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(lái)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(lèi)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(yáng)兩極的判斷以及陰陽(yáng)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(guò)程是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過(guò)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(wèn)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(wèn)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(shū)寫(xiě),但對(duì)電極反應(yīng)式和電解反應(yīng)方程式的正確書(shū)寫(xiě)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(yáng)極、電極產(chǎn)物;
(2)能書(shū)寫(xiě)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(guò)程與方法
(1)通過(guò)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(guò)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(guò)分組實(shí)驗(yàn)和討論,體會(huì)小組合作學(xué)習(xí)的樂(lè)趣,從而激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。通過(guò)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(guò)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(guò)對(duì)電解池陰陽(yáng)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(guò)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(guò)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(xiàn)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(lái)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(chē)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(tīng)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(guò)程,分小組完成電解氯化鈉實(shí)驗(yàn),并思考以下問(wèn)題,完成導(dǎo)學(xué)案上的相應(yīng)內(nèi)容。
【問(wèn)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(yáng)極)上出現(xiàn)什么現(xiàn)象?
(3)陽(yáng)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(yáng)極石墨棒有氣泡生成,pH試紙變成紅色,且內(nèi)圈變成無(wú)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(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。)
2.微觀本質(zhì)
【問(wèn)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(wèn)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(lái)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(yáng)極移動(dòng)。
(3)H+在陰極得電子變成了單質(zhì)H2;Cl-在陽(yáng)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?zhuān)寣W(xué)生自己動(dòng)手繪畫(huà)出離子的移動(dòng)情況,培養(yǎng)學(xué)生的藝術(shù)素養(yǎng)。)
【問(wèn)題七】你能根據(jù)以上的分析試著寫(xiě)出陰極和陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)嗎?在陰陽(yáng)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(xiě)電極反應(yīng)方程式。
陽(yáng)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(wèn)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(wèn)題,培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)。)
【問(wèn)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?zhuān)弘娊赓|(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(chēng)之為放電順序,放電順序涉及多種因素(陰、陽(yáng)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(yáng)離子放電順序:按金屬活動(dòng)性順序,越不活潑的金屬,其陽(yáng)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?zhuān)囵B(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(guò)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(wèn)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(wèn)題十】通過(guò)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(yáng)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(wèn)題十一】通過(guò)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(chēng)、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(xiàn),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(shuō)說(shuō)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(guò)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(wèn)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(guò)動(dòng)畫(huà)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(shū)·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)