通過證據(jù)推理探索電解池模型

黎文燕

【摘要】? 本課例通過對情景問題的步步探索，由淺入深建立并完善電解池模型，突破教學難點，促進學生“證據(jù)推理與模型認知”“宏觀辨析與微觀探析”“科學態(tài)度與社會責任”等核心素養(yǎng)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】? 電解池 證據(jù)推理 模型認知

【中圖分類號】 G633.7? ?? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】? A ? ? 【文章編號】? 1992-7711（2020）23-161-02

一、教學主題內(nèi)容及教學現(xiàn)狀分析

1.教學主題內(nèi)容

《電解池》研究的是如何借助外接直流電源使不能自發(fā)的氧化還原反應得以發(fā)生，能使學生對氧化還原反應有更深刻的理解，豐富學生制備物質(zhì)及工業(yè)生產(chǎn)的視角。本內(nèi)容可分為2課時，第1課時主要讓學生從微觀上認識電解池中微粒的移動和反應本質(zhì)，掌握兩個電極的反應過程，從而建立電解池的思維模型，為后面的電解池應用打下基礎(chǔ)。

2.教學現(xiàn)狀分析

電解池是一個模型化很強的內(nèi)容，但很多同學覺得很難，筆者認為有以下幾個原因：

（1）將電解池原理與原電池原理相互混淆，沒有從根本上理解原電池與電解池的本質(zhì)原理及其聯(lián)系，死記硬背知識，這很容易造成記憶混亂，一段時間沒有接觸就忘記。

（2）注意力不足的學生，面對較枯燥的原理內(nèi)容，聽老師講解容易走神。同時講解過程中會出現(xiàn)很多化學用語，如正極負極、陰極陽極、陰離子陽離子、得電子失電子，氧化反應還原反應等，若學生沒有及時理清當中關(guān)系會聽得一頭霧水，失去深入學習的興趣和動力。

（3）學生沒有認識到兩極離子放電順序的重要性，不能很好地理解并掌握放電順序，導致解題關(guān)鍵知識點缺失。

二、教學思想與創(chuàng)新點

為解決上述問題以及在課堂上提升學生的核心素養(yǎng)，筆者對教學設(shè)計作如下改進：

1.結(jié)合生活和當前新冠疫情的熱點時事，創(chuàng)設(shè)學生感興趣的教學情景，讓學生感受化學學科的價值，提升學習興趣。并將情景問題進行重新分解和深入探究，在此過程中建立并完善電解池模型，教學環(huán)節(jié)由淺入深，問題一環(huán)扣一環(huán)，將各個環(huán)節(jié)聯(lián)系起來形成板塊化教學，保持學生思維的連續(xù)性，有助于學生注意力的集中。

2.在學習電解池原理前理清原電池與電解池之間的區(qū)別和聯(lián)系，認識原電池是電源內(nèi)部自發(fā)發(fā)生化學反應而產(chǎn)生電流，而電解池則是電源外接兩個電極，利用電源產(chǎn)生的電流在外電路引發(fā)不能自發(fā)的氧化還原反應。整個過程以電子的流動方向為線索，幫助學生理解兩個原理的本質(zhì)及其聯(lián)系，有助于學生知識的生成和對原理的理解。

3.通過學生的分析和探究過程突破教學難點。電解池的原理容易讓學生感覺混亂，需要學生自己建立電解過程的系統(tǒng)分析思路，教師無法代勞。因此在教師引導下初建模型之后，讓學生根據(jù)步驟自己分析陌生電解池原理，理清分析思路。并在完成任務的過程中引發(fā)新的問題，引起學生探究的欲望，然后請學生設(shè)計實驗探究的方案，通過實驗探究得出結(jié)論，學生印象深刻。

4.注重學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。（1）結(jié)合抗疫現(xiàn)狀，讓學生感受生活處處需要化學，通過學科價值引領(lǐng)學習興趣，提升社會責任感。（2）請學生分析實驗現(xiàn)象，推斷電子的流向、離子的移動方向、得失電子情況，寫出電極方程式——通過宏觀——微觀——符號三重表征提高學生宏觀辨析與微觀探析的核心素養(yǎng)。（3）通過對電解水實驗的分析初步建立電解池模型，再應用模型分析陌生電解池，并在分析過程中對遇到的問題作出合理猜想，設(shè)計實驗驗證猜想，分析實驗結(jié)果，得出實驗結(jié)論，完善模型，再應用完善的模型解決新的化學問題，提高學生證據(jù)推理與模型認知的核心素養(yǎng)。

