關(guān)于高中“化學(xué)反應(yīng)原理”建模教學(xué)的實(shí)踐

摘要：原電池及電解池模型是“化學(xué)反應(yīng)原理”中的重要內(nèi)容.因兩個(gè)模型比較相近，而且是高考的?？贾R(shí)點(diǎn)，因此，將其安排在一起進(jìn)行建模教學(xué).學(xué)生通過(guò)對(duì)兩個(gè)模型的比較，加深了對(duì)兩個(gè)模型的認(rèn)識(shí)與理解.實(shí)踐中學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高漲，深入理解、牢固掌握了兩個(gè)模型.本文對(duì)實(shí)踐過(guò)程進(jìn)行分享，以供參考.

關(guān)鍵詞：化學(xué)反應(yīng)原理;建模教學(xué);實(shí)踐;高中化學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2022）15-0122-03

收稿日期：2022-02-25

作者簡(jiǎn)介：岳沭寧（1989.5-），女，江蘇省宿遷人，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

提升學(xué)生化學(xué)建模能力，不僅能加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，而且對(duì)提高學(xué)生的模型認(rèn)識(shí)素養(yǎng)意義重大.原電池及電解池建模教學(xué)中，結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及學(xué)生實(shí)際，靈活采用多種教學(xué)方法，獲得了預(yù)期的教學(xué)效果.

1 原電池建模教學(xué)實(shí)踐

1.1 展示化學(xué)問(wèn)題

為更好地抓住學(xué)生注意力，激發(fā)學(xué)生思考熱情以及構(gòu)建原電池模型的興趣.實(shí)踐中展示化學(xué)問(wèn)題，為模型的構(gòu)建做好鋪墊.引導(dǎo)學(xué)生回顧所學(xué)的化學(xué)反應(yīng)，可知化學(xué)反應(yīng)往往伴隨著發(fā)光、發(fā)熱現(xiàn)象，實(shí)際上化學(xué)反應(yīng)中還伴隨著電能的相互轉(zhuǎn)化，那么化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)能與電能是如何轉(zhuǎn)化的，遵循怎樣的規(guī)律呢？課堂上預(yù)留2～3min的時(shí)間要求學(xué)生結(jié)合自己的理解進(jìn)行討論.如此展示化學(xué)問(wèn)題，可提高學(xué)生學(xué)習(xí)的針對(duì)性，確保原電池建?；顒?dòng)得以順利的開(kāi)展.

1.2 引入實(shí)驗(yàn)情境

為提高學(xué)生建模的樂(lè)趣，更好地加深其印象，深化對(duì)原電池原理的理解，構(gòu)建正確的原電池模型，課堂上做如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)一：準(zhǔn)備好滴管、小燒杯、藥匙、溫度計(jì)以及1mol/L的硫酸銅溶液、適量鋅粉，用滴管取30mL硫酸銅溶液加入到小燒杯中，使用藥匙取適量鋅粉加入到小燒杯中，使用溫度計(jì)測(cè)量溶液溫度.

實(shí)驗(yàn)二：準(zhǔn)備好相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材，按照蘇教版高中化學(xué)“化學(xué)反應(yīng)原理”化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化圖組裝好儀器，向2只燒杯中分別加入30mL 1mol/L的硫酸銅溶液以及30mL 1mol/L的硫酸鋅溶液，將與導(dǎo)線和電流計(jì)相連的鋅片和銅片分別插入到兩個(gè)溶液中，并將鹽橋插入2只燒杯中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;取出鹽橋，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

1.3 鼓勵(lì)思考探究

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下問(wèn)題鼓勵(lì)學(xué)生思考探究：?jiǎn)栴}（1）實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二分別出現(xiàn)了哪些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？問(wèn)題（2）寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)二發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式以及離子方程式;問(wèn)題（3）實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二中的能量變化形式是怎樣的？

學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)一可以發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象：鋅粉逐漸溶解，燒杯中析出紅色物質(zhì)，溫度計(jì)溫度迅速上升，可以得出反應(yīng)

