陳柳青

摘要：電解在人類文明和科技發(fā)展中具有重要地位。高中階段，多種版本的教材中電解均出現(xiàn)在《化學(xué)反應(yīng)原理》的電化學(xué)基礎(chǔ)專題中，且都是以電解氯化銅為例分析電解原理。從培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)角度對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微型化改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：電解氯化銅；微型實(shí)驗(yàn)；化學(xué)核心素養(yǎng)

文章編號(hào)：1008-0546（2017）12-0088-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.12.031

一、創(chuàng)意來(lái)源

1807年英國(guó)科學(xué)家H·戴維通過(guò)電解熔融苛性堿的方法制取鉀、鈉，開(kāi)創(chuàng)了冶金工業(yè)新紀(jì)元，現(xiàn)在電解已廣泛用于金屬的冶煉和提純，以及電鍍工業(yè)，為人類文明和科技發(fā)展做出很大貢獻(xiàn)。高中階段，電解原理是電化學(xué)的重要基礎(chǔ)理論，在人教版《選修4化學(xué)反應(yīng)原理》第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)電解池，以及蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》專題1化學(xué)反應(yīng)與能量變化第二單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化中，都用電解CuCl₂溶液的實(shí)驗(yàn)來(lái)分析電解原理。教材都在U型管中進(jìn)行Cu-Cl₂溶液電解，主要為教師演示實(shí)驗(yàn)。有以下一些不足：

用量較多，每次大約30mL左右。時(shí)間稍長(zhǎng)，教室里就有較濃的氯氣味道，尾氣不易處理，不符合綠色化學(xué)理念。教師演示時(shí)，坐在教室后面的學(xué)生看不清實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。不適合學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生失去了動(dòng)手探究的好機(jī)會(huì)。

從提高學(xué)生自主探究能力，以及解決氯氣污染問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)可視性等角度考慮，設(shè)計(jì)此微型實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)用品

儀器：交直流低壓多用電源、帶鱷魚(yú)夾導(dǎo)線2根、兩頭尖2B鉛筆2根、塑料滴管1支、100mL燒杯1個(gè)、玻璃三通管、鑷子、培養(yǎng)皿。

藥品及其他用品：0.1mol/LNaOH溶液、0.5mol/LCuCh溶液、淀粉碘化鉀試紙、蒸餾水、脫脂棉。

三、實(shí)驗(yàn)裝置

四、實(shí)驗(yàn)原理

陰極產(chǎn)生紅色固體推測(cè)生成銅單質(zhì)，陽(yáng)極產(chǎn)生氣泡且使?jié)駶?rùn)的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)推測(cè)生成氯氣。

五、實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

（1）加入棉花和試紙。用銅絲將棉花條塞進(jìn)三通管中間，將碘化鉀淀粉試紙置于垂直管中，用塑料滴管吸取蒸餾水潤(rùn)濕，塞上棉花。

（2）加入試劑。用塑料滴管把0.5mol/LCuCl₂溶液滴加到三通管中間的棉花中，將0.1mol/LNaOH溶液擠入垂直管中的棉花。

（3）接通直流電源。將鉛筆插入三通管兩側(cè)，用鱷魚(yú)夾接通14V直流電源（12V以下反應(yīng)較慢，14V和16V速率相差不大）。

（4）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。5秒后即可觀察碘化鉀淀粉試紙變藍(lán)；25秒左右接電源負(fù)極的棉花團(tuán)處及筆芯端頭出現(xiàn)明顯紅色物質(zhì)，接電源正極的一端產(chǎn)生大量氣體；45秒左右碘化鉀淀粉試紙藍(lán)色褪去。

（5）關(guān)閉電源。

六、設(shè)計(jì)特色

（1）踐行綠色化學(xué)理念，培養(yǎng)科學(xué)精神

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置有如下優(yōu)點(diǎn)：

①簡(jiǎn)單、便捷。棉花可以固定溶液，不會(huì)到處流淌，換藥品方便。

②節(jié)約用量，尾氣量少。各種藥品只需幾滴便可，幾乎聞不出氣味。

③適合分組實(shí)驗(yàn)。玻璃三通管可以直接平放于桌面，便于學(xué)生近距離觀察現(xiàn)象。增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究機(jī)會(huì)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

④用鉛筆代替石墨棒，將生活中的元素融入實(shí)驗(yàn)，可激發(fā)學(xué)生探究和創(chuàng)新意識(shí)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和課本上不一樣，裝置前后的變化、優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比等，尤其是簡(jiǎn)單、便捷、污染小、現(xiàn)象明顯等優(yōu)點(diǎn)會(huì)激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究和創(chuàng)新意識(shí)。通過(guò)踐行綠色化學(xué)理念，提升嚴(yán)謹(jǐn)求真、勇于質(zhì)疑的科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任。

（2）提高核心素養(yǎng)，促進(jìn)認(rèn)知提升

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，尤其是陰極產(chǎn)生紅色物質(zhì)（Cu），陽(yáng)極產(chǎn)生使?jié)駶?rùn)的碘化鉀淀粉試紙變藍(lán)的氣體（Cl₂），這有助于提高學(xué)生從宏觀現(xiàn)象轉(zhuǎn)入到離子遷移、得失電子等角度進(jìn)行微觀探析的能力，從而更好地理解電解原理，提高宏觀辨識(shí)與微觀探析的核心素養(yǎng)。裝置還可用于不同溶液的電解探究，有助于學(xué)生提高知識(shí)遷移能力。在學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)自主建構(gòu)知識(shí)的同時(shí)也有助于教師突破教學(xué)重難點(diǎn)。endprint