三、教學目標

1.通過對電解水實驗的分析，從微觀視角認識電子的流動方向，離子的移動方向，得失電子情況，初步建立電解池模型。

2.通過分析制備84消毒液（用石墨作電極電解氯化鈉溶液）的原理鞏固電解池模型。

3.通過對電解氯化鈉溶液可能出現(xiàn)的情況作出猜想、設(shè)計實驗方案驗證、分析實驗結(jié)果、總結(jié)放電順序，完善電解池模型，并提升證據(jù)推理能力。

4.通過對84消毒液作用和制備的研究，感受化學知識的價值，提升社會責任感。

四、教學流程

五、教學實錄

環(huán)節(jié)一：結(jié)合生活與抗疫時事導入，提升學習興趣

【情景導入】抗擊疫情，從消毒開始

資料1：“84消毒液”，廣泛應用于家庭，賓館，醫(yī)院，飯店等公共場所的物體表面消毒，制法：可通過石墨作電極電解NaCl溶液制得含NaClO的溶液。

資料2：2020年2月8日知乎日報報道：由于新冠病毒疫情蔓延，口罩、酒精、消毒液等物資非常緊缺，有網(wǎng)友利用自己專業(yè)的化學知識通過電解NaCl溶液自制消毒液。

【教師點撥】學好化學，能在危急時候幫上大忙，也能為社會作出許多貢獻！這節(jié)課我們就來學習什么是電解，并學習怎么制備84消毒液。

環(huán)節(jié)二：通過電解水實驗了解電解和電解池，并初步建立電解池模型

【教師引導】電解池原理和原電池原理是電化學的兩大重要原理。原電池是發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應，失去的電子由負極移向正極而產(chǎn)生電流的過程（化學能轉(zhuǎn)化為電能）。若將直流電源另外連接兩個電極并通過電解質(zhì)溶液，借助電流則可以引發(fā)氧化還原反應。84消毒液就是通過石墨作電極電解NaCl溶液制得。但NaCl溶液由兩種物質(zhì)混合而成，我們可以先從電解單一物質(zhì)開始研究。若NaCl溶液中沒有NaCl，只有水能否發(fā)生反應？

【學生回顧】結(jié)合裝置圖回顧用石墨電解水的實驗

【教師點撥】如果沒有電流通過，水能否自發(fā)分解為氫氣和氧氣？

【學生總結(jié)】電解：使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。

將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置叫電解池（電解槽）。

【提出問題】電解池是如何做到將不能自發(fā)的氧化還原反應得以發(fā)生？

【教師引導學生思考】

通電前，水中存在什么離子？這些離子能否自由移動？通電后，電子如何移動？電子從電源負極流入陰極，陰極會帶什么電？帶負電的陰極會吸引什么離子？被吸引過來的H+經(jīng)過什么過程生成H2？

【初建模型】陰極吸引陽離子，得電子，發(fā)生還原反應

【教師引導學生思考】

電子從陽極流入電源正極，陽極會帶什么電？帶正電的陽極會吸引什么離子？被吸引過來的OH-經(jīng)過什么過程生成O2？

【初建模型】陽極吸引陰離子，失電子，發(fā)生氧化反應

環(huán)節(jié)三：運用所學的電解池模型分析制備84消毒液的過程

【教師引導】現(xiàn)在看大家能否分析84消毒液是怎么制備的，往水中加入NaCl變成NaCl溶液，反應會發(fā)生什么變化？

【學生任務一】根據(jù)步驟分析用石墨作電極電解NaCl溶液的原理

（1）在圖中標出正負極、陰陽極。

（2）標出電子移動方向和電極帶電情況

（3）分析溶液中存在的離子，標出離子的移動方向

（4）陰極的離子會得電子還是失電子？

陽極的離子會得電子還是失電子？

（5）嘗試寫出兩極的電極反應方程式

環(huán)節(jié)四：通過對遇到的問題提出猜想——設(shè)計實驗驗證——分析實驗結(jié)果，探究電解NaCl溶液發(fā)生的電極反應，并進一步完善電解池原理。

