應(yīng)用電化學(xué)原理降解某些污染物創(chuàng)新實驗設(shè)計

王姝瑋

一、 實驗設(shè)計思路

在目前經(jīng)濟高速發(fā)展的社會環(huán)境下，環(huán)境問題的解決已成為當(dāng)今面臨的巨大社會需求。

本實驗利用電化學(xué)原理來解決這一問題。本實驗通過解決生活中實際問題的過程中進行問題解決，從而將傳統(tǒng)裝置改進成為效率高、速率快、可行性操作強實際生活生產(chǎn)中應(yīng)用性強，進而形成一套快速有效的污水處理裝置。

二、 應(yīng)用電化學(xué)原理降解某些污染物實驗設(shè)計

在化學(xué)實驗室和工業(yè)廢水中有機染料污染物常常未經(jīng)處理直接倒掉，但由于其高色度、

強毒性、難降解、危害大、等特點而被視為現(xiàn)今亟待治理的廢水之一，也是目前全球面臨的重大問題。本實驗力爭能在高中知識基礎(chǔ)上解決一些實際問題，增強學(xué)生對化學(xué)的探究精神，使其感受環(huán)保的重要性。自制電解裝置如圖所示：

實驗中在外電壓的作用目的下，利用可溶性陽極鐵產(chǎn)生大量的陽離子對膠體廢水進行凝聚，同時在陰極上析出大量的氣泡與絮粒粘附在一起上浮，而反應(yīng)中產(chǎn)生的部分雜質(zhì)沉積在溶液底部，中間液體為澄清狀，因此自制電解裝置目的為順利取出中間層澄清液體。同時，在電解槽上部加入了電極保護裝置防止電極外露，增強安全性。

三、 創(chuàng)新實驗教學(xué)案例

本節(jié)課取材于人教版高中《化學(xué)選修4》第四章第三節(jié)中的電解池實驗和科學(xué)探究，對高三化學(xué)電解池的復(fù)習(xí)進行拓展和延伸，分析如何將實驗創(chuàng)新與探究式教學(xué)相結(jié)合，從電解池的教學(xué)出發(fā)，挖掘教材，適度拓展教材，使學(xué)生親歷實驗探究過程，獲得對化學(xué)概念、原理的認知方法。由此，本節(jié)課以電解池對污染物的降解為例，通過創(chuàng)新實驗進行探究式教學(xué)：

1.情境引入

[教師]同學(xué)們是否喜歡牛仔褲？牛仔褲漂洗造成的污染問題已經(jīng)成為現(xiàn)今我們面臨的重大問題，而各種時尚的鮮艷衣服陸續(xù)已經(jīng)造成了很多河水污染，時尚就等于環(huán)境付出沉重的代價嗎？我們能否解決此類問題呢？

學(xué)生討論各抒己見，認識到環(huán)保問題，感受生活中的化學(xué)。

2.設(shè)計方案

[教師]展示“甲基橙”資料卡片我們能否設(shè)計實驗降解甲基橙呢？思考：甲基橙作為指示劑可以檢驗降解程度，設(shè)計裝置圖，討論最佳方案動手實驗。

[學(xué)生]觀察現(xiàn)象并進行微粒分析，解釋為氫氧化鐵的吸附作用降解了甲基橙，隨后教師展示電解有機物過程的資料卡片，補充解釋電解過程中形成了具有高度活性的羥基自由基降解甲基橙為二氧化碳和水。由此得出 “采用鐵電極法能夠降解有機染料” 結(jié)論。

3.改進方案

[教師]總結(jié)實驗中的優(yōu)缺點？如何改進實驗才能對大量的排泄污染物進行降解？

[學(xué)生]總結(jié)發(fā)現(xiàn)該實驗雖然可以降解有機物，但耗時長，效果不明顯，裝置中取液不方便等。通過討論發(fā)現(xiàn)加大電壓或增大電流都可以加快電子轉(zhuǎn)移密度，可以增大反應(yīng)速率，又有同學(xué)發(fā)現(xiàn)有機物水溶液導(dǎo)電性差可加入一些無害電解質(zhì)來加快反應(yīng)，在中間偏下可以加入排水裝置更方便取液。在電源受限情況下同學(xué)們采取增加電極片的方式加大電流從而提升反應(yīng)速率，在溶液中加入適量氯化鈉進而大大縮短了反應(yīng)時間，又加入了排水裝置。

