以問題驅(qū)動化學(xué)探究式教學(xué)

【摘要】新課程改革的重要特點之一就是改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，要求學(xué)生學(xué)習(xí)方式由原有的單一的“接受式學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣瘜W(xué)習(xí)方式，圍繞具體的問題展開，教師有意識地創(chuàng)設(shè)好的問題情境，有助于學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，使學(xué)生產(chǎn)生想解決這種疑惑的求知欲，因此，以問題驅(qū)動是實現(xiàn)這一目標(biāo)的有效教學(xué)手段。

【關(guān)鍵詞】多元化學(xué)習(xí)? 問題情境? 問題驅(qū)動? 有效教學(xué)

【中圖分類號】G633.8 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）21-0160-02

一、設(shè)計思路

通過實驗探究、問題討論、分析比較等形式，并結(jié)合多媒體技術(shù)，讓學(xué)生生成新知識，從而培養(yǎng)學(xué)生持續(xù)探究的學(xué)習(xí)及發(fā)現(xiàn)并解決問題的習(xí)慣。本課從學(xué)生已有的相關(guān)知識出發(fā)，緊緊圍繞電解飽和食鹽水與電解氯化銅溶液設(shè)計問題，從電解NaCl溶液——氯化銅溶液——NaCl和CuCl2混合液——調(diào)換電解飽和食鹽水的Fe、C電極，問題層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生從本質(zhì)上認(rèn)識電解原理。由于理論的學(xué)習(xí)較為抽象，適時結(jié)合實驗及多媒體動畫加以輔助教學(xué)，有助于學(xué)生從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。

二、教材及學(xué)情分析

電化學(xué)知識是中學(xué)化學(xué)重要基本理論之一，既涉及理論知識，又與元素化合物知識密切相關(guān)。電解原理的學(xué)習(xí)，是在學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)和掌握了氧化還原反應(yīng)、金屬的性質(zhì)、電解質(zhì)溶液、離子反應(yīng)、原電池原理等知識的基礎(chǔ)上安排的，是電化學(xué)知識的深化和發(fā)展，具有一定的科學(xué)性。它可使學(xué)生在接受新知識中有舊知識作基礎(chǔ)，緩解學(xué)習(xí)困難，體現(xiàn)知識梯度的合理性。

學(xué)生已經(jīng)知道一些重要的電解反應(yīng)，如電解H2O、NaCl溶液等，但對電解反應(yīng)還只有宏觀、感性的認(rèn)識，本節(jié)課將引導(dǎo)學(xué)生從微觀層面進(jìn)一步認(rèn)識電解反應(yīng)，為選修4《電解的工作原理》的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，具有承上啟下的作用。高一學(xué)生有一定觀察、分析、綜合、比較、分類、歸納和演繹的思維能力，但上述思維能力、研究方法和理論基礎(chǔ)不夠完備。

三、教學(xué)基本流程

利用層層遞進(jìn)的問題鏈構(gòu)建學(xué)科體系：

【教學(xué)片斷一 構(gòu)成電解池的條件】

設(shè)問：通過我們前面的學(xué)習(xí)，知道了化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化成電能，那么電能能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能嗎？必修一中學(xué)過的電解飽和食鹽水就能實現(xiàn)這種變化。今天我們要深入解析電能如何轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。

