運(yùn)用便攜式pH計(jì)探究電解水的微觀原理

龐玉璽　汪嶸

摘要：文章通過對(duì)電解水裝置的改進(jìn)，運(yùn)用便攜式pH計(jì)對(duì)電解水的微觀原理進(jìn)行了探究，并在教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：電解水；pH計(jì)；裝置改進(jìn)

文章編號(hào)：1008-0546（2014）10-0084-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

電解水實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)的一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。在初中學(xué)段，電解水實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能側(cè)重于水的組成元素及組成元素的量比關(guān)系，也就是“是什么”；高中學(xué)段則更注重電解水的原理和本質(zhì)，也就是“為什么”。不同的教學(xué)功能使得兩個(gè)學(xué)段對(duì)電解水實(shí)驗(yàn)的要求不同。初中學(xué)段本實(shí)驗(yàn)需成功地檢驗(yàn)出得到的氣體分別是氫氣和氧氣，且兩種氣體體積比例2∶1，而高中學(xué)段則需從微觀原理知道氫離子和氫氧根在不同電極上放電而得到產(chǎn)物。傳統(tǒng)上，對(duì)電解水原理的教學(xué)一般采用先通過初中已有知識(shí)電解水實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)入手，然后從電解質(zhì)電離和電解質(zhì)溶液中離子放電的角度分析產(chǎn)生這些現(xiàn)象的微觀過程。這種方法更多關(guān)注的是用微觀過程對(duì)宏觀現(xiàn)象進(jìn)行解釋，學(xué)生在思維上延續(xù)著宏觀思維的方式。鑒于此，筆者針對(duì)高中學(xué)段的教學(xué)需求改進(jìn)了電解水實(shí)驗(yàn)，以期能將初高中學(xué)段關(guān)于電解水實(shí)驗(yàn)的教學(xué)更加有效地銜接起來，并使學(xué)生能夠從微觀角度理解其原理，能從微觀本質(zhì)理解宏觀現(xiàn)象，幫助學(xué)生建立微粒觀的思維。

一、電解水裝置的改進(jìn)

生3：陽極附近溶液pH小于7，陰極附近溶液pH大于7。另外可以看見電極表面有一層細(xì)小的氣泡層。

師：什么原因呢？請(qǐng)大家記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，討論產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因。討論過后，抽取一個(gè)小組成員回答。

師：按照你的認(rèn)識(shí)，先告訴我水中存在哪些微粒呢？

生4：大部分水分子，少部分水電離出氫離子和氫氧根離子。

師：電離出的氫離子和氫氧根離子比例多少？

生：1∶1。

師：你能解釋下兩極的變化嗎？

生4：陰極上，氫離子變成了氫氣，氫氧根比氫離子多，呈堿性。陽極上，氫氧根變成了氧氣，氫離子比氫氧根離子多，呈酸性。

師：分別用最簡(jiǎn)潔的化學(xué)語言描述兩個(gè)電極上所發(fā)生的化學(xué)變化。

[學(xué)生展示]：陰極：H+→H2；陽極：OH-→O2

師：氫氣分子由什么構(gòu)成？

生（眾）：氫原子。

師：寫出氫離子和氫原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)現(xiàn)了什么？能修改下嗎？

[學(xué)生展示]：陰極：2H++2e-→H2↑；陽極：4OH--4e-→O2↑+2H2O

師：根據(jù)兩極的電極反應(yīng)式，這種得失電子的行為是如何引起的？是自發(fā)的嗎？

生5：不是自發(fā)的，需要消耗電能。

師：從氧化還原角度來看，兩極發(fā)生的屬于什么反應(yīng)類型？

生（眾）：陰極：還原反應(yīng)；陽極：氧化反應(yīng)。

師：由此我們是否可得到，水是極弱的電解質(zhì)，水的電解其本質(zhì)是極少量水分子電離出氫離子和氫氧根離子，在電能的作用下，氫離子在陰極獲得電子成氫氣逸出，氫氧根離子在陽極失去電子成氧氣逸出。

三、教學(xué)實(shí)踐思考

電解水實(shí)驗(yàn)中的微粒觀和變化觀是電離理論的核心思維。微觀粒子看不見、摸不著，又確實(shí)存在，如何通過技術(shù)手段使他們變得可以“可見”從而回歸知識(shí)的本源成為設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)思想。在具體的教學(xué)實(shí)踐中，也是采用“微觀→宏觀”教學(xué)法，由微觀粒子的變化來解釋宏觀現(xiàn)象。

