电解原理的应用教学设计_“电解”多媒体教学设计片段
时间：2019-02-05 03:27:31 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
文章编号：1005－6629(2008)05－0042－02中图分类号：G633.8 文献标识码：B 1利用动画模拟认识电解熔融氯化钠的有关知识，进而学习电解基本原理
［交流・研讨］―初识电解
工业上可以用电解熔融氯化钠的方法生产金属钠，右图为该法的装置示意图。容器中盛有熔融的氯化钠，两侧均插入石墨片作为电极，两个电极分别与电源的正极和负极相连。
［引导讨论］
1.接通电源前，熔融的氯化钠中有哪些离子？这些离子的运动情况怎样？
2.接通电源后，熔融氯化钠中Na+和Cl-各向哪个方向移动？
3.接通电源后，外电路上的电流方向怎样？
4.移动到两电极表面的Na+和Cl-将怎样变化？
［微观模拟］
由于我们实验室无条件做这个实验，我们借助于多媒体动画来模拟上述四个微观动作。注意：使用平面图，可以不展示工业生产的装置，简单的学习基本的原理，这样便于接受。
［学生活动］观察模拟后，小组讨论，然后派代表汇报讨论结果。
1.通电前，氯化钠在熔融状态下发生电离，生成自由移动的钠离子和氯离子，此时钠离子和氯离子做杂乱无章的热运动。通电后，在电场的作用下，钠离子和氯离子作定向移动，其中钠离子移向a极(与电源负极相连的电极)，氯离子移向b极(与电源正极相连的电极)。
2.在闭合回路中，电流从电源的正极流向负极，而电子从电源的负极流向正极。因此，在整个电解装置中，电子从电源的负极流向a极，Na+在a极得电子，发生还原反应；电子从b极流向电源的正极，Cl-在b极失去电子，发生氧化反应。因此，在a极，钠离子得电子生成金属：Na++e-→Na；在b极，氯离子失电子被氧化为氯原子，两个氯原子结合成Cl2：2Cl-→Cl2↑+2e-。
［教师活动］展示电解熔融氯化钠，分析用幻灯片，由学生填写，加深记忆。进而师生共同总结归纳电解原理。
2活动探究和动画模拟相结合学习电解氯化铜溶液，研究离子的放电顺序
［活动探究］如右图所示，在U型管中用惰性电极(石墨)电解氯化铜溶液。用湿润的淀粉碘化钾试纸检验阳极生成的产物。
［激疑］请大家在进行实验前思考下列问题：
1.接通电源前，CuCl2溶液中有哪些离子？
2.接通电源后，CuCl2溶液中的这些离子在电场的作用下分别向哪个电极移动？
3.这些离子在电极上可能发生什么反应？请写出相应的电极反应式。
［学生活动］讨论，分析，预测并解答问题
1.在氯化铜溶液中，氯化铜会发生电离，生成铜离子和氯离子，水也会发生微弱的电离生成氢离子和氢氧根离子。在电场的作用下，铜离子和氢离子向阴极移动，氯离子和氢氧根离子向阳极移动。
2.在阴极可能发生如下反应：Cu2++2e-→Cu、2H++2e-→H2↑
在阳极可能发生如下反应：2Cl-→Cl2↑+2e-、4OH-→2H2O+O2↑+4e-(OH-的放电，学生书写可能有难度，应加以指导)
［引导］请学生根据可能发生的电极反应式，推测实验可能出现的现象，然后分组进行实验，有目的地去观察实验现象。
［学生活动］分组进行电解氯化铜的实验，用湿润的淀粉碘化钾试纸检验阳极生成的产物。
观察实验现象，在此基础上得出实验结论。
实验现象：阴极的石墨棒上有红色的铜析出，阳极石墨棒附近的湿润淀粉碘化钾试纸变蓝。
实验结论：在阴极，铜离子发生反应的能力强于氢离子，生成了铜单质；在阳极，氯离子发生反应的能力强于氢氧根离子，生成了氯气。
［微观模拟］为了帮助学生加深对这个反应的认识，我们从微观离子的角度再观察一遍，进行电脑动画模拟过程。
［思考］从刚才对实验现象和预测现象的对比，我们发现了一个问题，当一个电极周围存在多种可能放电的离子时，不是大家共同放电，而往往只有一种离子放电？你认为放电能力与什么因素有关？(物质在电解池的阴、阳两极发生反应的过程叫放电。)
发现问题，激疑，使学生学习情绪持续高张。
［学会讨论后总结］物质在阴极发生反应，本质上是得电子，发生还原反应的过程，因此，物质的氧化性越强，越易发生反应，如铜离子的氧化性强于氢离子，因此放电能力为Cu2+>H+。物质在阳极发生反应，本质上是失电子，发生氧化反应的过程，因此物质的还原性越强，越易发生反应，如氯离子的还原性强于氢氧根离子，因此放电能力为Cl->OH-。
