第四章第二节第一课时 《电解原理》教学设计 一、课标解读 1.内容要求 ①认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 ②了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 2.学业要求 能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。 二、教材分析 《电解原理》将带领学生进一步认识化学变化所遵循的基本原理，初步形成关于物 质变化的科学观念。在了解化学反应中能量转化所遵循的规律的基础上，赞赏运用化学 反应原理对科学技术和人类社会文明所起的重要作用。同时基于电解池原型建构电化学 认知模型，基于认知模型认识更多、更复杂的电解池装置，分析、解决电化学真实问题， 理解物质变化和能量转化，发展“证据推理与模型认知”的素养。 化学反应中，化学能与其他形式的能量可以相互转化并遵循能量守恒定律。化学能 与电能的直接转化需要通过氧化还原反应在一定的装置中才能实现，电解池是将电能转 化为化学能的装置。《电解原理》在人教版旧教材中位于选修4第四章第三节，在人教 版新教材中位于选择性必修1第四章第二节。与旧教材相比，新教材有如下变化： 1.深入分析CuC2溶液的电解实验 新教材中保留了CuC2溶液的电解实验，并更细致深入地分析了其原理。 ①描述现象：新教材对现象的描述为“与直流电源负极相连的石墨棒上逐渐覆盖一 层红色的铜，与电源正极相连的石墨棒上有气泡产生，湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色”， 将“阴极阳极”的概念后移至原理分析中。 ②得出结论：新教材删去了CuC2溶液在电流的作用下发生了化学变化，分解生 成了Cu和C2”,改为CuCl2溶液在通电条件下生成了Cu和C2”,更贴近实验事实， 更符合学生的认知。 ③分析原理：新教材依次分析了通电前后水溶液中CuC12的行为。以通电后Cu2 和C迁移方向为学生展示了离子导体的分析思路。 2.强化对电解原理的认识 在分析电解池的工作原理时，新教材删去了关于“该实验中电解质溶液的导电过程， 就是电解质溶液的电解过程”的表述，增加了“上述过程可以看作外接电源提供的电能， 借助电解池将还原剂（如CI)的电子转移给了氧化剂（如Cu2)”。增加了“思考与讨 论”环节，带领学生建构模型并提升对模型的认识。增加了“方法导引”，启发学生不仅 要重视分析电解池、原电池的区别，也要重视电解池、原电池的联系，即两个装置的电
第四章 第二节 第一课时 《电解原理》教学设计 一、课标解读 1．内容要求 ①认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 ②了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 2．学业要求 能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。 二、教材分析 《电解原理》将带领学生进一步认识化学变化所遵循的基本原理，初步形成关于物 质变化的科学观念。在了解化学反应中能量转化所遵循的规律的基础上，赞赏运用化学 反应原理对科学技术和人类社会文明所起的重要作用。同时基于电解池原型建构电化学 认知模型，基于认知模型认识更多、更复杂的电解池装置，分析、解决电化学真实问题， 理解物质变化和能量转化，发展“证据推理与模型认知”的素养。 化学反应中，化学能与其他形式的能量可以相互转化并遵循能量守恒定律。化学能 与电能的直接转化需要通过氧化还原反应在一定的装置中才能实现，电解池是将电能转 化为化学能的装置。