在初中學(xué)段為實(shí)現(xiàn)電解水實(shí)驗(yàn)的教學(xué)需求，往往會(huì)在水中加入一些電解質(zhì)，如NaOH、H2SO4和Na2SO4，這些電解質(zhì)的加入增加了水的導(dǎo)電能力，使實(shí)驗(yàn)快速、現(xiàn)象明顯。根據(jù)高中學(xué)段教學(xué)需求改進(jìn)后的裝置，雖然宏觀現(xiàn)象不明顯，但更注重微觀粒子的變化。利用便攜式pH計(jì)可清楚地觀測(cè)到溶液內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)變化，同時(shí)也給學(xué)生一個(gè)觀念：水是個(gè)極弱的電解質(zhì)，導(dǎo)電能力很弱，而電解是電解質(zhì)溶液在直流電作用下微觀的陰陽離子在兩極的變化行為。使用現(xiàn)代技術(shù)手段做一點(diǎn)小小的嘗試，從微觀視角去審視一個(gè)實(shí)驗(yàn)、一個(gè)原理，揭示宏觀現(xiàn)象背后所隱含的微觀原理，能夠幫助學(xué)生更好地從分子、原子和離子層面上理解化學(xué)變化的本質(zhì)，更有效地提升學(xué)生的化學(xué)思維品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚子鵬.九年義務(wù)教育課本九年級(jí)·化學(xué)[M].試用本.上海：上海教育出版社，2009：65-67

[2] 姚子鵬.高級(jí)中學(xué)課本·化學(xué)[M].試用本.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2009：81-83

[3] 張婉佳，杜東雙，李燕紅.電解水演示實(shí)驗(yàn)的探究[J].化學(xué)教育，2011，（7）：54-55

[4] 何彩霞.以化學(xué)觀念為統(tǒng)領(lǐng)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)[J].化學(xué)教育，2013，（1）：16-18endprint

摘要：文章通過對(duì)電解水裝置的改進(jìn)，運(yùn)用便攜式pH計(jì)對(duì)電解水的微觀原理進(jìn)行了探究，并在教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：電解水；pH計(jì)；裝置改進(jìn)

文章編號(hào)：1008-0546（2014）10-0084-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

電解水實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)的一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。在初中學(xué)段，電解水實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能側(cè)重于水的組成元素及組成元素的量比關(guān)系，也就是“是什么”；高中學(xué)段則更注重電解水的原理和本質(zhì)，也就是“為什么”。不同的教學(xué)功能使得兩個(gè)學(xué)段對(duì)電解水實(shí)驗(yàn)的要求不同。初中學(xué)段本實(shí)驗(yàn)需成功地檢驗(yàn)出得到的氣體分別是氫氣和氧氣，且兩種氣體體積比例2∶1，而高中學(xué)段則需從微觀原理知道氫離子和氫氧根在不同電極上放電而得到產(chǎn)物。傳統(tǒng)上，對(duì)電解水原理的教學(xué)一般采用先通過初中已有知識(shí)電解水實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)入手，然后從電解質(zhì)電離和電解質(zhì)溶液中離子放電的角度分析產(chǎn)生這些現(xiàn)象的微觀過程。這種方法更多關(guān)注的是用微觀過程對(duì)宏觀現(xiàn)象進(jìn)行解釋，學(xué)生在思維上延續(xù)著宏觀思維的方式。鑒于此，筆者針對(duì)高中學(xué)段的教學(xué)需求改進(jìn)了電解水實(shí)驗(yàn)，以期能將初高中學(xué)段關(guān)于電解水實(shí)驗(yàn)的教學(xué)更加有效地銜接起來，并使學(xué)生能夠從微觀角度理解其原理，能從微觀本質(zhì)理解宏觀現(xiàn)象，幫助學(xué)生建立微粒觀的思維。

一、電解水裝置的改進(jìn)

生3：陽極附近溶液pH小于7，陰極附近溶液pH大于7。另外可以看見電極表面有一層細(xì)小的氣泡層。

師：什么原因呢？請(qǐng)大家記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，討論產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因。討論過后，抽取一個(gè)小組成員回答。

師：按照你的認(rèn)識(shí)，先告訴我水中存在哪些微粒呢？

生4：大部分水分子，少部分水電離出氫離子和氫氧根離子。

師：電離出的氫離子和氫氧根離子比例多少？

生：1∶1。

師：你能解釋下兩極的變化嗎？

生4：陰極上，氫離子變成了氫氣，氫氧根比氫離子多，呈堿性。陽極上，氫氧根變成了氧氣，氫離子比氫氧根離子多，呈酸性。

師：分別用最簡(jiǎn)潔的化學(xué)語言描述兩個(gè)電極上所發(fā)生的化學(xué)變化。

[學(xué)生展示]：陰極：H+→H2；陽極：OH-→O2

師：氫氣分子由什么構(gòu)成？

生（眾）：氫原子。

師：寫出氫離子和氫原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)現(xiàn)了什么？能修改下嗎？

