基于宏微觀角度的《電解池》教學設計

李宏晨 盛家榮 吳昇宇

[摘? ?要]電解池是電化學的重要組成部分，作為化學教學中的重難點內容，也是學生理解的難點，因此，有必要從宏觀現象到微觀本質來設計教學，以體現新課程理念，培養學生的化學學科核心素養。

[關鍵詞]電解池;教學設計;宏微觀

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）11-0075-03

一、教材分析

《電解池》是人教版化學選修4《化學反應原理》第四章第三節的內容。這節內容共分為兩個部分，第一部分是電解原理，主要以電解CuCl2溶液為例，從電解的概念、電解的組成、電極反應的概念、陰陽兩極的判斷以及陰陽離子的放電順序介紹了電解反應，揭示了電解的原理;第二部分是電解原理的應用，介紹了電解飽和食鹽水制燒堿、氯氣和氫氣，電鍍，電冶金，等等。

電解是能量之間相互轉化的一個應用;電解過程是電能轉化為化學能的過程;電解池是一個將電能轉化為化學能的裝置。這個裝置是如何實現能量之間的相互轉化的呢？即電解的原理，是本節課要解決的問題。氧化還原反應，金屬離子和陰離子的放電順序，電解池的內外電路是如何組成閉合回路的，這些知識是解決電解相關問題的基礎。因此，本節內容是相關知識的綜合，是化學學習的重難點內容。

二、學情分析

關于知識儲備，學生在必修1已經學習了有關氧化還原反應的知識，知道氧化還原反應中得失電子與氧化劑、還原劑的關系;在學習原電池時，接觸了電極反應方程式的書寫，但對電極反應式和電解反應方程式的正確書寫仍存在困難;物理學中已經講述了詳細的電學知識，但學生對于電解池閉合電路——離子的移動與電子的定向移動構成電解池的閉合回路的理解，也就是對于電能與化學能相互轉化的微觀知識的理解還存在困難。

高中生認知趨于穩定，抽象思維能力在迅速發展，有較強的好奇心和求知欲，對實驗探究的熱情較高，但抽象思維和探究能力還不夠，需要教師適時的引導與指導。

三、教法學法

教法：問題驅動法、實驗探究法、對比分析法、多媒體輔助法。

學法：自主學習、合作探究、討論交流。

四、教學與評價目標

（一）教學三維目標

1.知識與技能

（1）掌握電解原理，會判斷電解池的陰陽極、電極產物;

（2）能書寫電極反應式及總反應式;

（3）能解釋電解池與原電池的本質區別。

2.過程與方法

（1）通過對電解原理的探究，鞏固實驗探究的一般方法;

（2）通過實驗探究，提高實驗能力、觀察能力和思維能力。

3.情感態度與價值觀

通過分組實驗和討論，體會小組合作學習的樂趣，從而激發學習化學的興趣。通過電解知識的學習，發現其在日常生活和工業生產中的廣泛應用，培養勇于創新、積極實踐的科學態度。

（二）評價目標

1.通過對電解氯化銅實驗的微觀分析，診斷并發展學生實驗探究的水平（定性水平、定量水平）。

2.通過對電解池陰陽兩極和電解產物的判斷和分析，診斷并發展學生對電解池本質的認知進階（物質水平、微粒水平）和認識思路的結構化水平（視角水平、內涵水平）。

3.通過電解氯化鈉制取漂白粉的例子，診斷學生對化學價值的認識水平（學科價值視角、社會價值視角、學科和社會價值視角）。

五、教學與評價思路

六、教學過程

環節一：創設情境，引入新課

【教師活動】遠程連線化工廠的技術員，技術員介紹化工廠的一些主要產品：“同學們，大家好，我是南寧市一家化工廠的技術人員，我們工廠主要生產的是漂白粉，也就是次氯酸鈉。那么次氯酸鈉是如何制備出來的呢？請各位同學跟隨我的腳步一起去看看……這是我們工廠的第一個車間，主要對氯化鈉進行電解……（信號中斷）