板書：（一）電解原理

1.定義：在直流電作用下，在兩極分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程

問題：請你模仿電解飽和食鹽水的裝置設(shè)計一個裝置電解氯化銅溶液。

2.裝置：

教師：由于鐵與氯化銅溶液會發(fā)生反應(yīng)，用石墨代替鐵棒

演示實驗：電解氯化銅溶液（陽極：產(chǎn)生氯氣? ?陰極：析出紅色固體Cu）

教師：通過電解，產(chǎn)生了新物質(zhì)。從能量變化的角度來看，這里實現(xiàn)了怎樣的變化？

學(xué)生：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

投影：電解池：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置

問題探究1：構(gòu)成電解池的基本條件有哪些？

學(xué)生：外接直流電源、陰陽兩極、電解質(zhì)溶液、形成閉合回路

追問：它和原電池最大的不同點是什么？

學(xué)生：有外接直流電源、電極的名稱不同

設(shè)計意圖：通過電解氯化銅溶液和NaCl溶液的電解裝置，得出構(gòu)成電解池的條件，通過對實驗現(xiàn)象的觀察為理論的提升做準(zhǔn)備。

【教學(xué)片斷二? 電解原理的探究】

問題探究2：為什么銅在陰極產(chǎn)生，氯氣在陽極產(chǎn)生？而不是相反？

點撥：1.氯化銅溶液中含有哪些微粒？（Cu2+、H+、Cl-、OH-）

2.在直流電的作用下，離子會定向遷移，分別向哪極移動？（電源負(fù)極電子流出到陰極，陽離子向陰極遷移，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng);陰離子向陽極移動，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)）

3.電極反應(yīng)：陽極——失去電子——氧化反應(yīng)

陰極——得到電子——還原反應(yīng)

練習(xí)：寫出電解CuCl2溶液的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式

陽極： 2Cl--2e-=Cl2↑? 陰極： Cu2++2e-=Cu

CuCl2電解Cu+Cl2↑

設(shè)計意圖：透過現(xiàn)象看本質(zhì)，感受現(xiàn)象升華成理論的過程，反饋學(xué)生對知識的理解程度。

問題探究3：試分析電解NaCl溶液的陰陽極反應(yīng)？

學(xué)生：H+向陰極遷移，在陰極得到電子析出H2;Cl-向陽極遷移，在陽極失去電子產(chǎn)生Cl2。

練習(xí)：寫出電解NaCl溶液的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式

陽極： 2Cl--2e-=Cl2↑? 陰極： 2H++2e-=H2↑

總反應(yīng)式：2NaCl+2H2O電解2NaOH+H2↑+Cl2 ↑

教師：電解飽和食鹽水是氯堿工業(yè)的基礎(chǔ)，這是電解原理的一個重要應(yīng)用

板書：（二）應(yīng)用：

1.氯堿工業(yè)

設(shè)計意圖：電解飽和食鹽水是高中階段學(xué)習(xí)過的第一個重要的電解反應(yīng)，必修一中只要求學(xué)生識記陰陽極產(chǎn)物，通過前面電解CuCl2溶液原理的分析，學(xué)生能夠分析出兩極的電極反應(yīng)，進(jìn)一步加深對電解原理的理解。

問題探究4：電解NaCl+CuCl2混合液，陰陽極產(chǎn)物分別是什么？

學(xué)生1：陽極產(chǎn)生氯氣，陰極析出銅。

追問：為什么你判斷陰極析出銅，不產(chǎn)生氫氣？

學(xué)生1：電解氯化銅溶液時，溶液中也有氫離子，但實驗結(jié)果是析出銅，沒有產(chǎn)生氫氣。

點評：很好，這位同學(xué)用了“類比”的方法判斷陰極析出銅，而不是氫氣。

追問：本質(zhì)是什么？

學(xué)生1： Cu2+比H+更容易得電子。得電子體現(xiàn)什么性？（氧化性）

投影：氧化性：Cu2+>H+

學(xué)生2：我覺得陰極先析出銅，后析出氫氣。因為混合液的濃度沒說，當(dāng)銅離子完全析出后，氫離子就會得到電子，產(chǎn)生氫氣。

點評：說得有道理，這位同學(xué)的思維很嚴(yán)密！

問題探究5：電解NaCl溶液有可能析出金屬Na嗎？如何制備得到金屬Na？

學(xué)生：不可能，因為Na+的氧化性比氫離子小。

投影：氧化性：Cu2+>H+>Na+

學(xué)生：無水環(huán)境，電解熔融NaCl制備Na。

教師：構(gòu)成電解池的電解液不一定是電解質(zhì)溶液，也可以是熔融電解質(zhì)。

練習(xí)：請寫出電解熔融NaCl的電極反應(yīng)及總反應(yīng)式。

陽極： 2Cl--2e-= Cl2↑? ? 陰極： 2Na++2e-=2Na

2NaCl電解Na+Cl2↑

教師：利用電解的原理可以冶煉Na、Mg、Al等活潑金屬。

2.冶煉活潑金屬

教師：溶液中陰離子有氯離子和氫氧根離子，為什么陽極是氯離子放電？

投影：還原性：Cl->OH-

Flash動畫：感受電解的過程。

（溶液中Cl-、OH-、Cu2+、H+自由移動，接通電源，陽離子往陰極移動，銅離子在競爭中獲勝，得到了從電源負(fù)極流出的電子;陰離子往陽極移動，氯離子在與氫氧根離子的競爭中獲勝，失去電子，產(chǎn)生氯氣）