[學(xué)生展示]：陰極：2H++2e-→H2↑；陽極：4OH--4e-→O2↑+2H2O

師：根據(jù)兩極的電極反應(yīng)式，這種得失電子的行為是如何引起的？是自發(fā)的嗎？

生5：不是自發(fā)的，需要消耗電能。

師：從氧化還原角度來看，兩極發(fā)生的屬于什么反應(yīng)類型？

生（眾）：陰極：還原反應(yīng)；陽極：氧化反應(yīng)。

師：由此我們是否可得到，水是極弱的電解質(zhì)，水的電解其本質(zhì)是極少量水分子電離出氫離子和氫氧根離子，在電能的作用下，氫離子在陰極獲得電子成氫氣逸出，氫氧根離子在陽極失去電子成氧氣逸出。

三、教學(xué)實(shí)踐思考

電解水實(shí)驗(yàn)中的微粒觀和變化觀是電離理論的核心思維。微觀粒子看不見、摸不著，又確實(shí)存在，如何通過技術(shù)手段使他們變得可以“可見”從而回歸知識(shí)的本源成為設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)思想。在具體的教學(xué)實(shí)踐中，也是采用“微觀→宏觀”教學(xué)法，由微觀粒子的變化來解釋宏觀現(xiàn)象。

在初中學(xué)段為實(shí)現(xiàn)電解水實(shí)驗(yàn)的教學(xué)需求，往往會(huì)在水中加入一些電解質(zhì)，如NaOH、H2SO4和Na2SO4，這些電解質(zhì)的加入增加了水的導(dǎo)電能力，使實(shí)驗(yàn)快速、現(xiàn)象明顯。根據(jù)高中學(xué)段教學(xué)需求改進(jìn)后的裝置，雖然宏觀現(xiàn)象不明顯，但更注重微觀粒子的變化。利用便攜式pH計(jì)可清楚地觀測(cè)到溶液內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)變化，同時(shí)也給學(xué)生一個(gè)觀念：水是個(gè)極弱的電解質(zhì)，導(dǎo)電能力很弱，而電解是電解質(zhì)溶液在直流電作用下微觀的陰陽離子在兩極的變化行為。使用現(xiàn)代技術(shù)手段做一點(diǎn)小小的嘗試，從微觀視角去審視一個(gè)實(shí)驗(yàn)、一個(gè)原理，揭示宏觀現(xiàn)象背后所隱含的微觀原理，能夠幫助學(xué)生更好地從分子、原子和離子層面上理解化學(xué)變化的本質(zhì)，更有效地提升學(xué)生的化學(xué)思維品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚子鵬.九年義務(wù)教育課本九年級(jí)·化學(xué)[M].試用本.上海：上海教育出版社，2009：65-67

[2] 姚子鵬.高級(jí)中學(xué)課本·化學(xué)[M].試用本.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2009：81-83

[3] 張婉佳，杜東雙，李燕紅.電解水演示實(shí)驗(yàn)的探究[J].化學(xué)教育，2011，（7）：54-55

[4] 何彩霞.以化學(xué)觀念為統(tǒng)領(lǐng)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)[J].化學(xué)教育，2013，（1）：16-18endprint

摘要：文章通過對(duì)電解水裝置的改進(jìn)，運(yùn)用便攜式pH計(jì)對(duì)電解水的微觀原理進(jìn)行了探究，并在教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：電解水；pH計(jì)；裝置改進(jìn)

文章編號(hào)：1008-0546（2014）10-0084-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

電解水實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)的一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。在初中學(xué)段，電解水實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能側(cè)重于水的組成元素及組成元素的量比關(guān)系，也就是“是什么”；高中學(xué)段則更注重電解水的原理和本質(zhì)，也就是“為什么”。不同的教學(xué)功能使得兩個(gè)學(xué)段對(duì)電解水實(shí)驗(yàn)的要求不同。初中學(xué)段本實(shí)驗(yàn)需成功地檢驗(yàn)出得到的氣體分別是氫氣和氧氣，且兩種氣體體積比例2∶1，而高中學(xué)段則需從微觀原理知道氫離子和氫氧根在不同電極上放電而得到產(chǎn)物。傳統(tǒng)上，對(duì)電解水原理的教學(xué)一般采用先通過初中已有知識(shí)電解水實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)入手，然后從電解質(zhì)電離和電解質(zhì)溶液中離子放電的角度分析產(chǎn)生這些現(xiàn)象的微觀過程。這種方法更多關(guān)注的是用微觀過程對(duì)宏觀現(xiàn)象進(jìn)行解釋，學(xué)生在思維上延續(xù)著宏觀思維的方式。鑒于此，筆者針對(duì)高中學(xué)段的教學(xué)需求改進(jìn)了電解水實(shí)驗(yàn)，以期能將初高中學(xué)段關(guān)于電解水實(shí)驗(yàn)的教學(xué)更加有效地銜接起來，并使學(xué)生能夠從微觀角度理解其原理，能從微觀本質(zhì)理解宏觀現(xiàn)象，幫助學(xué)生建立微粒觀的思維。

