基于化學學科素養的“電解池”教學設計

杜 娟

(江蘇省梁豐高級中學 215600)

一、學情分析

本節課的授課對象為高二選修化學的學生，雖然他們在初、高中多個階段接觸過電解池，但是對電解池的工作原理及應用并沒有特別深入的理解.由于這部分內容本身的難度和抽象性，學生在實際學習中對電解原理及應用的理解存在一定困難.

二、教學目標

1.通過小組實驗探究，理解電解池的工作原理和離子在電極上的放電順序，結合宏觀現象分析具體電解問題.

2.在探究實驗的基礎上，總結不同類型電解質的電解規律，歸納總結解決電解問題的方法模型.

3.學會設計、分析實驗并得出結論，能從原理的角度進行解釋.在實驗探究過程中體驗科學研究的謹慎、追求真理的精神.

三、教學重難點

教學重點：電解原理

教學難點：離子的放電順序

四、教學過程

1.設置情境，引入課題

【教師】化學是一門具有獨特魅力的學科.化學家們像神奇的魔術師，運用自己的智慧，變出了許多人類未曾知曉的物質，將無數的不可能變成可能.今天，教師也給大家帶來一個小魔術.

【展示】酒杯中盛放了滴有酚酞的無色溶液

【教師】這是一個酒杯，里面放著“白酒”，現在我利用一個裝置，讓“白酒”變“紅酒”.見證奇跡的時刻到了……

【現象】酒杯中的“白酒”變成了“紅酒”(無色溶液變紅)

【教師】我想，現在學生一定會有一個疑問：這個過程是怎么發生的？下面，我們就一起來探究其原理，揭示其奧秘.

設計意圖：通過明顯的實驗現象，引起學生的好奇心，激發學生的探知欲.

2.探究電解池的工作原理

【教師】老師剛才正是用了這個裝置，才能變成魔術.請學生仔細觀察，這個裝置的構成要素有哪些？

【學生】電源、導線、電極、電解質溶液，形成閉合回路.

【教師】在黑板上畫出裝置圖

【教師】學生通過觀察分析，非常準確地說出了裝置的構成要素.如果從能量角度分析，這個裝置實現了怎樣的能量變化？

【學生】溶液變紅說明有新物質生成，實現了電能到化學能的轉化.

【教師】我們將這種能將電能轉化為化學能的裝置稱為——電解池.

【板書】電解池

【教師】電源有正負極之分，與電源正極相連的叫電解池的陽極；與電源負極相連的叫電解池的陰極.

【教師】在初中我們已經學習過電解水，知道陽極產生氧氣，陰極產生氫氣.現在我要問問你們，為什么會在陽極產生氧氣，陰極產生氫氣？水中存在哪些微粒？

【學生】氫離子，氫氧根離子

【教師】這些微粒如何運動？

【學生】通電前，這些微粒做無規則運動；通電以后，在電場作用下，氫離子、氫氧根做定向移動；氫離子移向陰極，氫氧根移向陽極.

【教師】對電源負極而言，是電子流出的一極.請問電子流到哪里去？

【學生】流到陰極，給陰極區的氫離子，氫離子得電子變成氫氣.

【教師】發生的是什么反應？

【學生】氫離子得電子，發生還原反應.

【教師】回答很正確

【板書】一、電解池的定義

【教師】此時陰極區氫氧根濃度增大，堿性增強.對于電源正極而言，是電子流入的一極，流入的電子從何而來？

【學生】氫氧根失電子，氫氧根失電子化合價升高，生成氧氣，發生氧化反應.

【教師】此時陽極區氫離子濃度增大，酸性增強.兩個電極區域pH變化是水電解反應的一個重要表征，此時水仍然是電中性的.

【總結】在直流電作用下，電解質溶液中的陰陽離子在兩個電極發生氧化還原反應的過程叫做電解.畫出電解水的原理圖(如圖1所示).

圖1 電解水原理圖

設計意圖：從學生最熟悉的電解實驗——電解水實驗作為突破點，分析電解池的構造，電解的原理及電解過程中陰、陽兩極的電極反應，幫助學生從已有的知識中總結歸納出電解的基本原理.

3.探究電解規律

【教師】我們知道，水是一種弱電解質，水電離產生的氫離子、氫氧根離子的濃度比較小，直接電解水的速率比較慢.在初中化學書上提到可以向水中加一些物質，還記得加哪些物質嗎？

【學生】加鹽，加氯化鈉，硫酸鈉……

【教師】是否所有鹽都可以加？

【學生】思考

【教師】水槽中提供了NaCl、Na2SO4、CuCl2三種鹽溶液，請大家通過電解實驗，研究一下不同電解質溶液的電解規律.

【學生】小組合作完成電解實驗，匯報實驗現象(如圖2～圖4所示)，總結離子放電順序.

圖2 電解食鹽水現象 圖3 電解硫酸鈉現象 圖4 電解氯化銅實驗

【學生一】在浸有NaCl溶液的pH試紙上做電解實驗，看到陽極區試紙變紅，且石墨棒接觸的位置紅色褪去；陰極區試紙變藍；在浸有Na2SO4溶液的pH試紙上做電解實驗，看到陽極區試紙變紅，陰極區試紙變藍；在點滴板中做電解CuCl2的實驗，陽極區產生氣泡，氣體能使濕潤的淀粉-KI試紙變藍，陰極石墨棒上析出紅色物質.

【教師】點評學生的實驗和結論，總結電解規律.

【板書】二、電解規律

設計意圖：讓學生小組合作討論，通過宏觀的實驗現象進行辨識，再從微觀層面上進行探析，探究電解的原理，通過比較離子的氧化性、還原性強弱，從而得出放電順序.通過電極反應式和總反應方程式的書寫，運用化學語言，形成化學符號表征的觀念.

4.回歸生產，學以致用

【教師】現在，大家已經可以揭秘剛才的“魔術”了.其實，“白酒”是加了兩滴酚酞的食鹽水.請大家思考一下，為什么會變成“紅酒”？

【學生】電解食鹽水生成了氫氧化鈉、氯氣和氫氣.溶液呈堿性，所以變紅.

【板書】三、電解原理的應用

【教師】電解飽和食鹽水也就是我們工業上的“氯堿工業”.其實，電解原理在工業上還有很多應用，比如電鍍、電解法冶煉金屬等等.金屬鈉的制備是我們在必修一中學習過的內容，大家還記得用什么方法嗎？

【學生】電解熔融氯化鈉.陽極產生氯氣，陰極產生鈉.

【教師】很好，大家學得很扎實.1799年，伏打發明電池，使人類第一次獲得了可實際使用的持續電流；1800年，英國科學家用伏打電池完成了電解水的實驗；1807年，英國化學家戴維用250個串聯的電池堆電解制得金屬鉀，此后，他又用電解法制得了鈉、鈣、鎂、鍶、鋇，成為迄今為止發現元素種類最多的科學家.希望學生也能像戴維等科學家一樣，不畏失敗，積極探索，勇攀科學高峰，為國家建設、為人類發展，做出更多貢獻.

設計意圖：首尾呼應，學生通過所學知識，解開了之前的疑惑.同時了解到所學的知識廣泛應用于生產生活實際，發揮了化學知識的正面價值，促進了學生化學價值觀的建構.