《电解原理》在人教版旧教材中位于选修 4 第四章第三节，在人教 版新教材中位于选择性必修 1 第四章第二节。与旧教材相比，新教材有如下变化： 1．深入分析 CuCl2溶液的电解实验 新教材中保留了 CuCl2溶液的电解实验，并更细致深入地分析了其原理。 ①描述现象：新教材对现象的描述为“与直流电源负极相连的石墨棒上逐渐覆盖一 层红色的铜，与电源正极相连的石墨棒上有气泡产生，湿润的碘化钾淀粉试纸变成蓝色”， 将“阴极阳极”的概念后移至原理分析中。 ②得出结论：新教材删去了“CuCl2 溶液在电流的作用下发生了化学变化，分解生 成了 Cu 和 Cl2”，改为“CuCl2溶液在通电条件下生成了 Cu 和 Cl2”，更贴近实验事实， 更符合学生的认知。 ③分析原理：新教材依次分析了通电前后水溶液中 CuCl2的行为。以通电后 Cu 2＋ 和 Cl－迁移方向为学生展示了离子导体的分析思路。 2．强化对电解原理的认识 在分析电解池的工作原理时，新教材删去了关于“该实验中电解质溶液的导电过程， 就是电解质溶液的电解过程”的表述，增加了“上述过程可以看作外接电源提供的电能， 借助电解池将还原剂（如 Cl－）的电子转移给了氧化剂（如 Cu 2＋）”。增加了“思考与讨 论”环节，带领学生建构模型并提升对模型的认识。增加了“方法导引”，启发学生不仅 要重视分析电解池、原电池的区别，也要重视电解池、原电池的联系，即两个装置的电
化学基础都是氧化反应和还原反应，进一步发展学生的认识。 3.聚焦于电解原理 新教材删去了“我们不仅可以用电解法分解CuC2,还可以用此法分解许多难以分 解的物质，生产许多化工产品..”及“电解法是最强有力的氧化还原手段”等相关内容， 引导学生关注电解原理，为下一节“电解原理的应用打好基础。 电解池以发生在电子导体与离子导体接触界面上的氧化还原反应为基础。由以上分 析可知，新教材强调构成电化学体系的基本要素，即电极反应、电极材料、离子导体、 电子导体，重视对电化学过程的系统分析思路，力求提高学生对电化学本质的认识。 三、学情分析 通过前面章节的学习，学生已经掌握了原电池的工作原理及电极反应式的书写，建 立了原电池的认知模型，对陌生原电池装置有一定的分析思路和方法，但对于电能与化 学能的转化方式及离子的放电顺序等还存在认知局限。 四、素养目标 【教学目标】 1.了解电解、电解池的概念，认识电解是电能转化为化学能的一种重要形式： 2.形成系统分析电解池的一般思路和方法，能初步设计简单的电解池： 3.初步了解在电解过程中，粒子的放电顺序与其氧化性、还原性的关系，能解释或预 测电解反应的产物，并能用电极反应和总反应进行表征。 【评价目标】 1.通过对电解池工作原理的讨论和电极反应式及总反应式的书写，诊断学生对电解及 电解池的掌握程度： 2.通过对陌生电解池的组成、结构及工作原理的分析，诊断并发生学生的证据推理与 模型认知的素养。 五、教学重点、难点 教学重点：电解原理：电极反应的分析与表征 难点：电解池思维模型的建构：离子的放电顺序 六、教学方法 建立模型 交流合作 认识模型 教法 学法 演绎推理 应用模型 电解原理 总结归纳 评价模型 七、教学思路
