师：同学们，今天我们一起来学习人教版高二化学选择性必修一第四章实验活动四——简单的电镀实验。通过本节课学习，我们要达成两个目标：一是了解电镀原理，加深对构成电解池四个要素及电解池工作原理的认识；二是通过设计实验装置，分析提炼实际应用中的关键要素，提升系统分析能力。
生活中，耐用的水龙头、五金工具，实验室的耐腐蚀坩埚钳，好看的 U 盘等，都是电镀制品。那么电镀是怎样的工艺，又有何作用呢？我们边思考这些问题，边观看视频。
（播放视频）
师：通过视频，我们知道电镀是应用电解原理在金属或其他材料表面镀上一薄层其他金属或合金的方法，目的是增强金属抗腐蚀能力与表面硬度，增加美观。我们已学过电解，请同学们回忆构成电解池的要素和电解原理是什么？
生：电解是电流通过电解质溶液，在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。构成电解池需要外加直流电源、阴阳两极、电解质溶液或熔融的电解质，并形成闭合回路。
师：请根据上述要素，画出电解池工作原理示意图。注意要注明电解池组成、标明氧化还原反应发生区域、标明电子运动方向和阴离子、阳离子迁移方向。给同学们 5 分钟时间完成。
（5 分钟后）
师：时间到，我们一起来梳理电解池装置。示意图如下，电解池工作原理是电子从直流电源负极流向正极，溶液中的阳离子在阴极得电子发生还原反应，活性电极阳极或溶液中的阴离子失电子发生氧化反应，电子从阳极流向直流电源正极。溶液中的离子移动方向是阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。
根据电解池工作原理，我们可以概括出电解池的思维模型。从装置维度，电解池包括阳极（失电子场所）、阴极（得电子场所）、导线和电源（电子导体）、电解质（离子导体）。从原理维度，阳极区还原剂失电子生成氧化产物，失电子能力越强越优先放电；阴极区氧化剂得电子生成还原产物，得电子能力越强越优先放电。
了解电镀原理后，如果要在铁制品上镀一层铜，该如何设计电镀实验装置呢？同学们思考并画出简易实验装置图设计思路，可以从确定阳极、阴极、电镀液入手。在铁制品上镀铜，阳极材料及阳极反应物应为铜，阴极材料为铁制品，阴极反应物是铜离子，电镀液为硫酸铜。
（展示右图实验装置图）
师：根据画出的实验装置图，请同学们判断溶液中的离子移动方向及放电顺序，预测阴阳两极实验现象和电极反应式。
生：溶液中的铜离子和水电离的氢离子向阴极移动，铜离子得电子能力强，优先于水电离的氢离子放电，所以阴极有金属铜析出，电极反应式为：$Cu^{2 + } + 2e^ - = Cu$。由于金属铜作阳极为活性电极，自身失电子能力更强，优先于水电离的氢氧根离子放电，阳极铜片逐渐溶解，电极反应式为：$Cu - 2e^ - = Cu^{2 + }$。
师：根据以上预测，下面进行电镀实验验证猜想。电镀实验步骤分两步，第一步是镀件前处理。用砂纸打磨铁制品表面，因油污在氢氧化钠溶液中可水解去除，所以将镀件放入 1mol/L 的氢氧化钠溶液中去油污，然后用蒸馏水洗净。铁锈主要成分是氧化铁，能与盐酸反应除去，再将镀件放入 20% 的盐酸中除锈，几分钟后取出用蒸馏水洗净。
第二步为电镀，把处理好的铁质镀件与 2 - 3 伏直流电源的负极相连，铜片与直流电源的正极相连。将两极平行浸入电镀液中，两极间距 5 厘米，5 - 10 分钟后取出，观察镀件表面变化。下面请同学们认真观看实验视频，记录实验现象，书写阴极、阳极电极反应式。
（播放实验视频）
师：本实验用到的试剂有铁钉、铜片、硫酸铜溶液、20% 盐酸、1mol/L 氢氧化钠溶液、蒸馏水。向烧杯中加入适量 1mol/L 氢氧化钠溶液，取一枚铁钉用砂纸打磨干净，放入氢氧化钠溶液中除去油污；向烧杯中加入适量 20% 盐酸，用镊子取出氢氧化钠溶液中的铁钉，蒸馏水洗净后放入盐酸中，几分钟后取出盐酸中的铁钉，用蒸馏水洗净；向烧杯中加入适量硫酸铜溶液，将铁钉与直流电源负极相连，铜片与正极相连，将铁钉和铜片平行浸入硫酸铜溶液，两极间距约 5 厘米，打开直流电源开关，5 分钟后关掉电源，取出铁钉和铜片，可以观察到原来银白色的铁钉表面镀上了红色的铜。
通过实验视频，我们看到阳极铜片逐渐溶解变薄，电极反应式为：$Cu - 2e^ - = Cu^{2 + }$；阴极原本光亮洁净的铁质镀件表面覆盖了一层红色物质，电极反应式为：$Cu^{2 + } + 2e^ - = Cu$，与之前猜想一致。针对电镀实验，下面进行问题讨论，请同学们思考回答。