電解后溶液復(fù)原模型的構(gòu)建及應(yīng)用

摘 要：模型是對(duì)事物或情境的本質(zhì)性概括。借助模型分析問題，可避免學(xué)生受無用信息的干擾，更好地把握問題的本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)順利求解問題的目標(biāo)。由于高中化學(xué)涉及很多模型，教師在教學(xué)中應(yīng)提高認(rèn)識(shí)，合理安排教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生介紹模型背景，與學(xué)生一起分析模型構(gòu)建過程，從而在學(xué)生頭腦中留下深刻印象。同時(shí)，為使學(xué)生更好地掌握知識(shí)，教師應(yīng)及時(shí)組織學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練。本文以電解池電解后溶液復(fù)原模型為例進(jìn)行了探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：電解池;高中化學(xué);溶液復(fù)原模型;教學(xué)策略

中圖分類號(hào)：G427 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-9192（2021）14-0085-02

引 ?言

電化學(xué)是高中化學(xué)的重要內(nèi)容，且原電池和電解池均是高考考查的重要知識(shí)點(diǎn)。其中，電解池溶液復(fù)原問題較為抽象，對(duì)學(xué)生分析問題的能力有一定的要求。一些學(xué)生分析問題時(shí)考慮不全面、不深入，出錯(cuò)率較高。為幫助學(xué)生更好地突破該類題型，提高學(xué)生解答該類問題的能力與效率，教師在課堂上應(yīng)注重對(duì)該模型的構(gòu)建及教學(xué)應(yīng)用[1]。

一、例題分析

室溫下，使用石墨電極電解飽和食鹽水（已知食鹽水的溶解度為36g），電解總的化學(xué)反應(yīng)式為： 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，經(jīng)過一段時(shí)間后，以下措施中可將溶液恢復(fù)到原來的狀態(tài)的操作是（ ? ? ）。

①向電解后的溶液中通入適量的HCl氣體;②向電解后的溶液中加適量濃鹽酸;③向電解后的溶液中加適量該溫度下的飽和氯化鈉溶液;④向電解后的溶液中先加入適量的MgCl2，攪拌后再過濾。

A.①③ ? ? ? ? ? ?B.②③ ? ? ? ? ?C.①④ ? ? ? ? ? D. ②④

電解池是高中化學(xué)電化學(xué)部分的重要組成部分，是高考考查的熱門知識(shí)點(diǎn)。相關(guān)題型復(fù)雜多變，其中電解后溶液復(fù)原問題難度較大，需要學(xué)生深入理解電解池工作原理，準(zhǔn)確把握各個(gè)階段電解的物質(zhì)及電解后給電解液造成的影響。本題對(duì)學(xué)生的綜合能力要求較高，題干只是給出了總的化學(xué)反應(yīng)式及充當(dāng)電極的物質(zhì)，學(xué)生只有熟練地掌握電解池原理，才能靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析出電解過程中參與電解的物質(zhì)，把握電解產(chǎn)物，從而正確作答。課堂上，教師可先給學(xué)生預(yù)留一定的時(shí)間，要求學(xué)生采用常規(guī)思路作答，而后自然地引入模型構(gòu)建內(nèi)容，再要求學(xué)生使用構(gòu)建的模型進(jìn)行分析，對(duì)比兩種解題思路的解題效率。這樣，學(xué)生自然就形成了運(yùn)用模型分析該類問題的意識(shí)。

二、模型建立

（一）模型背景

電解池中溶液復(fù)原模型的構(gòu)建基于電解池，因此，學(xué)生在構(gòu)建模型時(shí)需要熟悉電解池原理，牢固掌握相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。根據(jù)高中化學(xué)教材可知，電解池是一種將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置，因此，電解需要外加電源。為使學(xué)生更好地理解模型，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生掌握電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即從電源的負(fù)極流出到達(dá)電解池的陰極，引起電解質(zhì)溶液中離子的定向移動(dòng)，又從電解池的陽極流向電源的正極;同時(shí)，能夠判斷不同離子的放電順序，準(zhǔn)確寫出不同階段的電極反應(yīng)式，即陽離子按照如下順序放電：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（指酸電離的）> Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+> Al3+> Mg2+>Na+>Ca2+>K+。判斷陽極放電情況時(shí)，學(xué)生需要分析電極材料及離子的放電順序。陽極若為活性電極，電極本身溶解放電;若為惰性電極，則按照如下順序放電：S2->I->Br->Cl->OH->NO3-> SO42-（等含氧酸根離子）>F-。以使用石墨電極電解CuCl2溶液為例，陽極電極反應(yīng)式為：2Cl--2e-=Cl2↑，陰極電極反應(yīng)式為：Cu2++2e-=Cu。