化学基础都是氧化反应和还原反应，进一步发展学生的认识。 3．聚焦于电解原理 新教材删去了“我们不仅可以用电解法分解 CuCl2，还可以用此法分解许多难以分 解的物质，生产许多化工产品……”及“电解法是最强有力的氧化还原手段”等相关内容， 引导学生关注电解原理，为下一节“电解原理的应用”打好基础。 电解池以发生在电子导体与离子导体接触界面上的氧化还原反应为基础。由以上分 析可知，新教材强调构成电化学体系的基本要素，即电极反应、电极材料、离子导体、 电子导体，重视对电化学过程的系统分析思路，力求提高学生对电化学本质的认识。 三、学情分析 通过前面章节的学习，学生已经掌握了原电池的工作原理及电极反应式的书写，建 立了原电池的认知模型，对陌生原电池装置有一定的分析思路和方法，但对于电能与化 学能的转化方式及离子的放电顺序等还存在认知局限。 四、素养目标 【教学目标】 1．了解电解、电解池的概念，认识电解是电能转化为化学能的一种重要形式； 2．形成系统分析电解池的一般思路和方法，能初步设计简单的电解池； 3．初步了解在电解过程中，粒子的放电顺序与其氧化性、还原性的关系，能解释或预 测电解反应的产物，并能用电极反应和总反应进行表征。 【评价目标】 1．通过对电解池工作原理的讨论和电极反应式及总反应式的书写，诊断学生对电解及 电解池的掌握程度； 2．通过对陌生电解池的组成、结构及工作原理的分析，诊断并发生学生的证据推理与 模型认知的素养。 五、教学重点、难点 教学重点：电解原理；电极反应的分析与表征 难点：电解池思维模型的建构；离子的放电顺序 六、教学方法 七、教学思路
电解原理 教学目标 教学环节 设计意图 素养水平 建立模型 氯化铜溶液的电解 初步认识电解原理 水平2 修正模型 氯化铜溶液的电解再探究 深入认识电解原理 水平2 应用模型 电解水实验 用电解原理解释实验现象 水平2 评价模型 原电池与电解池 形成电化学的系统认识思路 水平3 八、教学过程 环节 教师活动 学生活动 【教师引导】电解一词对大家来说并不陌生，初中时， 我们学习了通过电解水实验探究水的组成，在必修二 课堂引入 思考 中我们知道了一些非常活泼的金属需要通过电解法治 炼。什么是电解呢？ 【教师演示】电解氯化铜溶液 这是氯化铜溶液的电解装置，包括直流电源、导线、 两个石墨棒和氯化铜溶液，一个石墨棒通过导线连接 到电源的正极，另一个石墨棒通过导线连接到电源的 负极。请大家观看视频，并描述实验现象。 【教师引导】分析氯化铜溶液的电解实验 从视频中我们可以看出，通电之后与直流电源正极相 连的石墨棒上有气泡产生，与直流电源负极相连的石 聆听 墨棒上覆盖了一层红色物质，当老师打开装置时，还 观察实验现象 建立模型 闻到了一股刺激性的气味。这个有刺激性气味的气体 分析电解原理 是什么呢？红色物质又是什么呢？通电之后，氯化铜 建立模型 溶液发生了怎样的变化呢？ 在解答这些问题之前，我们先来研究一下氯化铜溶液 的组成。通电前，溶液中有哪些离子呢？铜离子、氯 离子、氢离子、氢氧根离子。 这些离子是怎样产生的呢？氯化铜在水分子的作用下 发生电离，形成自由移动的铜离子和氯离子，水是 种极弱的电解质，能发生微弱的电离，形成自由移动
八、教学过程 环节 教师活动 学生活动 课堂引入 【教师引导】电解一词对大家来说并不陌生，初中时， 我们学习了通过电解水实验探究水的组成，在必修二 中我们知道了一些非常活泼的金属需要通过电解法冶 炼。什么是电解呢？ 思考 建立模型 【教师演示】电解氯化铜溶液 这是氯化铜溶液的电解装置，包括直流电源、导线、 两个石墨棒和氯化铜溶液，一个石墨棒通过导线连接 到电源的正极，另一个石墨棒通过导线连接到电源的 负极。请大家观看视频，并描述实验现象。 【教师引导】分析氯化铜溶液的电解实验 从视频中我们可以看出，通电之后与直流电源正极相 连的石墨棒上有气泡产生，与直流电源负极相连的石 墨棒上覆盖了一层红色物质，当老师打开装置时，还 闻到了一股刺激性的气味。这个有刺激性气味的气体 是什么呢？红色物质又是什么呢？通电之后，氯化铜 溶液发生了怎样的变化呢？ 在解答这些问题之前，我们先来研究一下氯化铜溶液 的组成。通电前，溶液中有哪些离子呢？铜离子、氯 离子、氢离子、氢氧根离子。 这些离子是怎样产生的呢？氯化铜在水分子的作用下 发生电离，形成自由移动的铜离子和氯离子，水是一 种极弱的电解质，能发生微弱的电离，形成自由移动 聆听 观察实验现象 分析电解原理 建立模型
