4.2.2 电解原理的应用（教学设计） 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 化学反应与电能
第二节 电解池
第2课时
【教学目标】
1.通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，认识电能与化学能之间的转化；
2.建立电解应用问题的分析思维模型和电解相关计算的思维模型，加深对电解原理的理解和应用。
【教学重难点】
1.电解池的工作原理及应用
2. 电解池思维模型的构建
【辅助工具】
多媒体、视频
【教学过程】
【导入】电解是一种剧烈的氧化还原反应，能把电能转化为化学能，在实际工业生产中都有哪些应用呢？
【PPT展示】
【提问】让学生分析并写出采用惰性电极电解氯化钠溶液时的电极反应式及总反应式。
【学生活动】
阴极：2H2O＋2e－ === H2↑＋2OH－
阳极：2Cl－-2e－ === Cl2↑
总：2Cl－ + 2H2O=== Cl2↑ + H2↑ + 2OH－
【师】接下来去同学们完成这个表格
阴极 阳极
离子
电极反应式
产物检验
【讲解】工业上把电解饱和食盐水制取烧碱、氯气和氢气的生产叫氯碱工业。
【思考】能否用该电解池（上图）制备Cl2、H2和NaOH？若不能，该怎样改进装置？
【提示】从生成物之间的关系考虑：
1.氢气和氯气混合而引起爆炸；2.氯气和氢氧化钠发生反应
【改进装置】
【讲解】选用阳离子交换膜的用意：
把电解池分隔成阴极室和阳极室
只允许阳离子通过(Cl-、OH-和气体不能通过)
防止氢气和氯气混合而引起爆炸
避免氯气和氢氧化钠反应
【播放视频】
【过渡】电解原理在生产生活中多个领域都有着广泛应用，除了利用通过电解饱和食盐水制取氯气和烧碱，即氯碱工业，接下来我们继续学习利用电解原理从粗铜中精炼铜，还有生活中许多物品利用电解原理镀上一薄层金属，提高耐腐蚀性和美观性；利用电解法还可以冶炼活泼金属钠、镁、铝等知识点。
【师】电镀是一种应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的加工工艺。
【讲解】阴极：挂镀件 阳极：挂镀层金属
电解质溶液：含镀层金属离子的溶液
以下图为例进行讲解：
a：正极
b：负极
在铁叉上镀锌
阴极：Zn2+ + 2e- = Zn
阳极：Zn - 2e- = Zn2+
电解质溶液：ZnSO4溶液
【播放视频】
【讲解】通过火法冶炼获得的粗铜含有较多杂质，须经过电解精炼才能获得纯铜。粗铜中含有的杂质有：Zn、Fe、Ni、Ag、Au等。
【分析电极反应式】
【思考】
1.阴阳两电极的质量差有何变化？
2.硫酸铜溶液的浓度有何变化？
3.阳极泥有何作用？
【过渡】接下来学习最后一个应用------电冶金（电解冶炼金属）
【讲解】电解是最强有力的氧化还原手段，所以通过电解冶炼金属是重要的方法。且活泼金属（如K、Ca、Na、Mg、Al）是唯一可行的工业方法。
【复习】在必修部分我们学习过金属的冶炼，掌握了冶炼不同金属的方法。
【讲解】1. 电解冶炼钠
阳极： 2Cl- － 2e- == Cl2 ↑
阴极：Na++ e- == Na
总反应：2NaCl(熔融) === 2Na + Cl2↑
2. 电解冶炼镁
阳极：2Cl -－2e- = Cl2↑
阴极：Mg2+ + 2e- = Mg
总反应：MgCl2(熔融) === Mg + Cl2 ↑
【过渡】氧化铝熔点：2050℃，氯化铝熔194℃，工业上为什么不用氯化铝做原料生产铝单质呢？
3. 电解冶炼铝
阳极：6O2- －12e- =3O2↑
阴极：4Al3+ + 12e- = 4Al
总反应：2Al2O3(熔融) === 4Al + 3O2 ↑
【讲解】在生产的过程中加入了冰晶石------助溶剂：冰晶石(Na3AlF6 六氟合铝酸钠)降低Al2O3的熔点
【课堂小结】
【板书设计】