（二）模型涉及的情境

根據(jù)電解池原理：電解質(zhì)溶液復(fù)原模型包含三種情境：①電解電解質(zhì);②電解水;③電解電解質(zhì)和水。其中，情境①只需添加電解質(zhì)即可，如電解HCl溶液時(shí)電池總反應(yīng)式為：2HClH2↑+Cl2↑，若要使溶液恢復(fù)到原來的狀態(tài)，向溶液中通入HCl氣體即可。情境②中要想使溶液恢復(fù)到原來的狀態(tài)，向原溶液中加入水即可，如電解KNO3、Na2SO4、H2SO4等。情境③難度相對(duì)較大，所以學(xué)生需要進(jìn)行綜合考慮。以電解NaCl溶液為例，總反應(yīng)式為：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。如加入NaCl和水，溶液中的NaOH無法消除。分析總的電池反應(yīng)式可知，產(chǎn)生的H2和Cl2氣體相當(dāng)于HCl氣體，因此，可向溶液中通入HCl氣體。同時(shí)，HCl+NaOH=NaCl+H2O，因此，可使溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)。另外，電解CuSO4、AgNO3溶液可使用同樣的思路分析。

（三）模型建立

結(jié)合上述分析構(gòu)建如下模型（見表1），以指導(dǎo)學(xué)生更準(zhǔn)確地分析相關(guān)習(xí)題。

三、例題的求解

根據(jù)上述模型中的三種情境，可知①的措施可行， ②的措施不行。根據(jù)已知條件可知飽和的氯化鈉溶液中溶質(zhì)和水的質(zhì)量之比為36∶100=9∶25，而被電解后溶液不再飽和，因此，措施③不可行。加入MgCl2，攪拌后再過濾。則發(fā)生反應(yīng)：MgCl2+2NaOH=Mg（OH）2↓+2NaCl。從這一點(diǎn)來看，NaCl的總量恢復(fù)了原來的狀態(tài)，但水在電解過程中被消耗了，所以濃度還是恢復(fù)到了飽和狀態(tài)，因此，措施④合理。綜上可知，選擇C項(xiàng)。

通過對(duì)比常規(guī)思路及運(yùn)用模型解題的解題效率，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)，雖然常規(guī)思路最終能夠得出正確結(jié)果，但分析的時(shí)間較長(zhǎng)，效率不高;而使用模型法解題，根據(jù)題干模型迅速找到對(duì)應(yīng)的模型情境，能夠及時(shí)做出準(zhǔn)確的判斷，從而提升解題效率。

四、模型的應(yīng)用訓(xùn)練

化學(xué)課上，教師將惰性電極放入硫酸銅溶液中進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)操作。經(jīng)檢測(cè)，當(dāng)Cu2+濃度變?yōu)樵瓉淼囊话霑r(shí)將電源斷開。將以下物質(zhì)加入溶液中，可使溶液恢復(fù)到電解前濃度的是（ ? ? ）。

A. CuSO4 ? ?B. CuO ? ?C. Cu（OH）2 ? ?D. CuSO4·5H2O

根據(jù)電解池原理可知發(fā)生的總的反應(yīng)式為： 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，觀察電解后的產(chǎn)物可知，其符合模型中的電解電解質(zhì)和水模型，相當(dāng)于電解CuO，因此，為使溶質(zhì)恢復(fù)到原來的濃度，我們可向溶液中加入CuO。而Cu（OH）2 、CuSO4·5H2O的加入會(huì)導(dǎo)致溶液中水的量增加，使溶質(zhì)濃度比原來的小，因此，正確選項(xiàng)為B。

課堂上，教師應(yīng)及時(shí)向?qū)W生展示相關(guān)問題，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)模型進(jìn)行解答。教師運(yùn)用構(gòu)建的模型對(duì)學(xué)生進(jìn)行解題訓(xùn)練，既能加深學(xué)生對(duì)模型的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生快速找到分析問題的思路，又能增強(qiáng)學(xué)生解題的自信心，從而獲得了很好的教學(xué)效果[2]。

結(jié) ?語

綜上所述，教師在高中化學(xué)教學(xué)中不僅要重視基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)，還應(yīng)考慮如何提高學(xué)生的解題效率，尤其要結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)做好高中化學(xué)常見模型的匯總，在課堂上以具體的習(xí)題為背景，為學(xué)生積極灌輸建模知識(shí)，并與學(xué)生一起完成相關(guān)模型的構(gòu)建。另外，為使學(xué)生更好地消化、吸收所學(xué)知識(shí)，教師應(yīng)做好相關(guān)習(xí)題的設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用構(gòu)建的模型進(jìn)行解題，掌握解答相關(guān)化學(xué)題型的技巧。

[參考文獻(xiàn)]

杜娟.基于化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的“電解池”教學(xué)設(shè)計(jì)[J].數(shù)理化解題研究，2020（27）：94-95.

楊立超.基于證據(jù)推理與模型認(rèn)知的高中化學(xué)教學(xué)[J].文理導(dǎo)航（中旬），2020（09）：63.

作者簡(jiǎn)介：陳碧琴（1973.10-），女，福建莆田人， 本科學(xué)歷，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)與研究工作。