林朝惠

摘 要：近幾年的高考中，在電解池和原電池中涉及離子交換膜的試題較多，已經(jīng)形成了?？汲Ｐ碌奶攸c。掌握離子交換膜的使用，鞏固電化學中電極反應方程式的分析與書寫，了解離子交換膜在工業(yè)生產(chǎn)中的應用。通過解決具體的習題，總結(jié)歸納，建立解題模型，解決問題。

關鍵詞：電解池;氯堿工業(yè);電極反應式;工業(yè)生產(chǎn)

一、教學主題內(nèi)容及教學的現(xiàn)狀分析

1.教學主題內(nèi)容

電化學的內(nèi)容是高考全國卷歷年重要的考點之一，主要以選擇題和電極反應方程式書寫的形式出現(xiàn)，在近幾年的高考中，在電解池和原電池中涉及離子交換膜的試題較多，已經(jīng)形成了常考常新的特點，題目難度中等。本文結(jié)合例題，和學生一起認識各種交換膜，并學會辨識各種交換膜，理解和掌握交換膜在電化學中的重要應用。

2.教學現(xiàn)狀分析

本周針對“電化學中離子交換膜的應用”的疑問，讓學生掌握離子交換膜的使用，鞏固電化學中電極反應方程式的分析與書寫，了解離子交換膜在工業(yè)生產(chǎn)中的應用。通過解決具體的習題，總結(jié)歸納，建立解題模型，解決問題。

二、教學思想與創(chuàng)新點

電化學是研究化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的裝置、過程和效率的科學，在分析、合成等領域應用很廣，由此形成的工業(yè)也很多，如電解、電鍍、電冶金、電池制造等。從知識功能上，電化學研究的是能量的轉(zhuǎn)化問題;從知識的內(nèi)容上，電化學研究的是氧化還原原理的應用，在中學教材中，電化學的教學內(nèi)容在安排上呈現(xiàn)螺旋上升的形態(tài)，此外有關電化學的問題分析還是幫助學生形成正確的微粒觀、能量觀、轉(zhuǎn)化觀的絕好素材。

讓學生學會從化學的視角對生產(chǎn)、生活、科研等實際問題進行思考，養(yǎng)成提出問題進而分析問題、解決問題的習慣，培養(yǎng)和發(fā)展學生的科學探究能力。

三、教學目標

（考綱要求）

1.理解原電池和電解池的構(gòu)成、工作原理及應用，能寫出電極反應和總反應方程式。

2.了解常見化學電源種類及其工作原理。

3.了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害及防止金屬腐蝕的措施。

教學重點：電解池的構(gòu)成、工作原理及應用，能寫出電極反應和總反應方程式。

教學難點：電極反應式的書寫，電化學裝置的應用。

四、教學流程

教學環(huán)節(jié)有：

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設情景，引入課題

環(huán)節(jié)二：設計問題，探究原理

環(huán)節(jié)三：總結(jié)歸納，建立模型

環(huán)節(jié)四：應用模型，解決問題

環(huán)節(jié)五：課堂反饋，及時檢測

在教學過程中，將自主探究、合作交流、小組展示、“一題兩講”等教學方法融匯貫穿于各個教學環(huán)節(jié)。學生進行小組內(nèi)討論交流、現(xiàn)場講解、合作展示正確分析審題、分析氯堿工業(yè)和電解池原理，分析離子遷移，書寫電極反應式等。分享解題思路，建立解題模型。

五、教學實錄

引入：本周針對同學們提出“電化學中離子交換膜的應用”的疑問，了解離子交換膜在工業(yè)生產(chǎn)中的應用。這堂課從復習氯堿工業(yè)的原理[1]入手，復習掌握電化學的有關原理和重點知識內(nèi)容。

環(huán)節(jié)一：

【展示】氯堿工業(yè)。

【提問】請同學們寫出電極反應式和總反應式。

【學生活動】學生書寫電極反應式。

【提問】氯堿工業(yè)的產(chǎn)品是什么？

【學生回答】產(chǎn)品有Cl2、H2和NaOH。

【教師強調(diào)】精制的飽和食鹽水進入陽極室，純水（含少量NaOH的水）加入陰極室，在電解過程中，陰極室與陽極室的變化如下。

通電時，H2O在陰極表面放電生成了H2，Na+穿過離子交換膜由陽極室進入陰極室，導出的陰極液中含有NaOH。即H2和NaOH是陰極產(chǎn)品。

Cl-則在陽極表面放電生成了Cl2，電解后的淡鹽水從陽極導出，可重新用于配制食鹽水。即Cl2是陽極產(chǎn)品。

【提問】1.產(chǎn)品中氯氣與氫氧化鈉不能直接接觸，為什么？2.氫氣和氯氣也不能接觸，為什么？

【學生活動】討論、交流。

【學生回答】Cl2可與NaOH反應，生成NaCl與NaClO，使產(chǎn)品NaOH不純;H2和Cl2混合遇火或強光會爆炸。

【又問】那么如何將產(chǎn)品Cl2與NaOH，H2和Cl2隔離呢？

【展示】展示PPT，工業(yè)中氯堿工業(yè)的原理圖。

【學生回答】使用陽離子交換膜。

【教師強調(diào)】可以看出，陽離子交換膜只允許陽離子（Na+）通過，把電解槽隔成了陰極室（精制飽和NaCl）和陽極室（含少量NaOH的水），而阻止陰離子（Cl-、OH-）和氣體通過。