Zn+Cu=Zn+Cu

是放熱反應(yīng).學(xué)生對(duì)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不陌生.針對(duì)實(shí)驗(yàn)二學(xué)生可以清晰地看到當(dāng)燒杯中有鹽橋存在時(shí)電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，鋅片逐漸溶解，銅表面形成了紅色固體;將鹽橋取出后電流計(jì)不再偏轉(zhuǎn).實(shí)驗(yàn)二中發(fā)生的化學(xué)方程式以及離子方程式分別為：

Zn+CuSO=ZnSO+Cu

Zn+Cu=Zn+Cu

實(shí)驗(yàn)二中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了電能.課堂上繼續(xù)詢問(wèn)學(xué)生如下問(wèn)題：（1）鋅片片為什么會(huì)溶解，根據(jù)所學(xué)的氧化還原反應(yīng)知識(shí)，思考鋅片失去的電子流向了哪里？（2）銅片上的紅色固體是什么？為什么會(huì)生成該固體？（3）實(shí)驗(yàn)中鹽橋的作用是什么？

根據(jù)所學(xué)的化學(xué)反應(yīng)可知鋅片溶解是因?yàn)槠涫ル娮幼兂闪薢n進(jìn)入到了溶液中，電子沿著導(dǎo)線流向銅片，燒杯中的Cu得到電子被還原成了Cu.從氧化還原反應(yīng)角度來(lái)看鋅片失去電子被氧化，Cu得到電子被還原.由電學(xué)知識(shí)可知，電流計(jì)的指針發(fā)生變化表明電路是閉合的，有穩(wěn)定的電流，在導(dǎo)線側(cè)有電子的移動(dòng)形成電流，而在溶液側(cè)對(duì)應(yīng)的離子充當(dāng)電子的作用，因此，鹽橋中的Cl會(huì)向盛有ZnSO的溶液中移動(dòng)，K會(huì)向盛有CuSO的溶液中移動(dòng).從中可以看出鹽橋的作用有起著導(dǎo)電作用，不僅如此其還起著平衡電荷的作用.

1.4 構(gòu)建對(duì)應(yīng)模型

鼓勵(lì)學(xué)生思考探究，學(xué)生對(duì)銅鋅原電池原理有了一定的理解，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建對(duì)應(yīng)的模型.一方面，要求學(xué)生回顧所學(xué)結(jié)合圖1銅鋅原電池示意圖填寫(xiě)下列空白.另一方面，畫(huà)出原電池的模型示意圖.

（1）原電池的負(fù)極是____，_____電子，電子移動(dòng)方向是____，發(fā)生_____反應(yīng).

（2）原電池的正極是_____，_____電子，被_____，發(fā)生______反應(yīng).

（3）原電池的構(gòu)成條件為：_____、______、_____、_____;原電池反應(yīng)的本質(zhì)是_____.

學(xué)生在課堂上填寫(xiě)上述內(nèi)容后，構(gòu)建出了圖2所示的原電池模型.

1.5 原電池模型的應(yīng)用訓(xùn)練

為使學(xué)生深入理解靈活應(yīng)用原電池模型分析相關(guān)的化學(xué)問(wèn)題，完成原電池模型構(gòu)建后展示如下問(wèn)題要求學(xué)生思考作答：

如圖3所示，是科學(xué)家設(shè)計(jì)的微生物原電池工作原理示意圖，認(rèn)真觀察，則有關(guān)該原電池的說(shuō)法正確的是（）.

