资源简介

创新教学案例　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　宁波鄞州中学　史定海
电解原理
1、 教材分析
电解属于电化学的知识范畴，是中学化学理论体系不可缺少的一部分，同时电解与物理学科中的电学、能量的转换有密切的联系，是氧化还原反应、原电池、电离等知识综合运动。电解教学安排在氧化还原反应、离子方程式、电离平衡和原电池知识后教学符合化学科知识的逻辑体系和学生认知规律。本节教材可分为三个部分：电解原理、电解原理的应用、电镀。
2、 教学设计思路
教学设计时，考虑到改变学生的学习方式，采用在教师启发引导下的“发现学习”，体现自主性、探究性和合作性，对问题进行理论分析、大胆假设、实验验证、得出结论，符合科学研究的一般方法，有利于学生精神和实践能力的培养。
3、 教学目标和教学重点难点
【教学目标】
1． 知识技能目标
（1） 理解电解的原理
（2） 能正确判断电解池的阴阳极，大多数学生能正确书写电极反应和电解反应
（3） 记住常见离子的放电次序
2． 能力方法目标
培养发现问题、提出问题和解决问题能力。
3． 情感态度目标
体验大胆猜测，合作讨论。
【教学重点】
电解的原理
【教学难点】
离子放电和电解反应的书写
4、 教学媒体
多媒体和有关实验用品
5、 教学过程设计
【创设问题情景】
铜丝在氯气中燃烧：Cu+Cl2CuCl2，化学能转变为热能；化学能能否转变为其它形式的能：化学能转变为电能，如何将上述反应设计成原电池？Cu作负极，通氯气的石墨电极作正极，氯化铜溶液作电解质溶液；那么，电能能否转变为化学能？本节课我们一起来研究这个课题。（点出课题：电解。）
【问题探究1】用石墨电极电解氯化铜溶液
出示盛在烧杯中的氯化铜溶液，问有什么微粒组成？（Cu2＋离子、Cl－离子、H2O分子和少量H＋、OH－），四种离子在水中如何运动？（无规则的自由运动），在什么条件下可以使这四种离子作定向运动？（通入电流，产生一定的电势差。）直流电还是交流电？（直流电，因为交流电正负极在不断地变化），通入直流电时上述四种离子怎样运动？（Cu2＋、H＋向电源负极方向移动，Cl－、OH－向电源正极方向运动）运动到电极表面时，这些离子会否发生变化，发生什么变化？请你大胆猜测一下，可能生成什么物质？（让学生进行小组合作讨论，发表不同意见，并加以肯定）你猜测的依据是什么？（Cu2＋氧化性比H＋强、Cl－还原性比OH－强，不求完整和正确）。
好！下面我们通过实验来验证你的推测。
大屏幕投影实验演示：用石墨电极电解氯化铜溶液。
从实验事实可知：与电源负极相连接的C棒产生Cu ，与电源正极相连接的C棒产生Cl2。
Cu 和Cl2是怎样产生的？（Cu2＋离子得到2个电子被还原成Cu，Cl－离子失去1个电子被氧化成Cl原子，两个Cl原子结合成一个Cl2分子。）上述装置中两个炭棒作电极，炭棒不参与反应，通常把C、Pt不参与反应的电极材料称之为惰性电极，为了与电源的正负极相区别，将与电源负极相连接的C棒，称为阴极；将与电源正极相连接的C棒，称为阳极；将两个电极上的反应合并，可以得到电解的总方程式。根据已经确定的反应物与产物，请写出电解氯化铜的总方程式。
（上述过程形成如下板书）
例1：电解氯化铜溶液
通电前：CuCl2 ＝Cu2＋＋2Cl－
　　　　H2OH＋＋OH－
通电时：Cu2＋、H＋向电源负极方向移动；
Cl－、OH－向电源正极方向移动；
与电源负极相连接阴极：Cu2++2e-=Cu　（还原反应）
与电源正极相连接阳极：2Cl－—2e-=Cl2（氧化反应）
电解总方程式：CuCl2Cu+Cl2↑
在上述装置中电解转化为化学能，这种装置叫电解池；使电流通过电解溶液而在两极引起氧化还原反应的过程叫电解。
上述四种离子，Cu2＋和H＋向阴极移动，为什么只析出铜？（Cu2＋、H＋被还原有一个顺序，Cu2＋比H＋易被还原）这与Cu2＋、H＋的什么性质是一致的？（氧化性：Cu2＋＞H＋）， Cl－和OH－都向阳极移动，为什么只析出Cl2 (Cl－比OH－易被氧化)。
（多媒体演示）动画：氯化铜溶液中离子的运动、通电后离子的定向运动和离子在电极上的放电。
结合氯化铜溶液的电解，请你们讨论一下：构成电解池需要那些条件？电解池中的阴阳电极如何判断？电解池中电子的流动方向是怎样的？（讨论后请同学代表回答，并完成下表）
