以史為“線” 以實驗探究為“珠”的電解池教學探究

蘇玉釵

（河北衡水中學，河北 衡水 053000）

【教學設計】

以史為“線” 以實驗探究為“珠”的電解池教學探究

蘇玉釵

（河北衡水中學，河北 衡水 053000）

化學史中一些重要理論的建立、重要觀念的轉變，化學家們的探索和努力可以帶給學生許多啟迪。我國著名化學家付鷹教授說過：化學給人以知識，化學史給人以智慧。電解池這節課，以化學史為載體，沿著戴維發現金屬元素的探索思路與電解的發展歷程從電解水到電解水溶液再到電解熔融物，和學生一同領悟科學家的思維過程。

化學史；實驗探究；實驗改進；設計理念

在具體實施過程中，我充分發揮了實驗探究的功能。學生通過自己動手做實驗，能夠更好地觀察實驗現象，加深對知識的理解，從中體會自己發現問題、提出問題、解決問題的樂趣，提高自身的實驗探究能力。為此，本節課我設計了3個學生分組實驗：首先是電解氯化銅溶液，探索電解原理；然后是電解碳酸鉀溶液，對比電解氯化銅溶液引起認知沖突，初步了解放電順序；最后先預測電解NaCl溶液的產物，再進行實驗驗證，使所學知識得到遷移運用。

一、實驗微型化﹑減量化﹑方便化的改進

鑒于本節課要完成3個分組實驗，而教材實驗裝置如圖1雖然簡單、便于觀察，但是作為學生分組實驗，藥品用量多，污染大，還需要一些配套裝置，不方便更換電解質溶液，耗時會比較長，為此根據微型化、減量化的原則，我對實驗進行了如下改進如圖2：2節干電池作電源；用學生涂卡用的鉛筆芯作石墨電極，并事先用透明膠布將兩根鉛筆芯及導線的鐵夾固定好以防止電極接觸產生短路；把U形管換作點滴板，這樣每一次實驗所取溶液不到一滴管，而且可以做多組實驗，只需換一個凹槽放溶液即可。改進后還有以下好處：（1）這樣的微型裝置節約了藥品，減少了污染，幾秒鐘就能出現明顯現象，比如圖3是電解氯化銅溶液的圖片，有利于學生把重點放在對實驗現象的觀察上。（2）電解碳酸鉀溶液時如圖4，很容易觀察到一極氣泡多一極氣泡少。（3）該微型裝置可以初步檢驗電解產物，如圖5：電解氯化鈉溶液時，兩極是都有氣泡的，我們可以把淀粉碘化鉀試紙平鋪在電極上面觀察哪一極首先變藍，可以判斷氯氣的產生，檢驗產物氫氧化鈉時若是電解前滴酚酞還可以觀察到陰極首先變紅。所以改進后的裝置不僅具有與教材裝置相同的功能，而且保證了三個探究實驗的順利完成。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

二、以化學史創設情境引入課題

在古代的物質觀中不管是中國的“陰陽五行說”還是西方的“四元素說”，都認為水是一種不能夠被分解的元素.這是因為水很穩定，隨后我提出以下兩個問題：一是水為什么難以分解為氫氣和氧氣呢？二是如何實現水的分解？設計的目的是引導學生從能量的角度分析水難以分解是因為該過程需要吸收很高的能量，而電解法可以提供能量，有助于學生能量觀的建構。然后介紹：在化學發展史上第一次實現水電解為氫氣和氧氣是在1800年伏打發明電池后，自此“水是一種元素”的傳統認識徹底被打破，電解法的出現給人類帶來了一場認識上的革命，當時英國化學家戴維敏感的意識到它可以用于研究物質的組成，大膽嘗試用電解的方法去分解一些當時人們認為不能夠被分解的物質，結果在短短一年時間內發現了6種新的金屬元素。開頭的設計，向學生展示了電解產生的時代背景和產生后給化學的發展帶來的巨大影響，使學生對于本節課的學習充滿期待。