【學生提問】陰極吸引Na+和H+，哪個離子得電子？陽極吸引Cl-和OH-，又哪個離子失電子？

【教師點撥】同學們能否設(shè)計實驗方案驗證兩極到底發(fā)生哪個反應？

【學生任務二】設(shè)計實驗方案驗證兩極的反應

提示：用石墨作電極電解NaCl溶液，

陰極若是Na+得電子會生成什么？若是H+得電子會生成什么？

陽極若是Cl-失電子會生成什么？若是OH-失電子會生成什么？

【學生總結(jié)實驗方案】連接直流電源，用石墨作電極電解NaCl溶液，觀察陰極有固體析出還是有氣泡產(chǎn)生;收集陽極產(chǎn)生的氣體，分別用帶火星的木條和濕潤的碘化鉀淀粉試紙檢驗生成的氣體。

【學生實驗探究】學生通過實驗探究用石墨作電極電解NaCl溶液的兩極反應

【展示匯報】陰極有氣泡產(chǎn)生，說明是H+得電子生成H2;陽極產(chǎn)生的氣體不能使帶火星的木條復燃，能使?jié)駶櫟牡饣浀矸墼嚰堊兯{色，說明是Cl-失電子生成Cl2.

【師生共同總結(jié)】制備84消毒液的原理

【教師點撥】為什么陰極得電子的是H+而不是Na+，陽極失電子的是Cl-而不是OH-？這主要與離子的得電子能力和失電子能力有關(guān)

金屬單質(zhì)的失電子能力：KCaNaMgAlZnFeSnPb（H2）CuHgAg PbAu

金屬單質(zhì)失電子能力越強，則對應陽離子的得電子能力越弱。

【師生共同總結(jié)】陰陽極的離子放電順序：

陰極：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

陽極：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根（SO42-、NO3-、CO32-等）>F-

【提出問題】若電解質(zhì)溶液不變，更換電極材料，還能否制得84消毒液？

【學生任務三】

已知：活動性排在Ag之前的金屬（包括Ag）的失電子能力強于溶液中的陰離子。

（1）要制備84消毒液，能否將電解NaCl溶液的陽極材料換成Cu？

（2）能否將陰極材料換成Cu？

【學生展示匯報并補充總結(jié)】陽極的放電順序：活性電極（Ag及之前的金屬）>S2->I->Br->Cl->OH-…

環(huán)節(jié)五：應用完善的電解池模型分析陌生電解池的反應

【學生任務四】

1.寫出用石墨作電極電解CuCl2溶液的兩極反應方程式

2.寫出用Fe作電極電解CuCl2溶液的兩極反應方程式

六、教學效果與反思

1.我校學生基礎(chǔ)比較薄弱，注意力集中能力不足，教學設(shè)計需要環(huán)環(huán)相扣。該教學設(shè)計經(jīng)過修改，將情景問題進行重新組織，增強了每個環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，教學設(shè)計由淺入深，圍繞情景問題層層推進，設(shè)計環(huán)節(jié)讓學生發(fā)現(xiàn)問題，探究問題，將知識一步步滲透，教學難點得以突破，基礎(chǔ)較差的同學也能跟得上。

2.核心素養(yǎng)需要在課堂活動中提升。面對當今的高考模式，教和學不能只停留在知識層面，更要重視知識、能力的形成過程，學科核心素養(yǎng)的提升，而核心素養(yǎng)如何落地？這需要教師創(chuàng)設(shè)問題情境，鋪設(shè)探究路徑，讓學生在主動的科學探究中掌握研究方法。該教學設(shè)計在圍繞問題情景步步探索的過程中，提升了學生“證據(jù)推理與模型認知”“宏觀辨析與微觀探析”“科學態(tài)度與社會責任”等核心素養(yǎng)。

3.教學環(huán)節(jié)不一定要按照課本提供的素材進行設(shè)計。人教版課本提供的素材是電解氯化銅溶液，此實驗現(xiàn)象明顯比較容易進行推理，但在新的情景素材下，可以將課本素材作適當?shù)恼?，使教學環(huán)節(jié)更加流暢，學生更愿意學習和探究，這才是課堂的根本。

[ 參? 考? 文? 獻 ]

[1]郭浩玉.構(gòu)建電解池模型落實化學核心素養(yǎng)[C].廣州：廣州市教研院，2019-12-20.

[2]劉鳳艷.證據(jù)推理模型認知[C].廣州：廣州市教研院，2019-12-20.

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[4]趙珊珊，陸昌炘.選準代表物開辟探究路徑培育核心素養(yǎng)[J].化學教育（中英文），2019，40（9）：32-36.