高中化学原电池教学设计

这是一份高中化学原电池教学设计，共6页。教案主要包含了基于核心素养的教学目标，教学重难点，教学过程，电解原理等内容，欢迎下载使用。
指导思想和理论依据
《义务教育化学标准2022版》强调：要以学科大概念为核心，使课程内容结构化；要以主题为引领，时课程内容情境化，开展以化学实验为主的多样化学科活动，激发学生学习的兴趣，促进学习方式的改变，培养学生创新精神和实践能力。使每个学生化学学科素养得到不同程度的发展，本节课以此为指导贯穿整个教学中。
本节在教材中的地位和作用
电解原理是化学反应原理中要求层级较高的内容，它以氧化还原反应、离子反应、原电池、水溶液中的离子平衡作为基础，同时是对化学反应中的能量变化，化学反应进行的方向等相关知识的应用与提高。同时有关电解这一块的教学把理论研究和实验探究都放到了十分重要的位置。在原电池的学习中已经知道了导线中电子由负极流向正极，而溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，从而形成闭合回路产生电流，实现化学能向电能的转化。而通过电解池的学习，可以进一步丰富学生对能量转化形式、能量转化途径和条件的认识，拓展对化学反应与能量转化的认识。
发展学生的“模型认知”素养，要求学生能够搜集相关证据，对模型和原型的关系进行评价并改进模型，对复杂的化学问题中的关键要素进行分析以建构相应的模型，并利用模型综合解释和解决复杂的化学问题。就电解池而言，电能向化学能转化需要借助一定的装置才能实现，其本质也是氧化还原反应，可以从原理、装置、过程等角度来分析和把握电解池的关键要素及其各要素之间的内在关系。电解池一般模型的建立，可以引领学生把握电解池相关知识内在的逻辑关系，为解决电解池相关问题提供思考框架，有助于帮助学生形成解决电解池问题的一般思路和方法。
电解的原理是学习电解应用的基础，电解应用是对电解原理的内化和提升，也是与原电池相结合对电化学知识从装置、电极反应、能量变化、自发非自发进行对比梳理的前提，因此教材在本节最后安排了原电池和电解池的比较。电化学知识综合应用于解决实际问题，在电解理论、规律学习完成之后成为可能，因此整个单元可以在最后加设一节电化学综合应用的内容，从解决实际问题的角度开拓学生视野、丰富知识外延。
学情分析
必修1中学习了氧化还原反应有关知识，知道如何判断一个氧化还原反应能否发生，掌握了氧化剂、还原剂的相互关系以及氧化还原反应中的电子转移等知识。必修2元素周期律的学习，对金属阳离子和非金属阴离子得失电子难易程度进行了归纳总结，对离子的反应顺序有了初步的认识。必修2、选修4原电池的学习让学生对自发进行的氧化还原反应有了更加深刻的理解，对于氧化还原反应和原电池电极反应之间的关系比较熟悉，但对从微观的角度思考电极放电过程还比较生疏。对于电极反应方程式的书写，学生记住了典型原电池的电极反应，但对于相对比较复杂的情形困难较大，尤其判断参加电极反应的微粒顺序的问题较为陌生（对理解放电顺序有铺垫作用）。
初中化学中介绍了电解水的装置，必修2中也介绍了电解法制取铝、钠等活泼金属，对电解的知识也有了一定的了解。但由于电解的概念多、理论性强，特别是原电池和电解池装置学生也易将二者混淆，它们对应的电子和离子的移动方向、电极反应等分辨不清楚。因此，通过复习电解水，分析用惰性电极电解 CuCl2溶液、电解NaCl溶液的过程帮助学生建构电解池的核心概念。
四、基于核心素养的教学目标
1、宏观辨识与微观探析：
通过对电解水的电解过程的分析，了解电解池的概念，认识电解是电能转化为化学能的一种重要形式。初步了解在电解过程中，粒子的放电顺序与其氧化性、还原性关系，能解释或推测电解反应的产物，并能用电极反应和总反应进行表征。
2、证据推理与模型认知：
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、科学探究与创新意识
通过学生设计的微型化实验和教师的演示改进实验装置，辅助学生探究离子放电顺序，找出电解规律。
4、科学态度与社会责任：
分析电解水、氯化铜溶液、饱和食盐水、硫酸钠溶液的反应原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用，体会电解对人类社会进步的重要贡献。
五、教学重难点
重点：电解原理分析 电极反应方程式书写
难点：两极放电顺序分析
教学流程
问题主线
寻找空间站电解水制备氧气的合适的离子导体氧？
构建模型：
电解池工作原理
研究模型：
电解池离子放电顺序？
运用模型：
空间站电解水合适的离子导体？
证据推理模型认知
宏观辨识微观探析
科学探究
创新意识
六、教学过程