由此得出，陽離子交換膜在氯堿工業(yè)中的三個作用是：

①防止氯氣與氫氣混合而引起爆炸;②避免氯氣與氫氧化鈉反應生成NaClO影響而NaOH的產(chǎn)量;③避免Cl-進入陰極區(qū)影響NaOH的純度。

離子交換膜實現(xiàn)了電化學反應器中兩極產(chǎn)物的分隔，避免產(chǎn)物不純。氯堿工業(yè)中陽離子交換膜的作用之一就是防止Cl2與NaOH發(fā)生反應生成NaClO，從而影響NaOH純度。

【板書】二、離子交換膜

離子交換膜是具有離子交換性能的，對溶液中的離子具有選擇性透過能力的高分子薄膜。在應用時主要利用它的離子選擇透過性，由于制膜的主要原料是離子交換樹脂，故又稱為離子交換（樹脂）膜。

1.功能

使離子選擇性定向遷移，目的是平衡整個溶液中的離子濃度及電荷。

2.類型

根據(jù)透過的微粒種類、功能和結(jié)構(gòu)的不同，離子交換膜可以分為多種，在高考考查中常見的有陽離子交換膜、陰離子交換膜、質(zhì)子交換膜和特殊離子交換膜等。

（1）陽離子交換膜：是對陽離子具有選擇透過性，通常為磺酸型陽離子交換膜。由于陽離子交換膜帶負電荷，所以在電場作用下，帶有正電荷的陽離子可以透過陽離子交換膜，而帶負電荷的陰離子因為同性排斥而無法通過。即陽離子交換膜只允許陽離子通過，阻止陰離子和氣體通過。

（2）陰離子交換膜：是對陰離子具有選擇透過性，只允許陰離子通過。

（3）質(zhì)子交換膜：是對質(zhì)子（H+）導通，對電子絕緣的選擇透過性膜，只允許質(zhì)子（H+）通過。質(zhì)子交換膜是燃料電池中的核心元件，同時起到分隔燃料和氧化劑、傳導質(zhì)子的雙重作用。

工業(yè)上在電解制取某物質(zhì)的時候應當正確選擇交換膜，比如這幾年高考題中出現(xiàn)用電化學原理制備某些化工產(chǎn)品的時候，用了離子交換膜。

環(huán)節(jié)二：常見高考題

【引入】近幾年高考中，關于電化學中離子交換膜的考題是頻繁出現(xiàn)，例如：

【2018國乙27】（3）制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應式為_________________。電解后，________室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進行結(jié)晶脫水，可得到Na2S2O5。

【問】請同學們完成要求。

【學生活動】學生讀題、審題、做題。

【引導】請化學小組長幫忙解答各組問題。

【學生解答】請一名化學小組長上臺解答。學生從審題角度，電極反應原理，溶液中離子移動等角度分析并得出結(jié)論。

【教師講解】陽極附近是稀H2SO4，SO42-的放電順序位于H2O電離的OH-之后，陽極發(fā)生電極反應：2H2O-4e-=4H++O2↑，H+通過陽離子交換膜進入a室，與a室的Na2SO3結(jié)合，生成NaHSO3;陰極是H2O電離的H+放電，OH-濃度增大，與NaHSO3反應生成Na2SO3，所以電解后a室的NaHSO3濃度增加，故答案為：2H2O-4e-=4H++O2↑;a。

環(huán)節(jié)三：總結(jié)提升，歸納解題模型

【引導】請同學們思考一下，做這類題需要注意些什么呢？

【學生活動】思考、交流、討論。

【學生講解】做這類題，歸根結(jié)底是電化學原理的應用，應先判斷是什么池（原電池或電解池），再判斷電極，分析離子移動方向，離子交換膜類型，離子放電順序，根據(jù)題目要求書寫電極反應式，最后分析或計算電解質(zhì)中各粒子濃度變化等。

【教師點評】總結(jié)歸納非常有序和完整。

【板書設計】

1.氯堿工業(yè)

2.離子交換膜

3.解題一般思路：

（1）XX池→X極反應→X離子移動→溶液中電解液變化，產(chǎn)物是什么？

（2）離子交換膜的用途：

①用于物質(zhì)的分離和提純;

②用于物質(zhì)的制備。

六、教學效果與反思

電化學在新課標中占有十分重要的地位，從近幾年命題分析看已成為各地高考試卷中的穩(wěn)定題型。不僅考查電化學基礎知識，還考查電化學應用。試題的深度和廣度可能加大，尤其是電學知識的遷移更能測試綜合能力。

進入高三，有的學生脫離教材，一味看資料、做習題，以資料代替教材，不深入鉆研教材，結(jié)果是本末倒置。全面閱讀教材，反復閱讀重點，認真鉆研教材，善于歸納總結(jié)。本文從分析教材中“氯堿工業(yè)”反應原理，分析溶液中離子成分，離子放電順序，電極反應方程式的書寫。學生在小組內(nèi)討論交流，小組長幫學幫教等環(huán)節(jié)中，總結(jié)和分享了關于電化學原理，以及工業(yè)生產(chǎn)中關于“離子交換膜”應用的解題思路和解題模型。以基礎知識為鋪墊，設計情景，提出問題，形成分析模型，形成解題的一般方法，遷移應用，解決問題，收到了良好的教學效果。

參考文獻：

朱鵬飛，陳凱，徐惠.培養(yǎng)學生技術素養(yǎng)設計：以“電解池的工作原理及應用”為例[J].化學教育（中英文），2017，38（19）：23-27.

編輯 馮志強