“電解原理”的隨堂分組活動設(shè)計

周繼敏+王濤

摘要 分別從陽離子、陰離子、電解材料等不同角度設(shè)計了探究電解原理的隨堂分組活動，把規(guī)律置于學(xué)生的經(jīng)驗背景和合理的邏輯體系中，引導(dǎo)學(xué)生從其經(jīng)驗基礎(chǔ)和理論解釋角度把握電解原理。

關(guān)鍵詞 電解原理 隨堂分組 微型化

中國分類號：O646.51

1 活動設(shè)計

1.1 目標(biāo)

理解電解池的工作原理，掌握電解過程中溶液中陰陽離子放電規(guī)律和電極放電特點。

1.2 用品

飽和NaCl溶液、1.0mol/L CuCl2溶液、飽和ZnCl2溶液、1.0mol/L Na2S與NaCl混合液、1.0mol/L CuSO4溶液；鉛筆芯（若干）、Fe絲（2根）、酚酞溶液、淀粉KI試紙、蒸餾水、飽和K3[Fe（CN）6]溶液。

微型學(xué)生直流電源、5mL微型U形管（6支）、500mL燒杯、鑷子、10mL滴瓶（7個）。

1.3 步驟

（1）實驗全程請佩戴護目鏡。

（2）參照實驗裝置圖，依次完成下列實驗。請與實驗搭檔交流“1.5 分析與討論”中的有關(guān)問題，選擇試劑檢測電極產(chǎn)物，將實驗結(jié)果與現(xiàn)象觀察填入表1。

1.4 數(shù)據(jù)與現(xiàn)象

1.5 分析與討論

（1）電解熔融鹽和鹽溶液會有什么不同？

①電解熔融NaCl時，陰陽極放電的微粒分別是什么，你能想象出電解液中Na+、Cl-的定向移動的場景嗎？

②電解飽和NaCl溶液時，電解時在陽極、陰極放電的微粒與電解熔融NaCl相同嗎，你認(rèn)為可能的原因是什么？

（2）溶液中陽離子的放電特點有什么規(guī)律？

①CuCl2溶液中也存在H+，為什么陰極產(chǎn)物與電解飽和NaCl溶液不同，你有什么發(fā)現(xiàn)？

②ZnCl2溶液中也存在H+，電解時陰極產(chǎn)物也沒有產(chǎn)生H2，你認(rèn)為可能的原因是什么？

（3）溶液中陰離子的放電特點有什么規(guī)律？

①結(jié)合電解Na2S、NaCl混合液和CuSO4溶液的現(xiàn)象，試分析陰離子S2﹣、Cl﹣、SO42﹣、OH-在陽極的放電順序。

②若溶液中同時存在Br﹣、Cl﹣，電解時哪種離子先放電？結(jié)合非金屬單質(zhì)氧化性強弱順序，你給出的解釋是什么？

（4）改用活潑金屬作電極，電解過程會有什么變化？

分別用鉛筆芯、Fe絲作電極，電解飽和NaCl溶液，陽極現(xiàn)象有什么不同，你認(rèn)為原因是什么？

2 幾點說明

相關(guān)研究表明，學(xué)生在學(xué)習(xí)電化學(xué)知識時經(jīng)常出現(xiàn)不同的相異構(gòu)想（學(xué)生頭腦中與科學(xué)概念不一致的成分），這是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)思維障礙、導(dǎo)致教學(xué)低效率的重要原因之一。[1] 要減少相異構(gòu)想的產(chǎn)生，需要采取多種途徑，例如通過化學(xué)實驗給學(xué)生以直觀印象，對傳統(tǒng)的電解實驗進行一些改進，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

2.1 活動內(nèi)容的豐富化、邏輯化

整個分組活動，以電解飽和NaCl溶液為紐帶，從四個環(huán)節(jié)建立本節(jié)的教學(xué)體系，增加了實驗對象，豐富了學(xué)生的感性認(rèn)識，幫助學(xué)生構(gòu)建完整的電解規(guī)律，見圖2。其中的邏輯關(guān)系如下：

（1）從學(xué)生已知的金屬Na的冶煉和氯堿工業(yè)入手，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)電解鹽溶液時陽離子存在某種的放電順序。

（2）將電解CuCl2溶液與電解NaCl溶液作比較，學(xué)生自主得出電解鹽溶液時陽離子的放電順序與金屬活動順序表之間的關(guān)系。再加入ZnCl2溶液中Zn2+放電的實驗事實，幫助學(xué)生理解陽離子氧化性強弱與濃度間的相應(yīng)關(guān)系，完善學(xué)生的認(rèn)知體系。

（3）從電解S2-、Cl-混合溶液入手，學(xué)生自主得出電解鹽溶液時陰離子的放電順序與非金屬單質(zhì)氧化性強弱間的關(guān)系；再結(jié)合CuSO4溶液中離子的放電順序，完善陰離子放電順序的認(rèn)知。

（4）最后，從Fe作陽極材料入手，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)活潑金屬作陽極的放電特點，構(gòu)建比較完整的電解規(guī)律。整個過程，與C作陽極時的現(xiàn)象對比十分明顯，開始時沒有明顯現(xiàn)象，幾分鐘后，在U形管下端出現(xiàn)了少量灰綠色絮狀物，逐漸增多，滴入少量K3[Fe（CN）6]溶液可以觀察到藍(lán)色沉淀。

2.2 利用“分析與討論”，完善教師引導(dǎo)環(huán)節(jié)

在第一輪試用過程中，課題組教師發(fā)現(xiàn)，每個老師上課方式并不相同，有的喜歡讓學(xué)生一下子做完所有實驗，有的則會設(shè)計一環(huán)扣一環(huán)的方式，學(xué)生們好像更喜歡第一種。可等到最后歸納整理實驗現(xiàn)象，講授知識時問題就來了，樂趣主宰了知識，忘記的比記住的多。

因此，我們增加了“分析與討論”環(huán)節(jié)，設(shè)計合理的與實驗有關(guān)的問題，幫助學(xué)生更加及時地了解自己每一步所做實驗的目的和原理，使教師的設(shè)計目的表象化，逐步對問題進行分析，直至認(rèn)識電解的反應(yīng)本質(zhì)，起到了事半功倍的作用。

2.3 活動儀器的微型化

這是河南大學(xué)附屬中學(xué)教材二次開發(fā)過程中的一節(jié)隨堂分組活動課，實驗設(shè)計力求能夠適合全年級9個理科教學(xué)班的分組教學(xué)，實驗用品要便于整理和攜帶。所以，采用5mL微型U形管、微型學(xué)生電源、鉛筆芯等實驗用品，并將其盛裝在塑料便當(dāng)盒中，共60組，順利滿足了實驗進課堂的要求。

總之，“觀察負(fù)載著理論”，科學(xué)過程的意義在于關(guān)注學(xué)生由“觀察事實”到“化學(xué)事實”的轉(zhuǎn)化過程。[2]通過本節(jié)分組活動，我們嘗試將規(guī)律置于學(xué)生的經(jīng)驗背景和合理的邏輯體系中，引導(dǎo)學(xué)生從其經(jīng)驗基礎(chǔ)和理論解釋角度來把握電解原理的規(guī)律和意義，取得了一定的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]張海霞， 王祖浩. 國外有關(guān)“電化學(xué)”知識相異構(gòu)想的研究[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2007， 05： 57-60

[2]劉前樹， 李廣洲. 科學(xué)過程的多元理解及其對中學(xué)化學(xué)教學(xué)的啟示[J]. 化學(xué)教育， 2014， 35（7）： 1-4endprint