4.方案評價

[教師]展示出學(xué)生最初的裝置圖、通過改進設(shè)計為現(xiàn)在的裝置和教師設(shè)計圖對比，有什么異同呢？通過對比裝置找異同后對共性和差異進行評價。演示實驗：教師創(chuàng)新裝置降解實驗。

[學(xué)生]發(fā)現(xiàn)其共性是增加排水口和電極片;差異是增大了電解槽，有利于降解大量的污染物，加入了進水口使實驗探究更加嚴謹，有電極保護裝置可以防止電極外露，增加了安全性。學(xué)生用最后裝置實驗，觀察反應(yīng)現(xiàn)象，目測降解效果，降解后甲基橙接近無色，后加入鹽酸檢驗降解效果，加入鹽酸降解后甲基橙接近無色。此裝置在5min即可降解95%以上。

有學(xué)生提議：精細化研究需進行定量的檢測，可以通過不同時間的取樣驗證不同時刻降解程度，因此學(xué)生利用此裝置通過不同時間的取樣驗證了不同時刻降解程度，樣品為每1min取樣。隨后同學(xué)們又對常用的品紅溶液進行了降解，降解效果明顯。最終得出結(jié)論：該電解裝置材料常見易得，降解過程簡便、安全、耗時短。

5.課后延伸

[教師]課前有同學(xué)在市場發(fā)現(xiàn)水質(zhì)電解器，對它的原理和功效都比較質(zhì)疑，通過以上學(xué)習(xí)你還堅持最初的觀點嗎？課后進行了交流再認識。以后看到類似污染怎么辦？請課后查找資料：并提出合理改進方法。

四、創(chuàng)新實驗教學(xué)效果評價

教學(xué)設(shè)計以實驗探究為手段，由微觀探究到模型認知進而到創(chuàng)新思維解決實際問題的遞進式學(xué)生體驗活動，提升了學(xué)生實驗探究能力;落實了電化學(xué)實驗的基本原理并進行了創(chuàng)新應(yīng)用;實現(xiàn)了生活中真實問題的解決過程，從而實現(xiàn)了學(xué)生自主發(fā)展。

通過電化學(xué)知識降解污染物的創(chuàng)新實驗的應(yīng)用，學(xué)生對于化學(xué)知識在社會發(fā)展方面的重要的作用及意義能夠清楚認識，可形成綠色化學(xué)觀念。可正確判斷與化學(xué)相關(guān)的一些熱點社會話題?？茖W(xué)精神不僅僅是一句口號， 它有著非常實質(zhì)性的可實踐的內(nèi)涵要素。在課后延伸引導(dǎo)學(xué)生到社會上開展實踐活動， 在實踐過程中了解實際社會現(xiàn)象， 并且能夠更好地了解化學(xué)知識在社會實際中的應(yīng)用， 使其樹立應(yīng)用化學(xué)知識解決社會問題的決心， 最終形成較強社會責(zé)任感。

五、結(jié)束語

化學(xué)實驗是化學(xué)課堂中激發(fā)學(xué)生興趣的有效方法之一?？焖?、簡潔、整體的實驗驗證可以提高單位時間課堂的容量，增加學(xué)生思維的維度。使教學(xué)更加豐富多彩。對教學(xué)實驗的研究更要突出安全性、科學(xué)性、可操作性、簡潔性。為了適應(yīng)目前化學(xué)科學(xué)的迅猛發(fā)展，順應(yīng)將新課程理念轉(zhuǎn)化為教學(xué)行動的需要，有些實驗有必要進行改進。教學(xué)過程中對實驗的使用比實驗本身更為重要。從發(fā)揮學(xué)生主體作用出發(fā)，設(shè)計好學(xué)生的活動，使學(xué)生多觀察、多探究、多分析、多思考才能達到育人的目的，實現(xiàn)教學(xué)的有效性。