的氢离子和氢氧根离子。通电是否改变了这些离子的 行为呢？石墨棒上的产物分别是什么呢？ 根据溶液中存在的离子我们可以得知，红色物质应该 是铜单质，有刺激性气味的气体可能是氯气，如何验 证氯气这种气体是不是氯气呢？ 必修一中我们学习过可以用湿润的碘化钾淀粉试纸检 验是否生成了氯气，本实验中是否产生了氯气呢？我 们一起来看一下。 从实验中我们发现，试纸变成了蓝色，说明生成的气 体为氯气。 两个石墨棒上的不同产物说明了通电确实对氯化铜溶 液中的离子产生了影响，溶液中的离子不再是自由移 动，大家能否根据石墨棒上的产物推测通电后这些离 子的运动方向呢？ 通电后，铜离子向着与直流电源负极相连的石墨棒迁 移，氯离子向着与直流电源正极相连的石墨棒迁移。 石墨棒上分别发生的是什么反应呢？ 铜离子在与直流电源负极相连的石墨棒上转变为铜单 质，发生的是还原反应，氯离子在与直流电源正极相 连的石墨棒上转变为氯气，发生的是氧化反应。电化 学中规定：发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的 为阴极。即铜离子在阴极得电子发生还原反应，氯离 子在阳极失电子发生氧化反应。 在电流的作用下，氧化反应和还原反应分开在两个区 域内进行，我们把这个过程叫做电解。即使电流通过 电解质溶液（或熔融电解质）而在阳极、阴极引起氧 化还原反应的过程。把实现这种把电能转化为化学能 的装置叫做电解池，也称电解槽。 氢离子、氢氧根离子如何运动呢？ 氢离子与铜离子类似，都是阳离子，向阴极迁移，氢 氧根离子与氯离子类似，都是阴离子，向阳极迁移。 【教师引导】建立电解池模型 请大家根据刚才的分析过程，绘制出氯化铜溶液的电 解装置示意图，并标明电极名称、电子的运动方向、 阴离子和阳离子的迁移方向、阴极和阳极的电极反应
的氢离子和氢氧根离子。通电是否改变了这些离子的 行为呢？石墨棒上的产物分别是什么呢？ 根据溶液中存在的离子我们可以得知，红色物质应该 是铜单质，有刺激性气味的气体可能是氯气，如何验 证氯气这种气体是不是氯气呢？ 必修一中我们学习过可以用湿润的碘化钾淀粉试纸检 验是否生成了氯气，本实验中是否产生了氯气呢？我 们一起来看一下。 从实验中我们发现，试纸变成了蓝色，说明生成的气 体为氯气。 两个石墨棒上的不同产物说明了通电确实对氯化铜溶 液中的离子产生了影响，溶液中的离子不再是自由移 动，大家能否根据石墨棒上的产物推测通电后这些离 子的运动方向呢？ 通电后，铜离子向着与直流电源负极相连的石墨棒迁 移，氯离子向着与直流电源正极相连的石墨棒迁移。 石墨棒上分别发生的是什么反应呢？ 铜离子在与直流电源负极相连的石墨棒上转变为铜单 质，发生的是还原反应，氯离子在与直流电源正极相 连的石墨棒上转变为氯气，发生的是氧化反应。电化 学中规定：发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的 为阴极。即铜离子在阴极得电子发生还原反应，氯离 子在阳极失电子发生氧化反应。 在电流的作用下，氧化反应和还原反应分开在两个区 域内进行，我们把这个过程叫做电解。即使电流通过 电解质溶液（或熔融电解质）而在阳极、阴极引起氧 化还原反应的过程。把实现这种把电能转化为化学能 的装置叫做电解池，也称电解槽。 氢离子、氢氧根离子如何运动呢？ 氢离子与铜离子类似，都是阳离子，向阴极迁移，氢 氧根离子与氯离子类似，都是阴离子，向阳极迁移。 【教师引导】建立电解池模型 请大家根据刚才的分析过程，绘制出氯化铜溶液的电 解装置示意图，并标明电极名称、电子的运动方向、 阴离子和阳离子的迁移方向、阴极和阳极的电极反应