設(shè)計意圖：通過對NaCl與CuCl2混合溶液分析，將已學(xué)知識與新知識進(jìn)行聯(lián)系、對比，引發(fā)學(xué)生思考，問題層層遞進(jìn)，從現(xiàn)象到本質(zhì)，鞏固對電解原理的認(rèn)識，通過Flash動畫的呈現(xiàn)，更形象地呈現(xiàn)電解反應(yīng)的過程，有助于學(xué)生對電解原理的理解。

問題探究6：鐵棒與碳棒互換會影響氯堿工業(yè)的生產(chǎn)嗎？

學(xué)生：會影響，（從陰陽極反應(yīng)類型的角度去看）鐵作陽極會失去電子。

投影：還原性：金屬（Pt、Au除外）>Cl->OH-

設(shè)計意圖：以氯堿工業(yè)為載體，探究電極對電極反應(yīng)的影響，為電鍍的學(xué)習(xí)作鋪墊。

【教學(xué)片斷三? 電解原理的應(yīng)用】

問題探究7：根據(jù)電解原理設(shè)計實驗裝置，使鐵的質(zhì)量不減少，又在鐵表面析出銅。

學(xué)生1：銅為陽極、鐵作陰極、氯化銅溶液為電解質(zhì)溶液。

學(xué)生2：石墨為陽極、鐵作陰極、氯化銅溶液為電解質(zhì)溶液。

教師：哪種方法更好，為什么？

學(xué)生：第一種。第二種方法中，銅離子濃度不斷下降（鍍層速度改變，鍍得不牢固）。

投影：電鍍：以鍍層金屬為陽極、鍍件為陰極、含鍍層金屬離子的鹽溶液為電解質(zhì)溶液

師：生活中，我們常常用到白鐵皮（鍍鋅鐵皮）它有不易生銹和耐腐蝕的優(yōu)點。可用于制作屋面、卷管和各種容器。

問題：鐵不能置換出鋅，有什么方法在鐵表面鍍上鋅？（電解的原理）

實驗展示：鐵片上鍍鋅

3.電鍍

閱讀：P45 拓展視野? 銅的電解精煉

學(xué)生：粗銅為陽極? 純銅為陰極? 硫酸銅溶液為電解質(zhì)溶液

4.電解精煉銅

設(shè)計意圖：鞏固所學(xué)知識，學(xué)以致用。通過電鍍實驗的展示，讓學(xué)生感受到化學(xué)的實用價值，提高學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

化學(xué)史話：戴維是化學(xué)史上發(fā)現(xiàn)新元素最多的人，你知道他用的什么方法嗎？（電解）。1799年伏打發(fā)明了世界上最早的電池——伏打電池，一年后戴維采用伏打電池電解水獲得成功，經(jīng)過不斷探究，他通過電解的方法制得了Na 鎂? 鈣 硼 硅等八種元素，開啟了人類發(fā)現(xiàn)元素的新時代。

設(shè)計意圖：通過化學(xué)史的教育，感受電解的學(xué)科價值及社會價值。

投影：電解池與原電池的比較

四、板書設(shè)計

電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

（一）電解原理

1.定義：在直流電作用下，在兩極分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。

2.裝置：

3.電極反應(yīng)：陽極——失去電子——氧化反應(yīng)

陰極——得到電子——還原反應(yīng)

（二）應(yīng)用

作者簡介：

吳招壇（1987.6-），男，本科學(xué)歷，中學(xué)一級職稱，研究方向：課堂教學(xué)、競賽。