A.電子轉(zhuǎn)移的方向?yàn)閙極→n極

B.每生成1mol CO，轉(zhuǎn)移8mol電子

C.m電極反應(yīng)式為：

2NO+6HO+10e=N+12OH

D.H可通過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入左側(cè)極室

解答該題需要學(xué)生吃透原電池模型，并能夠充分挖掘圖中的隱含條件.觀察可知電極m中的NO轉(zhuǎn)化成N，氮元素的化合價(jià)降低得到電子，由原電池模型可知m極為正極，則n極為負(fù)極，電子轉(zhuǎn)移的方向?yàn)閚極→m極;n極中碳元素由0價(jià)升高至+4價(jià)，因此，每生成1mol CO轉(zhuǎn)移電子4mol;H通過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入到左側(cè)電極室，m電極的反應(yīng)式為2NO+12H+10e=N+6HO ，綜上可知只有D項(xiàng)的說(shuō)法正確.

2 電解池建模教學(xué)實(shí)踐

2.1 問(wèn)題引入

課堂上與學(xué)生一起回顧所學(xué)的原電池模型，可知原電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，而后要求學(xué)生思考，是否存在將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置呢？這樣的裝置又叫什么呢？從學(xué)生熟悉的知識(shí)點(diǎn)引入問(wèn)題，更容易使學(xué)生接受，從而主動(dòng)地配合電解池模型的構(gòu)建.

2.2 創(chuàng)設(shè)多媒體情境

為增加學(xué)生學(xué)習(xí)趣味性，降低學(xué)生學(xué)習(xí)枯燥感，使用多媒體技術(shù)創(chuàng)設(shè)如下實(shí)驗(yàn)情境：在課件中展示盛有熔融態(tài)NaCl的燒杯，并在燒杯中放入2個(gè)與電池正負(fù)極相連的電極.同時(shí)，宏觀地展示燒杯中熔融態(tài)NaCl中的離子在通電前后的狀態(tài)，要求學(xué)生認(rèn)真觀察Na、Cl的分布情況，并進(jìn)行總結(jié).

2.3 鼓勵(lì)學(xué)生探究

告知學(xué)生與電池負(fù)極相連的電極為陰極，與電池正極相連的電極為陽(yáng)極，而后要求學(xué)生思考、回答如下問(wèn)題：

（1）開(kāi)關(guān)閉合前燒杯中分別出現(xiàn)了什么現(xiàn)象？電子是怎樣移動(dòng)的？

（2）通電后陰、陽(yáng)兩極發(fā)生的電極反應(yīng)式分別是什么？

（3）總的電極反應(yīng)是什么？

（4）從中可以看出該裝置的能量轉(zhuǎn)化是怎樣的？

學(xué)生通過(guò)觀察多媒體課件可以看到，在開(kāi)關(guān)未關(guān)閉前燒杯中Na和Cl是均勻分布的，當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)后，電子從電池的負(fù)極流出流向陰極，而后電子從陽(yáng)極流出流向正極，在燒杯中可以看到Na向陰極移動(dòng)，Cl向陽(yáng)極移動(dòng)，陰極生成了單質(zhì)Na，陽(yáng)極有氣體產(chǎn)生，即陰極發(fā)生的電極反應(yīng)為2Na+2e=2Na，陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)為：2Cl-2e=Cl↑，總的電極反應(yīng)為：

2.4 構(gòu)建電解池模型

教學(xué)中為引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建電解池模型可要求學(xué)生回顧多媒體課件內(nèi)容，填寫(xiě)以下空白：

（1）與電池正、負(fù)兩極相連的電極名稱分別為_(kāi)_____，________.

（2）陰極_____電子，發(fā)生____反應(yīng)，陽(yáng)極_______電子，發(fā)生_____反應(yīng).

（3）電解池是一種將_____能轉(zhuǎn)化為_(kāi)___能的裝置，構(gòu)成電解池的條件有：_____、_______、______、_______.

最終學(xué)生構(gòu)建如圖4所示的電解池模型.

2.5 電解池模型的應(yīng)用

教學(xué)實(shí)踐中為使學(xué)生更好地掌握電解池模型，圍繞相關(guān)習(xí)題開(kāi)展訓(xùn)練活動(dòng)，進(jìn)一步提高學(xué)生的靈活應(yīng)用能力.

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯：季春陽(yáng)]