目的：学生预测现象和实验真实现象的鲜明对比会激发学生学习的兴趣和热情，这正是突破思维钝点的好时机，教师要善于抓住学习中出现的细小机会，使学生综合能力得到训练和提高。
3巧用动画模拟突破阴极产物判断的教学难点，探究电解饱和食盐水
［活动探究］用石墨电极电解饱和食盐水。
按右图所示安装仪器，电极材料为石墨，电解质溶液为加有酚酞的饱和食盐水。
1.接通电源，观察电极表面出现的现象，根据你已学的化学知识，设法检验两极附近溶液的变化并判断气体产物。
2.判断阴极和阳极，写出电极反应式和电解反应的化学方程式。
电解饱和食盐水是氯碱工业的基础，氯碱工业的产品―烧碱和氯气是应用很广的重要化工原料。在实验前请大家交流讨论下列问题：
1.请你分析饱和食盐水中可能存在哪些离子，在电场中它们的移动方向如何，可能发生的电极反应是什么？
2.分别写出阴极和阳极的电极反应式。
［学生讨论分析］1.Na+、H+移向阴极，Cl-、OH-移向阳极，由得失电子顺序，可知阴极反应为：2H++2e-→H2↑，阳极反应为：2Cl-→Cl2+2e-。
［学生活动］预测现象。
教师应注意引导学生从OH-的来源和离子的移动方向进行双向分析。
第一种可能：阴极区有无色无味的气体；阳极区溶液变红色，阳极区有黄绿色的气体生成，且生成的气体可以使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。
第二种可能：阴极区有无色无味的气体，且阴极区溶液变红色；阳极区有黄绿色的气体生成，且生成的气体可以使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。
注意：大部分学生会认为第一种可能是正确的，教师要有效的抓住时机激发学生学习的兴趣。
［学生活动］动手实验和交流分析现象。
展示现象：阴极区有无色无味的气体，且阴极区溶液变红色；阳极区有黄绿色的气体生成，且生成的气体可以以使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。
结论：有NaOH、H2和氯气生成。
［追问］第二种预测是正确的，为什么呢？
离子交换膜法电解原理示意图
此处进行动画模拟，然后由学生分析，进而进行师生总结。
［师生总结］在饱和食盐水中，阳离子Na+和水电离出的H+移向阴极，H+在阴极上发生还原反应：2H++2e-→H2↑；而阴离子Cl-和水电离出的OH-移向阴极，Cl-在阳极上发生氧化反应：2Cl-→Cl2+2e-。在电解过程中，由于阴极区H+浓度变小，水的电离平衡向生成H+和OH-的方向移动，随着H+不断变为氢原子并最终形成氢气逸出 ， 使阴极区溶液中的OH-越来越多。如果设法用隔膜阻止OH-移向阳极，则氢氧化钠可以在阴极附近的溶液中富集，由阴极溶液可以得到烧碱，这就是电解食盐水制备烧碱的原理。电解食盐水还可以得到另外两种重要的化工产品――氯气和氢气。
电解食盐水的总反应为：2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
［设疑］在实际电解饱和食盐水时，电解池的阴极区和阳极区用阳离子交换膜隔开，使得阴极区的OH-不能进入阳极区。电解饱和食盐水时为什么要阻止阴极区的OH-进入阳极区？
［学生讨论后小结］电解过程中，在电场的作用下，阳离子向阴极移动，而阴离子向阳极移动。由于在阳极氯离子失去电子生成氯气，若不采取措施，氢氧根离子会向阳极移动，从而与氯气发生反应，既减少了氯气的产量，又会使得到氢氧化钠不纯。因此，必须阻止氢氧根离子向阳极移动。
［教师进一步阐释］目前，常用的隔膜有石棉隔膜和阳离子交换膜。石棉隔膜能阻止气体通过，但允许水分子及离子通过。由于氢氧根离子能透过隔膜，因此氯气会与氢氧根发生反应，导致制得的氢氧化钠不纯。而阳离子交换膜只允许阳离子通过，而不允许阴离子及气体通过，也就是说，只允许钠离子通过，氯离子、氢氧根离子和氢气、氯气都不能通过。这样既可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气相混合在一定条件下引起爆炸，又能避免氯气与氢氧化钠作用生成次氯酸钠而影响烧碱的质量。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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