李宏晨 盛家榮 吳昇宇

[摘? ?要]電解池是電化學(xué)的重要組成部分，作為化學(xué)教學(xué)中的重難點(diǎn)內(nèi)容，也是學(xué)生理解的難點(diǎn)，因此，有必要從宏觀現(xiàn)象到微觀本質(zhì)來設(shè)計(jì)教學(xué)，以體現(xiàn)新課程理念，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]電解池;教學(xué)設(shè)計(jì);宏微觀

[中圖分類號(hào)]? ?G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ?A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ?1674-6058（2019）11-0075-03

一、教材分析

《電解池》是人教版化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》第四章第三節(jié)的內(nèi)容。這節(jié)內(nèi)容共分為兩個(gè)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(yīng)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(yīng)，揭示了電解的原理;第二部分是電解原理的應(yīng)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(zhuǎn)化的一個(gè)應(yīng)用;電解過程是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程;電解池是一個(gè)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。這個(gè)裝置是如何實(shí)現(xiàn)能量之間的相互轉(zhuǎn)化的呢？即電解的原理，是本節(jié)課要解決的問題。氧化還原反應(yīng)，金屬離子和陰離子的放電順序，電解池的內(nèi)外電路是如何組成閉合回路的，這些知識(shí)是解決電解相關(guān)問題的基礎(chǔ)。因此，本節(jié)內(nèi)容是相關(guān)知識(shí)的綜合，是化學(xué)學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)內(nèi)容。

二、學(xué)情分析

關(guān)于知識(shí)儲(chǔ)備，學(xué)生在必修1已經(jīng)學(xué)習(xí)了有關(guān)氧化還原反應(yīng)的知識(shí)，知道氧化還原反應(yīng)中得失電子與氧化劑、還原劑的關(guān)系;在學(xué)習(xí)原電池時(shí)，接觸了電極反應(yīng)方程式的書寫，但對(duì)電極反應(yīng)式和電解反應(yīng)方程式的正確書寫仍存在困難;物理學(xué)中已經(jīng)講述了詳細(xì)的電學(xué)知識(shí)，但學(xué)生對(duì)于電解池閉合電路——離子的移動(dòng)與電子的定向移動(dòng)構(gòu)成電解池的閉合回路的理解，也就是對(duì)于電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的微觀知識(shí)的理解還存在困難。

高中生認(rèn)知趨于穩(wěn)定，抽象思維能力在迅速發(fā)展，有較強(qiáng)的好奇心和求知欲，對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shí)的引導(dǎo)與指導(dǎo)。

三、教法學(xué)法

教法：?jiǎn)栴}驅(qū)動(dòng)法、實(shí)驗(yàn)探究法、對(duì)比分析法、多媒體輔助法。

學(xué)法：自主學(xué)習(xí)、合作探究、討論交流。

四、教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)

（一）教學(xué)三維目標(biāo)

1.知識(shí)與技能

（1）掌握電解原理，會(huì)判斷電解池的陰陽極、電極產(chǎn)物;

（2）能書寫電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式;

（3）能解釋電解池與原電池的本質(zhì)區(qū)別。

2.過程與方法

（1）通過對(duì)電解原理的探究，鞏固實(shí)驗(yàn)探究的一般方法;

（2）通過實(shí)驗(yàn)探究，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、觀察能力和思維能力。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀

通過分組實(shí)驗(yàn)和討論，體會(huì)小組合作學(xué)習(xí)的樂趣，從而激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。通過電解知識(shí)的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)其在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，培養(yǎng)勇于創(chuàng)新、積極實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度。

（二）評(píng)價(jià)目標(biāo)

1.通過對(duì)電解氯化銅實(shí)驗(yàn)的微觀分析，診斷并發(fā)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的水平（定性水平、定量水平）。