式及总反应方程式。 我们一起来梳理一下氯化铜溶液的电解。 氯化铜溶液中存在着自由移动的铜离子和氯离子，当 接入直流电源后，电子从直流电源的负极流出，沿着 导线到达阴极，铜离子和氢离子向着阴极迁移，铜离 子在阴极得电子，氯离子和氢氧根离子向着阳极迁移， 氯离子在阳极失电子，电子沿着石墨电极和导线流回 电源的正极。 把阴极还原反应的电极反应式和阳极氧化反应的电极 反应式相加，即可得到电解氯化铜溶液的总反应方程 式，也可看作是外接电源提供的电能，借助电解池将 氯离子的电子转移给了铜离子。 请大家根据刚才对氯化铜溶液电解的分析，绘制出反 应电解池工作原理的示意图。示意图要包含以下内容： 电解池的组成、氧化反应和还原反应发生的区域、电 子的运动方向、阴离子和阳离子的迁移方向。 电解池包括构成阴极和阳极的电极材料，及发生在阴 阳极上的电极反应，阴极发生还原反应，阳极发生氧 化反应，还有溶液中定向移动的离子构成的离子导体， 阳离子向阴极移动，阴极子向阳极移动，及在电极材 料和导线中定向移动的电子构成的电子导体，电子从 电源的负极流出达到阴极，又从阳极流回电源的正极。 【教师讲解】氯化铜溶液的电解再探究 氯化铜溶液中存在着自由移动的铜离子、氯离子、氢 离子和氢氧根离子，铜离子和氢离子都向着阴极移动， 为什么是铜离子得电子呢？这体现着铜离子和氢离子 什么性质的差异呢？ 得电子能力与微粒的氧化性强弱息息相关，在之前的 修正模型 学习中我们知道，氢气的还原性强于单质铜，所以铜 认识电解池模型 离子的氧化性强于氢离子，所以铜离子先得电子。 能否依据电极产物推测离子氧化性或还原性的强弱顺 序呢？ 以向阳极迁移的离子为例，氯离子和氢氧根离子都向 阳极迁移，氯离子失电子发生了氧化反应，生成了产 物氯气，说明氯离子的还原性强于氢氧根离子
式及总反应方程式。 我们一起来梳理一下氯化铜溶液的电解。 氯化铜溶液中存在着自由移动的铜离子和氯离子，当 接入直流电源后，电子从直流电源的负极流出，沿着 导线到达阴极，铜离子和氢离子向着阴极迁移，铜离 子在阴极得电子，氯离子和氢氧根离子向着阳极迁移， 氯离子在阳极失电子，电子沿着石墨电极和导线流回 电源的正极。 把阴极还原反应的电极反应式和阳极氧化反应的电极 反应式相加，即可得到电解氯化铜溶液的总反应方程 式，也可看作是外接电源提供的电能，借助电解池将 氯离子的电子转移给了铜离子。 请大家根据刚才对氯化铜溶液电解的分析，绘制出反 应电解池工作原理的示意图。示意图要包含以下内容： 电解池的组成、氧化反应和还原反应发生的区域、电 子的运动方向、阴离子和阳离子的迁移方向。 电解池包括构成阴极和阳极的电极材料，及发生在阴 阳极上的电极反应，阴极发生还原反应，阳极发生氧 化反应，还有溶液中定向移动的离子构成的离子导体， 阳离子向阴极移动，阴极子向阳极移动，及在电极材 料和导线中定向移动的电子构成的电子导体，电子从 电源的负极流出达到阴极，又从阳极流回电源的正极。 修正模型 【教师讲解】氯化铜溶液的电解再探究 氯化铜溶液中存在着自由移动的铜离子、氯离子、氢 离子和氢氧根离子，铜离子和氢离子都向着阴极移动， 为什么是铜离子得电子呢？这体现着铜离子和氢离子 什么性质的差异呢？ 得电子能力与微粒的氧化性强弱息息相关，在之前的 学习中我们知道，氢气的还原性强于单质铜，所以铜 离子的氧化性强于氢离子，所以铜离子先得电子。 能否依据电极产物推测离子氧化性或还原性的强弱顺 序呢？ 以向阳极迁移的离子为例，氯离子和氢氧根离子都向 阳极迁移，氯离子失电子发生了氧化反应，生成了产 物氯气，说明氯离子的还原性强于氢氧根离子。 认识电解池模型