一、電解水裝置的改進(jìn)

生3：陽極附近溶液pH小于7，陰極附近溶液pH大于7。另外可以看見電極表面有一層細(xì)小的氣泡層。

師：什么原因呢？請(qǐng)大家記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，討論產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因。討論過后，抽取一個(gè)小組成員回答。

師：按照你的認(rèn)識(shí)，先告訴我水中存在哪些微粒呢？

生4：大部分水分子，少部分水電離出氫離子和氫氧根離子。

師：電離出的氫離子和氫氧根離子比例多少？

生：1∶1。

師：你能解釋下兩極的變化嗎？

生4：陰極上，氫離子變成了氫氣，氫氧根比氫離子多，呈堿性。陽極上，氫氧根變成了氧氣，氫離子比氫氧根離子多，呈酸性。

師：分別用最簡(jiǎn)潔的化學(xué)語言描述兩個(gè)電極上所發(fā)生的化學(xué)變化。

[學(xué)生展示]：陰極：H+→H2；陽極：OH-→O2

師：氫氣分子由什么構(gòu)成？

生（眾）：氫原子。

師：寫出氫離子和氫原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)現(xiàn)了什么？能修改下嗎？

[學(xué)生展示]：陰極：2H++2e-→H2↑；陽極：4OH--4e-→O2↑+2H2O

師：根據(jù)兩極的電極反應(yīng)式，這種得失電子的行為是如何引起的？是自發(fā)的嗎？

生5：不是自發(fā)的，需要消耗電能。

師：從氧化還原角度來看，兩極發(fā)生的屬于什么反應(yīng)類型？

生（眾）：陰極：還原反應(yīng)；陽極：氧化反應(yīng)。

師：由此我們是否可得到，水是極弱的電解質(zhì)，水的電解其本質(zhì)是極少量水分子電離出氫離子和氫氧根離子，在電能的作用下，氫離子在陰極獲得電子成氫氣逸出，氫氧根離子在陽極失去電子成氧氣逸出。

三、教學(xué)實(shí)踐思考

電解水實(shí)驗(yàn)中的微粒觀和變化觀是電離理論的核心思維。微觀粒子看不見、摸不著，又確實(shí)存在，如何通過技術(shù)手段使他們變得可以“可見”從而回歸知識(shí)的本源成為設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)思想。在具體的教學(xué)實(shí)踐中，也是采用“微觀→宏觀”教學(xué)法，由微觀粒子的變化來解釋宏觀現(xiàn)象。

在初中學(xué)段為實(shí)現(xiàn)電解水實(shí)驗(yàn)的教學(xué)需求，往往會(huì)在水中加入一些電解質(zhì)，如NaOH、H2SO4和Na2SO4，這些電解質(zhì)的加入增加了水的導(dǎo)電能力，使實(shí)驗(yàn)快速、現(xiàn)象明顯。根據(jù)高中學(xué)段教學(xué)需求改進(jìn)后的裝置，雖然宏觀現(xiàn)象不明顯，但更注重微觀粒子的變化。利用便攜式pH計(jì)可清楚地觀測(cè)到溶液內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)變化，同時(shí)也給學(xué)生一個(gè)觀念：水是個(gè)極弱的電解質(zhì)，導(dǎo)電能力很弱，而電解是電解質(zhì)溶液在直流電作用下微觀的陰陽離子在兩極的變化行為。使用現(xiàn)代技術(shù)手段做一點(diǎn)小小的嘗試，從微觀視角去審視一個(gè)實(shí)驗(yàn)、一個(gè)原理，揭示宏觀現(xiàn)象背后所隱含的微觀原理，能夠幫助學(xué)生更好地從分子、原子和離子層面上理解化學(xué)變化的本質(zhì)，更有效地提升學(xué)生的化學(xué)思維品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚子鵬.九年義務(wù)教育課本九年級(jí)·化學(xué)[M].試用本.上海：上海教育出版社，2009：65-67

[2] 姚子鵬.高級(jí)中學(xué)課本·化學(xué)[M].試用本.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2009：81-83

[3] 張婉佳，杜東雙，李燕紅.電解水演示實(shí)驗(yàn)的探究[J].化學(xué)教育，2011，（7）：54-55

[4] 何彩霞.以化學(xué)觀念為統(tǒng)領(lǐng)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)[J].化學(xué)教育，2013，（1）：16-18endprint