2.通過對(duì)電解池陰陽兩極和電解產(chǎn)物的判斷和分析，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)電解池本質(zhì)的認(rèn)知進(jìn)階（物質(zhì)水平、微粒水平）和認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化水平（視角水平、內(nèi)涵水平）。

3.通過電解氯化鈉制取漂白粉的例子，診斷學(xué)生對(duì)化學(xué)價(jià)值的認(rèn)識(shí)水平（學(xué)科價(jià)值視角、社會(huì)價(jià)值視角、學(xué)科和社會(huì)價(jià)值視角）。

五、教學(xué)與評(píng)價(jià)思路

六、教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

【教師活動(dòng)】遠(yuǎn)程連線化工廠的技術(shù)員，技術(shù)員介紹化工廠的一些主要產(chǎn)品：“同學(xué)們，大家好，我是南寧市一家化工廠的技術(shù)人員，我們工廠主要生產(chǎn)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(qǐng)各位同學(xué)跟隨我的腳步一起去看看……這是我們工廠的第一個(gè)車間，主要對(duì)氯化鈉進(jìn)行電解……（信號(hào)中斷）

【學(xué)生活動(dòng)】聆聽技術(shù)員的介紹，感受化學(xué)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

【問題一】制取漂白粉和電解氯化鈉有什么關(guān)系呢？學(xué)生帶著問題進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)。

（設(shè)計(jì)意圖：從工程技術(shù)走進(jìn)本課題的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。）

環(huán)節(jié)二：分析電解池

1.宏觀現(xiàn)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(dǎo)學(xué)案上的內(nèi)容。

【學(xué)生活動(dòng)】閱讀教材，找出電解的定義、電解池的組成，完成導(dǎo)學(xué)案的相應(yīng)內(nèi)容。

【教師活動(dòng)】根據(jù)電解池的定義，總結(jié)出電解池由哪幾部分組成。

【學(xué)生活動(dòng)】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(xué)生活動(dòng)】為了更好地感受電解的過程，分小組完成電解氯化鈉實(shí)驗(yàn)，并思考以下問題，完成導(dǎo)學(xué)案上的相應(yīng)內(nèi)容。

【問題四】（1）與電源負(fù)極相接的電極（陰極）上出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

（2）與電源正極相接的電極（陽極）上出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

（3）陽極區(qū)和陰極區(qū)溶液中出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

（4）濕潤(rùn)的淀粉-KI試紙有什么變化？

【學(xué)生活動(dòng)】分小組完成實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，完成導(dǎo)學(xué)案。

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn);陰極石墨棒有氣泡生成，pH試紙顯藍(lán)色;陽極石墨棒有氣泡生成，pH試紙變成紅色，且內(nèi)圈變成無色;濕潤(rùn)的碘化鉀淀粉試紙變成藍(lán)色。

（設(shè)計(jì)意圖：化學(xué)變化伴隨著宏觀現(xiàn)象的轉(zhuǎn)變，從宏觀到微觀，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。）

2.微觀本質(zhì)

【問題五】為什么會(huì)有這些現(xiàn)象發(fā)生？你能根據(jù)已有的知識(shí)解釋這些現(xiàn)象嗎？

【學(xué)生活動(dòng)】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(fā)生了定向移動(dòng)。

【問題六】

（1）通電前溶液中存在哪些離子？這些離子是如何運(yùn)動(dòng)的？

（2）接通直流電后，原來的離子運(yùn)動(dòng)發(fā)生了怎樣的改變？

（3）相關(guān)離子在兩極發(fā)生了什么樣的反應(yīng)？

【學(xué)生活動(dòng)】思考，得出答案：

（1）通電前溶液中Na+、Cl-、H+、OH-自由移動(dòng)。

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

（3）H+在陰極得電子變成了單質(zhì)H2;Cl-在陽極失電子變成了Cl2。

（設(shè)計(jì)意圖：從宏觀現(xiàn)象到微觀解釋，讓學(xué)生自己動(dòng)手繪畫出離子的移動(dòng)情況，培養(yǎng)學(xué)生的藝術(shù)素養(yǎng)。）