三、那戴維到底是如何發現的新金屬呢？沿著戴維的探索思路，開展下面的探究活動

1.戴維最初想法是水通電可以分解為氫氣和氧氣，那物質的水溶液通電又會怎樣呢？由此引入對電解氯化銅溶液的探究。通過實驗學生發現一極析出紅色物質，一極有刺激性氣體生成，據此寫出電極反應式和總反應式。然后我從能量變化的角度引導學生：銅在氯氣中燃燒是放熱的，那氯化銅分解則是能量升高的，從而從能量變化的角度歸納出電解池的定義，進一步建構學生的能量觀。并根據剛才的實驗總結電解池的構成條件。為了突破電解原理這一重難點我制作了動畫。電子從電源的負極出發流入電解池的陰極，溶液中的銅離子移向陰極，氯離子移向陽極，銅離子得到電子析出銅，氯離子失去電子生成氯氣，電子流回電源的正極。進一步理解閉合回路的形成，強調陰離子的移動方向與外電路中電子的移動方向一致，陽離子的移動方向與外電路中電流的方向一致。通過觀看動畫從微觀角度體會電解池工作的原理。為了深化學生對陰極和陽極的認識，我請學生們自己歸納陰極和陽極的區別，從裝置的角度，與電源正極相連的叫做陽極，與電源負極相連的叫做陰極；從變化的角度，得電子、發生還原反應的是陰極，失電子發生氧化反應的是陽極。在學生對于電解裝置有了深刻理解之后請同學們嘗試從物質變化的角度歸納電解池的定義。這一環節的設計理念是：讓學生經歷概念的形成過程，通過發現問題，解決問題，實現學生從實驗現象的感性認識上升到電解原理的理性認識。

2.在理解電解原理的基礎上，我以戴維進行的具體探索為切入點。戴維時代人們認為從草木灰中提取出來的碳酸鉀是一種元素，但是戴維不迷信前人的結論，他想通過電解法使其分解。從而轉入對碳酸鉀溶液的探究。學生通過動手實驗，觀察到兩極均產生氣泡，且速度有快有慢。有了直觀的認識，我給出當年戴維的實驗結果：戴維實驗了幾十次，結果在兩極得到了兩種氣體，經分析是水電解產生的氫氣和氧氣，而碳酸鉀本身并沒有變化。那為什么電解碳酸鉀溶液相當于電解水呢？學生經過討論一致認為溶液中的離子在兩極是競爭著去得失電子的。聯系金屬活動順序表很容易得出離子的放電是有順序。這一環節的設計理念是：通過實驗發現新的問題-通過推理解決問題，初步理解離子的放電順序就是還原性、氧化性順序，從而完善對電解原理的認識，同時引導學生學習戴維勇于探索的精神。規律指導實踐，實踐驗證規律。為此我設計了實驗三電解氯化鈉溶液。通過以下三步：①預測能夠得到的產物。②設計實驗檢驗產物。③寫出電極反應式和總反應式。體會研究水溶液電解產物的一般過程和方法。簡單交流之后達成共識電解產物為氯氣，氫氣和氫氧化鈉。氫氧化鈉可以滴加酚酞檢驗，但由于此時兩極都有氣泡，不能夠通過刺激性氣味來判斷氯氣在哪一極生成。而我們的微型裝置同樣實現了淀粉碘化鉀試紙檢驗氯氣。我們將試紙平鋪在電極上面此時試紙潤濕，觀察到陽極首先變藍，改變角度，豁然開朗。

3.在實驗過程中，學生還提出了3個問題，使課堂得到了意外的生成。并經過同學們的相互幫助，找到了原因。

問題1：陽極產生氣泡慢是由于產生的氯氣溶解在了堿性溶液中。

問題2：電解前滴酚酞陰極首先變紅是由于氫離子放電破壞了水的電離平衡。

問題3：紅色過一會變淺是由于氯氣溶解后產生了具有漂白作用的物質。這一環節的設計：學生從中體驗成功的喜悅和知識的應用價值，課堂的意外生成開啟了學生思考和求知的大門。

那戴維到底如何發現的新元素呢？分析戴維發現金屬元素的特點，都是前2個主族的。學生聯系所學金屬冶煉方法意識到要排除水的干擾，可以電解熔融態的物質。而這也正是戴維當年實驗的思路，戴維最后通過電解熔融的氫氧化鉀得到了金屬鉀。他創立的最強大的氧化還原手段——電解法，使數千年都沒有被發現的活潑金屬從其熔融液中還原出來，受戴維的啟發，在電解法出現后的44年間科學家發現了31種新元素。電解的方法到今天依然具有重要的應用價值，相信以后也將會發揮更重要的作用，從而結束本節課.

四、課下作業

辯證主義的觀點認為：對立面之間是可以相互轉化，相互滲透的。本節電解池，與已學原電池，實現了對立面電能和化學能之間的相互轉化，課下請同學們比較原電池和電解池之間的聯系和區別。

五、板書設計

電解池

1.定義：

2.構成條件：

3.放電順序：Cu2+〉H+〉K+Cl-〉OH-〉CO32-

六、課后反思

反思本節課，以化學史構建教學內容主線，通過學生動手實驗，討論，交流注重了知識的形成過程，戴維的成功帶給了學生許多思考：當今社會更需要有不迷信，不盲從的創新精神和不怕失敗、勇往直前的實干精神，有助于學生的長遠發展，我想也是本節課育人價值的所在。

G632.41

A

1674-9324（2014）28-0170-02