教学过程
学生活动
设计意图
[引入]回顾神州系列发射成功，引发学生思考航天员在太空生活几个月之久，他们需要的氧气从何而来。引出电解水是空间站提供氧气的重要方法，那么什么是电解，电解池又是什么装置呢？它与原电池有什么区别呢？
学生思考宇航员呼吸用的氧气从何而来
激发学生的学习兴趣，体现科学态度与社会责任的化学学科素养
[科学探究]
回顾熟悉的实验用石墨电极电解水，要求学生观察实验现象的同时，注意观察电解装置的特点，与之前的原电池作比较。
学生观察熟悉的电解水装置，从而联想到要学习的电解池装置的构成
从个别到一般，为学生建立电解池模型，体现了模型认知的化学学科素养
[讲解]由电解水引入电解池模型，指出与电源正极相连的电极为阳极，与电源负极相连的电极为阴极。
[宏观辨识]宏观现象：
阳极产生有使木条燃烧更旺的气体，阴极产生可以燃烧的气体，火焰呈淡蓝色。
[微观探析]：
通电前：溶液中有自由移动的H+、OH-
通电后：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；
由现象可知，阴极4H2O+4e-=2H2↑+4OH-，
阳极2H2O-4e-=O2↑+4H+，
总反应为电解水
学生观察实验现象如下：
思考电解池装置的特点。
利用熟悉的电解池装置，培养学生从个别到一般，为建立电解池模型做铺垫。
[板书]一、电解原理
电解：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。
电解池：把电能直接转化为化学能的装置。
电解原理示意图
[模型认知]总结电解池的四要素：直流电源、两个电极、电解质溶液、闭合回路。
【过渡】通过资料卡片展示水的电离是很微弱的，利用纯水做电解质明显不能满足空间站氧气的需求，从而引出探究向水中加什么电解质可以加快电解反应而又不改变总反应。
离子放电顺序：
[科学探究]教师提供实验药品和仪器，学生设计微型化实验，并利用微型化实验，分别电解氯化铜、氯化钠、硫酸铜溶液来探究离子的放电顺序。
电解氯化铜溶液
[宏观辨识]：阳极产生有刺激性气味的气体，气体能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。阴极产生红色固体物质。
[微观探析]：
通电前：溶液中有自由的Cu2+、Cl-、H+、OH-
通电后：阳离子去阴极，阴离子去阳极；
[证据推理]由现象可知，
阴极：Cu2++2e-=Cu，放电顺序是Cu2+>H+。
阳极：2Cl--2e-=Cl2，放电顺序是Cl->OH-。
（2）电解氯化钠溶液：
[宏观辨识]：阳极产生有刺激性气味的气体，气体能使pH试纸外圈变红内圈变白，阴极产生气体，pH试纸变蓝。
[微观探析]：
通电前：溶液中有自由的Na+、Cl-、H+、OH-
通电后：阳离子去阴极，阴离子去阳极；
[证据推理]由现象可知，
阴极-4H2O+4e-=2H2↑+4OH-，放电顺序是H+>Na+。
阳极-2Cl--2e-=Cl2，放电顺序是Cl->OH-。
（3）电解硫酸铜溶液：
[宏观辨识]：阳极产生气体， pH试纸变红，阴极产生红色固体
[微观探析]：
通电前：溶液中有自由的Cu2+、SO42-、H+、OH-
通电后：阳离子去阴极，阴离子去阳极；
[证据推理]由现象可知，
阴极- Cu2++2e-=Cu，放电顺序是Cu2+>H。
阳极2H2O-4e-=O2↑+4H+放电顺序是OH-> SO42-。
【模型认知】根据已经找出的几组离子的放电顺序，总结所有离子的放电顺序。
阳极放电顺序即还原性顺序：

阴极放电顺序即氧化性顺序：
[过渡]我们知道了离子在溶液中有一定的放电顺序，那么根据规律我们如何寻找空间站电解水合适的电解质呢？
【科学探究】之前的学生微型实验无法收集到气体，于是教师展示改进实验装置，带离子交换膜的电池。

[讲解]利用网络我们查询到俄罗斯和中国利用电解水制备氧气所使用的不同的电解质材料，并介绍空间站循环系统，解释课前引课提出的问题。
【课堂小结】
学生陷入思考，探究放电顺序
学生结合老师给出的实验仪器，设计微型化实验，完成离子放电顺序的探究。
学生通过老师的讲解认识到放电顺序的推导过程。
学生利用数轴将放电顺序重新作梳理，得出不同电解质用惰性电极电解时的规律，自行发现电解水可以添加的电解质。
学生观察实验，验证自己的猜想。
学生倾听，积极思考，通过本节课的学习，可以解决课前提出的问题，学以致用。
为后面探究放电顺序做铺垫。
通过探索放电顺序，重走科学家的探索之路，培养科学探究，证据推理与模型认知的化学学科素养。
首尾呼应，主线清晰，利用课堂所学解决实际问题，从而增强学生的知识获取感和成就感。