【問題七】你能根據(jù)以上的分析試著寫出陰極和陽極發(fā)生的電極反應(yīng)嗎？在陰陽兩極各發(fā)生了什么反應(yīng)？總反應(yīng)是什么？

【學(xué)生活動(dòng)】寫電極反應(yīng)方程式。

陽極：2Cl--2e-=Cl2↑（發(fā)生氧化反應(yīng)）

陰極：2H++2e-=H2↑（發(fā)生還原反應(yīng)）

總反應(yīng)：2H++2Cl-= H2↑+ Cl2↑

【問題八】如果工業(yè)上將1噸NaCl配制成溶液，理論上可以獲得多少氯氣？

【學(xué)生活動(dòng)】思考交流。

（設(shè)計(jì)意圖：用化學(xué)符號(hào)進(jìn)行三重表征，讓學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決化學(xué)問題，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)。）

【問題九】在NaCl溶液中有自由移動(dòng)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(zhì)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(duì)的）。我們?cè)谥袑W(xué)階段只要求掌握以下規(guī)律：

陽離子放電順序：按金屬活動(dòng)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(shè)計(jì)意圖：從宏觀現(xiàn)象到微觀解釋，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、信息處理能力、動(dòng)手能力以及觀察能力;通過實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的思考能力以及合作交流的能力;運(yùn)用問題驅(qū)動(dòng)的方式，讓學(xué)生進(jìn)一步理解電解池的原理。）

環(huán)節(jié)三：應(yīng)用電解池

【問題十】通過以上的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)能夠解釋制取漂白粉和電解氯化鈉的關(guān)系。你能試著運(yùn)用已有的知識(shí)進(jìn)行電解氯化銅實(shí)驗(yàn)嗎？其陰陽兩極的產(chǎn)物是什么？

【學(xué)生活動(dòng)】思考，動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從宏觀到微觀再到化學(xué)符號(hào)的三重表征，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力與科學(xué)素養(yǎng)。）

【問題十一】通過以上學(xué)習(xí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)電解池與之前學(xué)的原電池有相似的地方，你能否從電極名稱、電極反應(yīng)、能量變化和反應(yīng)的自發(fā)性四個(gè)方面總結(jié)出原電池和電解池的區(qū)別呢？完成導(dǎo)學(xué)案。

【學(xué)生活動(dòng)】小組合作交流，完成導(dǎo)學(xué)案上相應(yīng)的內(nèi)容。

（設(shè)計(jì)意圖：以電解技術(shù)素材結(jié)尾，前后呼應(yīng)。以電解原理為主線，沿著電解技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行的學(xué)習(xí)，突出應(yīng)用。）

環(huán)節(jié)四：小結(jié)鞏固

請(qǐng)學(xué)生跟隨教師的步伐，回憶本節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容，從電解的定義，電解池的結(jié)構(gòu)、原理及其在生活和生產(chǎn)中的運(yùn)用幾個(gè)方面說說收獲。

七、教學(xué)設(shè)計(jì)特色

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)以新課程理念為依托，在教學(xué)過程中將大量的時(shí)間留給學(xué)生去實(shí)驗(yàn)、去合作思考，從發(fā)現(xiàn)問題到總結(jié)規(guī)律，從宏觀到微觀，從多方面、多角度到跨學(xué)科，從生活走進(jìn)化學(xué)，又從化學(xué)走向社會(huì)，體現(xiàn)知識(shí)源于生活、教育貼近生活的教育思想。此外，合理地運(yùn)用多媒體，通過動(dòng)畫化抽象為具體，有利于從本質(zhì)上突出教學(xué)重點(diǎn)，突破教學(xué)難點(diǎn)。

[? 參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ]

[1]? 宋心琦，何少華.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2]? 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2017.

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

（責(zé)任編輯 羅? ?艷）