相連，浸入裝有CuCl2溶液的電解槽中【根據(jù)實驗結(jié)果思考討論】1、CuCl2溶液中有哪些離子？2、在接通直流電源時，微粒如何運動？3、如何書寫電極方程式？（學生可以借助課堂上提供的電解池操作模型進行思考討論，操作模型。【匯報實驗現(xiàn)象并分析】教師在黑板上提供可自由組裝的電解池模型圖，學生到黑板上邊操作模型圖邊回答上面的3個問題，并用模型圖模擬電解池工作時的微粒移動和變化過程，最終得出電極方程式。實驗現(xiàn)象：陰極有紅色的固體陽極有氣體產(chǎn)生，并能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{解釋：CuCl2溶液在接通直流電源時，根據(jù)同性相斥，異性相吸原理，Cu2+向陰極移動得到電子生成Cu單質(zhì)；Cl—向陽極移動失去電子生成Cl2。（學生在分析氯化銅溶液過程中可能能意識到溶液中H+、OH—的存在，但在分析離子移動及變化過程中忽略了，教師可暫時不提醒。）【總結(jié)】電解池相關(guān)概念1、電解：在直流電作用下，在兩極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。2、電解池：將電能轉(zhuǎn)化成化學能的裝置。3、電極名稱及判斷：陰極：與電源負極相連的一極,陽離子向陰極移動，物質(zhì)在該極得到電子,發(fā)生還原反應(yīng)。陽極：與電源正極相連的一極,陰離子向陽極移動，物質(zhì)在該極失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)。4、分析電解池反應(yīng)的思維程序：（1）溶液中存在哪些離子（2）通電時離子如何移動（3）產(chǎn)物、電極方程式設(shè)計意圖：該實驗是理解電解原理的突破口，也是本節(jié)教學重點，充分發(fā)揮該實驗在教學中的作用，努力引導學生通過自己的觀察，并運用所學知識分析電極表面發(fā)生變化的原因，利用電解池模型圖強化學生認識電解池工作時微粒的移動和變化過程，進而認識電解池的功能，認知“電解質(zhì)溶液的導電過程，就是電解質(zhì)的電解過程”。環(huán)節(jié)二：通過分析電解飽和食鹽水的產(chǎn)物，了解放電順序，形成分析電解池的思維程序?！舅伎寂c交流2】氯化銅溶液中除了Cl—、Cu2+還存在OH—、H+，通電時Cl—、OH—都向陽極移動，Cu2+、H+都向陰極移動，但是實驗中H+和OH—都沒有參與反應(yīng)。那么，如果戴維利用實驗4-2的電解池裝置電解氯化鈉溶液，能否也得到金屬鈉？設(shè)計意圖：培養(yǎng)學生思維能力，看他們能否聯(lián)想到金屬活動順序表中金屬陽離子的氧化性順序，產(chǎn)生認知沖突，激發(fā)學生學習興趣?！緦W生】對電解氯化鈉溶液的產(chǎn)物作出猜想?！痉纸M實驗】教師利用實驗4-2的電解池裝置電解飽和食鹽水實驗操作實驗現(xiàn)象與分析將兩根碳棒分別跟直流電源的正極和負極相連，浸入裝有NaCl溶液的電解槽中【學生】根據(jù)實驗結(jié)果思考以下問題：（1）飽和食鹽水中存在哪些離子?（2）通電后，溶液中的離子如何移動？（3）電解后，在陰極區(qū)和陽極區(qū)分別得到的產(chǎn)物是什么？電極方程式如何書寫？（學生根據(jù)實驗結(jié)果操作電解池模型圖模擬電解微觀過程，得出電極方程式。在判斷陰極、陽極產(chǎn)物時引導學生思考離子的放電順序，并解釋如何得出放電順序。）【總結(jié)】1、離子放電順序放電：陰離子失去電子而陽離子得到電子的過程叫放電陽極：陰離子——失電子（具有還原性）——氧化反應(yīng)還原性強的離子優(yōu)先放電：Cl->OH->含氧酸根離子SO42-等陰極：陽離子——得電子（具有氧化性）——還原反應(yīng)氧化性強的離子優(yōu)先放電：Cu2+>H+>Na+2、分析電解池反應(yīng)的思維程序：（1）溶液中存在哪些離子（2）通電時離子如何移動（3）離子放電順序陽離子：Cu2+>H+>Na+比較依據(jù)：金屬活動順序表陰離子：Cl->OH-（4）產(chǎn)物、電極方程式設(shè)計意圖：通過學生獨立設(shè)計，鞏固他們對電解池裝置的認識，并通過獲得的產(chǎn)物及物質(zhì)變化的原理分析，激發(fā)學生思考分析電解反應(yīng)物的有序思維。