（板书）
构成电解池的条件 外接直流电源；两个电极；电解质；闭合回路；
电极的判断 由电源正负极判断；由电极反应现象判断；由电极反应判断；
电子流动方向 由电源负极流向阴极；再由阳极流向电源正极。
【问题探究2】用石墨电极电解氯化钠溶液
按照分析氯化铜溶液电解的方法，由学生展开小组讨论，试写电极反应和电解的总反应。（这时教师可以组装电解氯化钠溶液的实验装置）
氯化钠溶液中存在那些离子？（Na+、H+、Cl-、OH-），通电时这些离子如何运动？（Na+、H+向阴极运动，Cl-、OH-向阳极运动），在阴极什么离子优先放电？（H+）生成什么物质？（H2）在阳极什么离子优先放电？（Cl-）生成什么物质？（Cl2）如何检验产物？（Cl2―湿润的KI淀粉试纸；H2收集后爆鸣法检验。）
大屏幕投影实验演示：石墨电极电解NaCl溶液
阴极区附近溶液为什么滴入酚酞试液，变为红色？（产生氢氧化钠）氢氧化钠是怎样产生的？（水电离出的H＋放电，使OH－浓度增大）。因此，电解氯化钠溶液时，水和氯化钠都参与电解反应，电解产物除H2和Cl2外还有氢氧化钠溶液。请写出电极反应和电解的总反应（纠正书写错误）。
（板书）
例2：电解氯化钠溶液
阴极：2H＋＋2e-＝H2↑
阳极：2Cl――e-＝Cl2↑
电解反应：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
【问题探究3】石墨电极电解硫酸钠溶液。
学生小组讨论，要求：①写出阴阳极上的电极反应和电解的总反应；②分析阴阳两极区附近溶液的酸碱性变化，电解后若将溶液混合均匀，溶液的酸碱性情况；③如何用简单的方法检验两极的产物？（这时教师可以组装电解硫酸钠溶液的实验装置）
选择学生的答案，通过大屏幕投影，评析。
大屏幕投影演示：电解Na2SO4溶液
　　　
电解Na2SO4溶液中，阴极为水电离出来H＋放电，析出H2，阳极为水电离出的OH－放电，析出O2，而Na2SO4电解出的Na+和SO42－不放电，因此实际上是电解水。
（板书）
例3：电解硫酸钠溶液
阴极：4H＋＋4e-＝2H2↑
阳极：4OH――4e-＝2H2O＋O2↑
电解总反应：2H2O H2↑＋O2↑
由上述三个实例可见：在惰性电极（如石墨）上，阳极上阴离子的放电顺序为Cl－＞OH－＞SO42－，阴极上阳离子的放电顺序为Cu2＋＞H＋＞Na＋，请你按照离子放电的规律，将常见的阴阳离子的放电能力排一个序？（学生排后师生讨论纠正）。
（板书）
阳极上：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞SO42－＞NO3－＞F－（与阴离子还原性一致）；
阴极上：Ag＋＞Hg2+＞Cu2＋＞(H＋)＞Pb2+＞Sn2＋＞Fe2+＞Zn2+＞（H＋）＞Al3＋＞Mg2+＞Na＋（与阳离子的氧化性强弱一致）
说明：由于H＋离子放电产生的H2不能很快地离去，增大了电极与溶液之间的电阻等原因，使H＋的放电顺序发生变化。
【小结】本节课分析了在惰性电极上电解的三个实例，其一般的思路是：分析电解质溶液中存在的离子根据外接电源的正负极确定阴阳电极根据离子放电顺序判断被氧化或被还原的离子写出电极反应和电解总反应。通过本节课的学习要求同学们会区别原电池和电解池，会判断阴阳电极，能正确书写电极反应和电解反应。
【课堂练习】惰性电极电解硝酸银溶液。写出电极反应和电解总反应。
【课外作业】
1． 列表比较原电池和电解池的区别和联系。
2． 惰性电极分别电解下列溶液，写出电极反应和电解总反应，并根据电解总反应，对电解质进行归类。
　①HCl；②CuBr2；③KCl；④CuSO4；⑤NaOH；⑥H2SO4；⑦KNO3。
3． 家庭小实验：分别用石墨电极、铁丝电极、铜丝电极和干电池电解氯化钠溶液。
①观察两极上发生的变化；
②检验放出的气体。
1 用湿润KI淀粉试纸检验氯气；
2 收集一小试管气体，爆鸣法检验氢气；
③分别向两极附近滴入酚酞试液
1 分别收集气体，用爆鸣法检验H2，用带火星的木条检验O2；
②分别在阴阳极区附近，滴加紫色石蕊试液，然后将电解后溶液混合在一烧杯中，观察溶液颜色变化。
（四种离子作无规则的自由移动）
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