基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的“電解池”教學(xué)設(shè)計

劉鳳艷

摘要：以電解CUCl2溶液為例，通過引導(dǎo)學(xué)生分析、預(yù)測、實驗、再分析的探究活動，構(gòu)建電解池的認(rèn)識模型。再運(yùn)用認(rèn)識模型分析電解NaCl溶液。通過引導(dǎo)學(xué)生開展探究活動和問題解決培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”和“宏觀辨識與微觀探析”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng);電解池;教學(xué)設(shè)計;證據(jù)推理與模型認(rèn)知

文章編號：1008-0546（2021）04-0064-03 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.017

探索基于核心素養(yǎng)的化學(xué)課堂教學(xué)，既是深化課程發(fā)展所面臨的新挑戰(zhàn)，也是落實立德樹人根本任務(wù)的必要途徑[1]。電解池是化學(xué)學(xué)科的重要組成部分，學(xué)習(xí)和使用電解池既能解決化學(xué)問題，又能發(fā)展和提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)[2]。

一、教材分析

《電解池》是電化學(xué)的重要基礎(chǔ)理論，研究的是如何借助電能使不能自發(fā)的氧化還原反應(yīng)能夠發(fā)生。它屬于化學(xué)原理性課程，包含模型建立與實驗探究成分，有利于構(gòu)建宏觀、微觀、符號表征的學(xué)科思維方法，是學(xué)生深入運(yùn)用氧化還原知識構(gòu)建電化學(xué)知識體系的又一核心。本部分內(nèi)容可分為2課時，第1課時是電解原理，第2課時是電解原理的應(yīng)用。

第1課時要使學(xué)生從微觀世界認(rèn)識電解池中微粒的移動本質(zhì)，把握各電極反應(yīng)的過程，理解電解池反應(yīng)的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)，從而建立分析電解池的思維模型;同時《電解池》（第一課時）的教學(xué)也是對電解原理在工業(yè)中的應(yīng)用起到奠基的作用。

二、課標(biāo)要求

內(nèi)容要求：了解電解池的工作原理，認(rèn)識電解在實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲存能量中的具體應(yīng)用。

教學(xué)策略上要求：充分利用電解熔融氯化鈉和電解飽和食鹽水等案例素材，組織學(xué)生開展分析解釋、推理預(yù)測、設(shè)計評價等學(xué)習(xí)活動，發(fā)展學(xué)生對電解池工作原理的認(rèn)識，轉(zhuǎn)變偏差認(rèn)識，促使學(xué)生認(rèn)識到電極反應(yīng)、電極材料、離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體是電化學(xué)體系的基本要素，建立對電化學(xué)過程的系統(tǒng)分析思路，提高學(xué)生對電化學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識[3]。

三、學(xué)情分析

1.學(xué)生的起點：通過氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)和原電池的學(xué)習(xí)，學(xué)生已掌握氧化還原反應(yīng)理論，初步建立了微粒觀，理解了原電池中電子移動、溶液中離子移動的微觀實質(zhì)，并能用化學(xué)用語描述原電池電極反應(yīng)。

2.學(xué)生的障礙點：（1）電解質(zhì)溶液中離子的移動方向，（2）離子的放電順序。

3.學(xué)生的增長點：（1）證據(jù)推理能力。運(yùn)用“實驗假設(shè)→實驗現(xiàn)象預(yù)期→實驗驗證”的實驗方法，從微觀粒子變化的理性分析，猜測宏觀生成物質(zhì)，并預(yù)期相應(yīng)的現(xiàn)象進(jìn)行檢測，提升學(xué)生微觀表征能力與化學(xué)實驗基本能力。（2）模型認(rèn)知能力。通過分析一種電解池建立分析電解池的思維模型，從而具備分析不同陌生電解池的能力。

四、教學(xué)目標(biāo)

1.通過分析電解氯化銅溶液建構(gòu)電解池的認(rèn)識模型，再運(yùn)用認(rèn)識模型分析電解NaCl溶液，提升“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.通過宏觀（實驗現(xiàn)象）—微觀（電子、離子的移動）—符號（電極反應(yīng)式）三重表征形成電解池的工作原理，提升“宏觀辨識與微觀探析”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.通過電解氯化銅溶液和飽和氯化鈉的分組實驗，體驗“實驗假設(shè)→實驗現(xiàn)象預(yù)期→實驗驗證”科學(xué)探究的基本過程，提升分析問題、解決問題的能力。

五、教學(xué)重難點

教學(xué)重點：構(gòu)建電解池的認(rèn)識模型。

教學(xué)難點：離子的放電順序。

六、教學(xué)流程教學(xué)流程見圖1。

七、教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：電解水實驗引入電解的基本概念和原理

【引入】初中熟悉的電解水實驗，根據(jù)電極產(chǎn)物引導(dǎo)分析對應(yīng)電極的反應(yīng)類型。

【教師】陰極、陽極的概念，電解的定義。

【教師】對比電解熔融氯化鈉和電解氯化銅溶液的裝置圖總結(jié)電解池的構(gòu)成。

【學(xué)生】直流電源、電極、熔融電解質(zhì)或者電解質(zhì)溶液、導(dǎo)線。

設(shè)計意圖：從學(xué)生已有知識出發(fā)，引入陰極、陽極，電解、電解池的概念，對比總結(jié)電解池的構(gòu)成，為后面探究做好理論鋪墊。

環(huán)節(jié)二：利用電解氯化銅溶液構(gòu)建電解池的認(rèn)識模型

【思考】（1）氯化銅溶液中有哪些離子？

（2）電子的移動方向，離子的移動方向。

（3）預(yù)測電極產(chǎn)物。

【學(xué)生分析】（1）Cu2+、cl-、H+、OH-。

（2）學(xué)生A：Cu2+、H+想得電子，所以移向陰極;Cl-、OH-想失電子，所以移向陽極，擺動模型，見圖2。

學(xué)生B：電子從負(fù)極出發(fā)，經(jīng)外電路回到正極，為了形成負(fù)電荷的閉合回路，所以陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，見圖3。