環(huán)節(jié)三：在新情景中應(yīng)用原理【問題1】利用電解的方法戴維在一年之內(nèi)就成功制取了6種物質(zhì)，例如鈉、鉀、銣等，那么戴維應(yīng)該如何從氯化鈉中成功制取了鈉？【學生】模擬電解熔融氯化鈉的微觀過程并寫出電極方程式?！締栴}2】在電解水的實驗中，為了增大水的導電能力而又不影響電解產(chǎn)物，可以加入哪些物質(zhì)？【學生】根據(jù)離子放電順序進行總結(jié)回答。設(shè)計意圖：通過在新的情景中運用原理進行分析解釋，鞏固、內(nèi)化新原理?！咀鳂I(yè)】本節(jié)涉及的概念名詞有：氧化還原反應(yīng)、氧化劑、還原劑、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、電解池、陰極、陽極、化學能、電能等，請用以上概念構(gòu)建自己的思維導圖。設(shè)計意圖：學生形成自身的思維導圖，形成原理系統(tǒng)。第四章電化學基礎(chǔ)第三節(jié)電解池（第1課時）學案環(huán)節(jié)一了解電解池的工作原理。【思考與交流1】學生閱讀完實驗4-2后先思考并回答以下問題。1、該實驗的實驗?zāi)康氖鞘裁矗?、該實驗用到的儀器和藥品有什么？3、該實驗裝置如何組裝？4、猜想通電時在陽極和陰極的產(chǎn)物可能是什么？可以觀察到什么現(xiàn)象？【分組實驗】實驗操作實驗現(xiàn)象將兩根碳棒分別跟直流電源的正極和負極相連，浸入裝有CuCl2溶液的電解槽中根據(jù)實驗結(jié)果思考以下問題，并在電解池模型中模擬電解的微觀過程。1、CuCl2溶液中有哪些離子？2、在接通直流電源時，微粒如何運動？3、如何書寫兩極的電極方程式及總電解方程式？總結(jié)：總結(jié)：電解池相關(guān)概念：環(huán)節(jié)二：形成分析電解池的思維過程。【思考與交流2】氯化銅溶液中除了Cl—、Cu2+還存在OH—、H+，通電時Cl—、OH—都向陽極移動，Cu2+、H+都向陰極移動，但是實驗中H+和OH—都沒有參與反應(yīng)。那么，如果戴維利用實驗4-2的電解池裝置電解氯化鈉溶液，能否也得到金屬鈉？【分組實驗】利用實驗4-2的電解池裝置電解飽和食鹽水實驗操作實驗現(xiàn)象將兩根碳棒分別跟直流電源的正極和負極相連，浸入裝有飽和NaCl溶液的電解槽中【思考】電解池分析思維過程溶液中存在哪些離子溶液中存在哪些離子（1）飽和食鹽水中存在哪些離子?通電時通電時離子如何移動（2）通電后，溶液中的離子如何移動？離子離子放電順序（3）陽離子的放電順序，陰離子的放電順序。產(chǎn)物、電極方程式產(chǎn)物、電極方程式（4）電解后，在陰極區(qū)和陽極區(qū)分別得到的產(chǎn)物是什么？電極方程式如何書寫？總結(jié)：總結(jié)：分析電解池的思維過程：離子的放電順序：環(huán)節(jié)三：在新情景中應(yīng)用原理【問題1】利用電解的方法戴維在一年之內(nèi)就成功制取了6種物質(zhì)，例如鈉、鉀、銣等，那么戴維應(yīng)該如何從氯化鈉中成功制取了鈉？【問題2】在電解水的實驗中，為了增大水的導電能力而又不影響電解產(chǎn)物，可以加入哪些物質(zhì)？【作業(yè)】本節(jié)涉及的概念名詞有：電解、電解池、化學能、電能、氧化還原反應(yīng)、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、陰極、陽極等，請用圖表演示出它們之間的關(guān)系，制作思維導圖。《電解池》公開課調(diào)查表1、請寫出您認為的本節(jié)課的兩個優(yōu)點。2、請寫出您認為本節(jié)課需要改進的一處地方。第四章電化學基礎(chǔ)第三節(jié)電解池（第1課時）學案環(huán)節(jié)一了解電解池的工作原理。【思考與交流1】學生閱讀完實驗4-2后先思考并回答以下問題。該實驗的實驗?zāi)康氖鞘裁?？該實驗用到的儀器和藥品有什么？該實驗裝置如何組裝？猜想通電時在陽極和陰極的產(chǎn)物可能是什么？可以觀察到什么現(xiàn)象？【分組實驗】實驗操作實驗現(xiàn)象將兩根碳棒分別跟直流電源的正極和負極相連，浸入裝有CuCl2溶液的電解槽中根據(jù)實驗結(jié)果思考以下問題，并