蘇教版“電解飽和食鹽水”圖示的解讀與反思

金汝來　林海斌

一、電解飽和食鹽水圖示的解讀

高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書蘇教版《化學(xué)》在同一套教材的不同模塊中出現(xiàn)了６個(gè)關(guān)于電解飽和食鹽水的圖示，教師閱讀時(shí)倘若不能合理解讀，會(huì)影響教學(xué)效果.對６個(gè)圖示分析可發(fā)現(xiàn)以下特點(diǎn)．

１．體現(xiàn)發(fā)展歷程，指明發(fā)展方向

電解法作為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一種重要方法源于１８０７年英國科學(xué)家Ｈ．戴維將熔融苛性堿進(jìn)行電解制取鉀、鈉，美國于１８９３年首先使用石棉隔膜電解法用于工業(yè)生產(chǎn)制取燒堿，１９７５年日本首先實(shí)現(xiàn)離子膜電解法制燒堿，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn).雖然在這一發(fā)展進(jìn)程中，于１８９７開始在英國和美國用于工業(yè)化生產(chǎn)的水銀電解法，且在２０世紀(jì)８０年代初仍占氯堿工業(yè)生產(chǎn)能力的４２％，但由于水銀電解法需用固體食鹽作原料，且電耗大、污染重，逐步被其他方法所取代.因此，在電解飽和食鹽水的工業(yè)化過程中，最重要的裝置就是石棉隔膜電解槽和陽離子交換膜電解槽，蘇教版教材中上述圖形的呈現(xiàn)同樣清晰地體現(xiàn)了這一過程.同時(shí)，在３個(gè)模塊中３次出現(xiàn)陽離子交換膜電解槽（圖４～６），這也指明并強(qiáng)調(diào)了氯堿工業(yè)的發(fā)展方向——陽離子交換膜電解法.

２．豐富閱讀情境，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法

同樣是陽離子交換膜電解槽，３個(gè)圖示（圖４～６）卻是大同小異：“同”在電解飽和食鹽水這一電解原理，“異”在原料的入口和產(chǎn)物的出口的簡單變換.在其目的是讓學(xué)生在不同的情境下能夠有效地利用已學(xué)的電解原理分析和解讀，這一做法對于區(qū)分學(xué)生是否真正掌握陽離子交換膜法電解飽和食鹽水的原理十分有利.用雞蛋殼來設(shè)計(jì)電解飽和食鹽水的簡易裝置（圖２），不僅是一個(gè)創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，而且是一個(gè)生活化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).但這一設(shè)計(jì)的實(shí)踐原型在哪里？筆者認(rèn)為，其原型是石棉隔膜電解槽，由于在電解槽中增加了石棉隔膜，并且改變了陰、陽兩極室內(nèi)的液面溫度，導(dǎo)致電流密度降低，因此用鐵絲纏繞在雞蛋殼外以增大電流密度，石棉隔膜電解槽將陰極改制成筒狀的鐵網(wǎng)也是基于這一原因設(shè)計(jì)的.

二、電解飽和食鹽水圖示的反思

如何讓學(xué)生將這些圖示串聯(lián)成有序的線又不模糊電解槽的基本模型呢？

１．建構(gòu)穩(wěn)定的電解模型

先讓學(xué)生認(rèn)識水電離產(chǎn)生Ｈ＋和ＯＨ－，在直流電的作用下Ｈ＋向陰極移動(dòng)，ＯＨ－向陽極移動(dòng).然后，讓學(xué)生分析Ｈ＋和ＯＨ－分別在陰極和陽極發(fā)生得失電子的過程：Ｈ＋得電子產(chǎn)生H₂，ＯＨ－失電子產(chǎn)生O₂.由于陰陽兩極產(chǎn)生H₂和O₂的物質(zhì)的量之比是２∶１，因此，陽極４Ｈ＋＋４ｅ－→２H₂，陰極ｎＯＨ－－ｎｅ－→O₂，陰極的這一電極反應(yīng)顯然不符合質(zhì)量守恒定律.由此進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生深入討論水的電解原理（圖７）.

在每次呈現(xiàn)電解示意圖時(shí)，用以下問題啟發(fā)學(xué)生思考：①存在哪些離子？②在直流電作用下離子會(huì)怎樣移動(dòng)？③指出電極產(chǎn)物并寫出化學(xué)反應(yīng)方程式.這不僅有效地解決了離子移動(dòng)方向的問題，同時(shí)也明確了在陰、陽極分別發(fā)生的得、失電子過程.這一分析思路會(huì)對學(xué)生認(rèn)識其他具體電解裝置形成固定思維路徑，從而構(gòu)建穩(wěn)定的電解模型.而對于ＯＨ－在哪一個(gè)電極附近產(chǎn)生的問題，應(yīng)由實(shí)驗(yàn)來回答，并結(jié)合實(shí)際進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕忉專篐₂Ｏ?葑Ｈ＋＋ＯＨ－，２Ｈ＋＋２ｅ－＝H₂↑，綜合上述兩個(gè)反應(yīng)得到２H₂Ｏ＋２ｅ－＝H₂↑＋２ＯＨ－，說明H₂和ＯＨ－是在同一電極產(chǎn)生.

２．建構(gòu)科學(xué)的認(rèn)知序列

筆者設(shè)計(jì)了飽和食鹽水電解裝置的認(rèn)知序列，并以相關(guān)問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行電解裝置的改進(jìn).（具體裝置圖和問題略）

通過這樣的學(xué)習(xí)，不但讓學(xué)生鞏固了飽和食鹽水電解的基本模型，而且在不斷改進(jìn)的學(xué)習(xí)過程中感受發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造的樂趣.