（3）陰極聚集Cu2+、H+，預(yù)測生成Cu和氫氣。

陽極附近聚集Cl-、OH-，預(yù)測生成Cl2、O2。

【分組實驗】記錄實驗現(xiàn)象和書寫電極反應(yīng)式：

陽極：2Cl--2e-=Cl2↑

陰極：Cu2++2e-=Cu

【再分析】Cu2+和H+都聚集在陰極周圍，Cu2+成功得到電子，說明什么？

【學(xué)生】Cu2+電子能力大于H+。

【追問】能否用學(xué)過的元素周期律知識解釋？

【學(xué)生】還原性：CuH+。

【追問】常見金屬陽離子得電子順序怎樣？

【學(xué)生】金屬陽離子得電子能力與金屬活動順序表相反。

【學(xué)生總結(jié)】電解池的分析思路：

（1）溶液中存在的離子。

（2）通電后，電子如何移動→離子如何移動。

（3）放電（注意順序）陰極：還原反應(yīng);陽極：氧化反應(yīng)。

設(shè)計意圖：學(xué)生用模型理解電解池中微觀粒子的移動過程，體會分析電解池中粒子移動方向的一般方法。創(chuàng)設(shè)情境把學(xué)生的思維引向微觀，通過宏觀—微觀—符號三重表征形成電解池的工作原理，提升“宏觀辨識與微觀探析”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。落實學(xué)生用化學(xué)實驗手段進(jìn)行實驗假設(shè)與驗證的基本實驗方法，學(xué)生在分析、預(yù)測、實驗、觀察、再分析活動中提升證據(jù)推理核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)三：運(yùn)用并鞏固電解池認(rèn)識模型分析電解飽和食鹽水

【思考】用石墨棒電解飽和食鹽水的電極反應(yīng)式。

【學(xué)生運(yùn)用模型】

（1）NaCl溶液中的離子：Na+、Cl-、H+、OH-。

（2）電子的移動方向，離子的移動方向。Na+、H+移向陰極，Cl-、OH-移向陽極。

（3）電極反應(yīng)式。

陽極：2Cl--2e-=Cl2↑

因為還原性：Na>H2，所以氧化性：Na+

【追問】H+從哪里來？陰極除了產(chǎn)生氫氣，還會生成什么？

【學(xué)生】H+來自水的電離，H+得電子產(chǎn)生氫氣，促進(jìn)水的電離平衡正向移動，陰極附近還會產(chǎn)生OH-。

【分組實驗】用浸泡過飽和食鹽水的粉筆代替飽和氯化鈉溶液，用2B鉛筆芯代替普通石墨電極，陰極區(qū)滴入酚酞，陽極區(qū)用濕潤的淀粉KI試紙檢驗[4]（圖4）。

【學(xué)生】記錄現(xiàn)象，完善電極反應(yīng)式。

陰極：2H2O+2e-=H2↑+2OH-

陽極：2Cl--2e-=Cl2↑

設(shè)計意圖：運(yùn)用電解池認(rèn)識模型分析電解氯化鈉溶液，通過宏觀一微觀一符號三重表征形成電解飽和食鹽水的工作原理，本環(huán)節(jié)繼續(xù)提升學(xué)生宏觀辮識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。

八、教學(xué)反思

1.滲透學(xué)科核心素養(yǎng)：宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知。通過宏觀實驗現(xiàn)象，探析微觀粒子的移動，根據(jù)氧化還原理論及實驗現(xiàn)象，層層遞進(jìn)分析電解原理的過程中滲透著證據(jù)推理核心素養(yǎng)。首先用電解氯化銅溶液建立了分析電解池的思維模型，然后運(yùn)用思維模型解決電解飽和食鹽水，學(xué)生在分析、預(yù)測、實驗、觀察、再分析的活動中體驗科學(xué)探究的過程并真正理解電解原理。

2.微型實驗速率快，污染小。先在粉筆兩端打兩個孔，然后在飽和食鹽水中浸泡2分鐘左右等粉筆完全濕潤，就可以實驗，連接好電路，馬上就有氣泡，滴入酚酞電極附近變紅。整個實驗過程不足1分鐘，而且分組實驗完畢，課室?guī)缀趼劜坏铰葰獾奈兜馈?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]耿亞萍基于生活問題情境的化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)研究——以鐵及其化合物復(fù)習(xí)為例[J].化學(xué)教育（中英文），2019，40（7）：38-41

[2]單旭峰.從化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的角度解析和認(rèn)識高考電化學(xué)試題[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（8）：43-45

[3]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.2

[4]張馥，趙胤池，陳林子，于海鷹，鄭胤飛.妙解鹽水——高中創(chuàng)意電解實驗設(shè)計[J].化學(xué)教育（中英文），2018，39（15）：61-65