基于化学学科素养的“电解池”教学设计

杜 娟

(江苏省梁丰高级中学 215600)

一、学情分析

本节课的授课对象为高二选修化学的学生，虽然他们在初、高中多个阶段接触过电解池，但是对电解池的工作原理及应用并没有特别深入的理解.由于这部分内容本身的难度和抽象性，学生在实际学习中对电解原理及应用的理解存在一定困难.

二、教学目标

1.通过小组实验探究，理解电解池的工作原理和离子在电极上的放电顺序，结合宏观现象分析具体电解问题.

2.在探究实验的基础上，总结不同类型电解质的电解规律，归纳总结解决电解问题的方法模型.

3.学会设计、分析实验并得出结论，能从原理的角度进行解释.在实验探究过程中体验科学研究的谨慎、追求真理的精神.

三、教学重难点

教学重点：电解原理

教学难点：离子的放电顺序

四、教学过程

1.设置情境，引入课题

【教师】化学是一门具有独特魅力的学科.化学家们像神奇的魔术师，运用自己的智慧，变出了许多人类未曾知晓的物质，将无数的不可能变成可能.今天，教师也给大家带来一个小魔术.

【展示】酒杯中盛放了滴有酚酞的无色溶液

【教师】这是一个酒杯，里面放着“白酒”，现在我利用一个装置，让“白酒”变“红酒”.见证奇迹的时刻到了……

【现象】酒杯中的“白酒”变成了“红酒”(无色溶液变红)

【教师】我想，现在学生一定会有一个疑问：这个过程是怎么发生的？下面，我们就一起来探究其原理，揭示其奥秘.

设计意图：通过明显的实验现象，引起学生的好奇心，激发学生的探知欲.

2.探究电解池的工作原理

【教师】老师刚才正是用了这个装置，才能变成魔术.请学生仔细观察，这个装置的构成要素有哪些？

【学生】电源、导线、电极、电解质溶液，形成闭合回路.

【教师】在黑板上画出装置图

【教师】学生通过观察分析，非常准确地说出了装置的构成要素.如果从能量角度分析，这个装置实现了怎样的能量变化？

【学生】溶液变红说明有新物质生成，实现了电能到化学能的转化.

【教师】我们将这种能将电能转化为化学能的装置称为——电解池.

【板书】电解池

【教师】电源有正负极之分，与电源正极相连的叫电解池的阳极；与电源负极相连的叫电解池的阴极.

【教师】在初中我们已经学习过电解水，知道阳极产生氧气，阴极产生氢气.现在我要问问你们，为什么会在阳极产生氧气，阴极产生氢气？水中存在哪些微粒？

【学生】氢离子，氢氧根离子

【教师】这些微粒如何运动？

【学生】通电前，这些微粒做无规则运动；通电以后，在电场作用下，氢离子、氢氧根做定向移动；氢离子移向阴极，氢氧根移向阳极.

【教师】对电源负极而言，是电子流出的一极.请问电子流到哪里去？

【学生】流到阴极，给阴极区的氢离子，氢离子得电子变成氢气.

【教师】发生的是什么反应？

【学生】氢离子得电子，发生还原反应.

【教师】回答很正确

【板书】一、电解池的定义

【教师】此时阴极区氢氧根浓度增大，碱性增强.对于电源正极而言，是电子流入的一极，流入的电子从何而来？

【学生】氢氧根失电子，氢氧根失电子化合价升高，生成氧气，发生氧化反应.

【教师】此时阳极区氢离子浓度增大，酸性增强.两个电极区域pH变化是水电解反应的一个重要表征，此时水仍然是电中性的.

【总结】在直流电作用下，电解质溶液中的阴阳离子在两个电极发生氧化还原反应的过程叫做电解.画出电解水的原理图(如图1所示).

图1 电解水原理图

设计意图：从学生最熟悉的电解实验——电解水实验作为突破点，分析电解池的构造，电解的原理及电解过程中阴、阳两极的电极反应，帮助学生从已有的知识中总结归纳出电解的基本原理.

3.探究电解规律

【教师】我们知道，水是一种弱电解质，水电离产生的氢离子、氢氧根离子的浓度比较小，直接电解水的速率比较慢.在初中化学书上提到可以向水中加一些物质，还记得加哪些物质吗？

【学生】加盐，加氯化钠，硫酸钠……

【教师】是否所有盐都可以加？

【学生】思考

【教师】水槽中提供了NaCl、Na2SO4、CuCl2三种盐溶液，请大家通过电解实验，研究一下不同电解质溶液的电解规律.

【学生】小组合作完成电解实验，汇报实验现象(如图2～图4所示)，总结离子放电顺序.

图2 电解食盐水现象 图3 电解硫酸钠现象 图4 电解氯化铜实验

【学生一】在浸有NaCl溶液的pH试纸上做电解实验，看到阳极区试纸变红，且石墨棒接触的位置红色褪去；阴极区试纸变蓝；在浸有Na2SO4溶液的pH试纸上做电解实验，看到阳极区试纸变红，阴极区试纸变蓝；在点滴板中做电解CuCl2的实验，阳极区产生气泡，气体能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝，阴极石墨棒上析出红色物质.

【教师】点评学生的实验和结论，总结电解规律.

【板书】二、电解规律

设计意图：让学生小组合作讨论，通过宏观的实验现象进行辨识，再从微观层面上进行探析，探究电解的原理，通过比较离子的氧化性、还原性强弱，从而得出放电顺序.通过电极反应式和总反应方程式的书写，运用化学语言，形成化学符号表征的观念.

4.回归生产，学以致用

【教师】现在，大家已经可以揭秘刚才的“魔术”了.其实，“白酒”是加了两滴酚酞的食盐水.请大家思考一下，为什么会变成“红酒”？

【学生】电解食盐水生成了氢氧化钠、氯气和氢气.溶液呈碱性，所以变红.

【板书】三、电解原理的应用

【教师】电解饱和食盐水也就是我们工业上的“氯碱工业”.其实，电解原理在工业上还有很多应用，比如电镀、电解法冶炼金属等等.金属钠的制备是我们在必修一中学习过的内容，大家还记得用什么方法吗？

【学生】电解熔融氯化钠.阳极产生氯气，阴极产生钠.

【教师】很好，大家学得很扎实.1799年，伏打发明电池，使人类第一次获得了可实际使用的持续电流；1800年，英国科学家用伏打电池完成了电解水的实验；1807年，英国化学家戴维用250个串联的电池堆电解制得金属钾，此后，他又用电解法制得了钠、钙、镁、锶、钡，成为迄今为止发现元素种类最多的科学家.希望学生也能像戴维等科学家一样，不畏失败，积极探索，勇攀科学高峰，为国家建设、为人类发展，做出更多贡献.

设计意图：首尾呼应，学生通过所学知识，解开了之前的疑惑.同时了解到所学的知识广泛应用于生产生活实际，发挥了化学知识的正面价值，促进了学生化学价值观的建构.