【學生活動】聆聽技術員的介紹，感受化學在工業生產中的應用。

【問題一】制取漂白粉和電解氯化鈉有什么關系呢？學生帶著問題進入本節課的學習。

（設計意圖：從工程技術走進本課題的學習，激發學生的學習興趣。）

環節二：分析電解池

1.宏觀現象

【問題二】制取漂白粉需要電解，那電解裝置是由什么組成的呢？閱讀教材，完成導學案上的內容。

【學生活動】閱讀教材，找出電解的定義、電解池的組成，完成導學案的相應內容。

【教師活動】根據電解池的定義，總結出電解池由哪幾部分組成。

【學生活動】思考，交流。

【問題三】電解池與我們之前提到的原電池的裝置有何不同呢？

【學生活動】為了更好地感受電解的過程，分小組完成電解氯化鈉實驗，并思考以下問題，完成導學案上的相應內容。

【問題四】（1）與電源負極相接的電極（陰極）上出現什么現象？

（2）與電源正極相接的電極（陽極）上出現什么現象？

（3）陽極區和陰極區溶液中出現什么現象？

（4）濕潤的淀粉-KI試紙有什么變化？

【學生活動】分小組完成實驗，觀察現象，完成導學案。

【實驗現象】電流表的指針發生偏轉;陰極石墨棒有氣泡生成，pH試紙顯藍色;陽極石墨棒有氣泡生成，pH試紙變成紅色，且內圈變成無色;濕潤的碘化鉀淀粉試紙變成藍色。

（設計意圖：化學變化伴隨著宏觀現象的轉變，從宏觀到微觀，培養學生發現問題和解決問題的能力。）

2.微觀本質

【問題五】為什么會有這些現象發生？你能根據已有的知識解釋這些現象嗎？

【學生活動】分小組交流，討論。得出：可能是溶液中的氫離子與氯離子在直流電的作用下發生了定向移動。

【問題六】

（1）通電前溶液中存在哪些離子？這些離子是如何運動的？

（2）接通直流電后，原來的離子運動發生了怎樣的改變？

（3）相關離子在兩極發生了什么樣的反應？

【學生活動】思考，得出答案：

（1）通電前溶液中Na+、Cl-、H+、OH-自由移動。

（2）通電后帶正電的Na+、H+向陰極移動;帶負電的Cl-、OH-向陽極移動。

（3）H+在陰極得電子變成了單質H2;Cl-在陽極失電子變成了Cl2。

（設計意圖：從宏觀現象到微觀解釋，讓學生自己動手繪畫出離子的移動情況，培養學生的藝術素養。）

【問題七】你能根據以上的分析試著寫出陰極和陽極發生的電極反應嗎？在陰陽兩極各發生了什么反應？總反應是什么？

【學生活動】寫電極反應方程式。

陽極：2Cl--2e-=Cl2↑（發生氧化反應）

陰極：2H++2e-=H2↑（發生還原反應）

總反應：2H++2Cl-= H2↑+ Cl2↑

【問題八】如果工業上將1噸NaCl配制成溶液，理論上可以獲得多少氯氣？

【學生活動】思考交流。

（設計意圖：用化學符號進行三重表征，讓學生利用數學知識解決化學問題，培養學生的數學素養。）

【問題九】在NaCl溶液中有自由移動的Na+、Cl-、H+、OH-，為什么只有H+、Cl-得失電子，而Na+、OH-卻不能在兩極上得失電子呢？

解釋：電解質溶液中各種離子在兩極上得失電子是有一定順序的，我們稱之為放電順序，放電順序涉及多種因素（陰、陽離子在電極上的放電順序并不是絕對的）。我們在中學階段只要求掌握以下規律：

陽離子放電順序：按金屬活動性順序，越不活潑的金屬，其陽離子越容易得電子（被還原）。

陰離子放電順序：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子。

（設計意圖：從宏觀現象到微觀解釋，培養學生的獨立思考能力、信息處理能力、動手能力以及觀察能力;通過實驗，培養學生的思考能力以及合作交流的能力;運用問題驅動的方式，讓學生進一步理解電解池的原理。）

環節三：應用電解池

【問題十】通過以上的學習，我們已經能夠解釋制取漂白粉和電解氯化鈉的關系。你能試著運用已有的知識進行電解氯化銅實驗嗎？其陰陽兩極的產物是什么？

【學生活動】思考，動手進行實驗。

（設計意圖：讓學生根據已有知識設計實驗，從宏觀到微觀再到化學符號的三重表征，培養學生實驗探究的能力與科學素養。）

【問題十一】通過以上學習，我們會發現電解池與之前學的原電池有相似的地方，你能否從電極名稱、電極反應、能量變化和反應的自發性四個方面總結出原電池和電解池的區別呢？完成導學案。

【學生活動】小組合作交流，完成導學案上相應的內容。

（設計意圖：以電解技術素材結尾，前后呼應。以電解原理為主線，沿著電解技術的發展進行的學習，突出應用。）

環節四：小結鞏固

請學生跟隨教師的步伐，回憶本節課所學的內容，從電解的定義，電解池的結構、原理及其在生活和生產中的運用幾個方面說說收獲。

七、教學設計特色

本節課的教學設計以新課程理念為依托，在教學過程中將大量的時間留給學生去實驗、去合作思考，從發現問題到總結規律，從宏觀到微觀，從多方面、多角度到跨學科，從生活走進化學，又從化學走向社會，體現知識源于生活、教育貼近生活的教育思想。此外，合理地運用多媒體，通過動畫化抽象為具體，有利于從本質上突出教學重點，突破教學難點。

[? 參? ?考? ?文? ?獻? ]

[1]? 宋心琦，何少華.普通高中課程標準實驗教科書·化學反應原理[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準[S].北京：人民教育出版社，2017.

[3]? 謝晨，胡惠閔.學情分析中“學情”的理解[J].全球教育展望，2015（2）：20-27.

（責任編輯 羅? ?艷）