苏玉钗

（河北衡水中学，河北 衡水 053000）

【教学设计】

以史为“线” 以实验探究为“珠”的电解池教学探究

苏玉钗

（河北衡水中学，河北 衡水 053000）

化学史中一些重要理论的建立、重要观念的转变，化学家们的探索和努力可以带给学生许多启迪。我国著名化学家付鹰教授说过：化学给人以知识，化学史给人以智慧。电解池这节课，以化学史为载体，沿着戴维发现金属元素的探索思路与电解的发展历程从电解水到电解水溶液再到电解熔融物，和学生一同领悟科学家的思维过程。

化学史；实验探究；实验改进；设计理念

在具体实施过程中，我充分发挥了实验探究的功能。学生通过自己动手做实验，能够更好地观察实验现象，加深对知识的理解，从中体会自己发现问题、提出问题、解决问题的乐趣，提高自身的实验探究能力。为此，本节课我设计了3个学生分组实验：首先是电解氯化铜溶液，探索电解原理；然后是电解碳酸钾溶液，对比电解氯化铜溶液引起认知冲突，初步了解放电顺序；最后先预测电解NaCl溶液的产物，再进行实验验证，使所学知识得到迁移运用。

一、实验微型化﹑减量化﹑方便化的改进

鉴于本节课要完成3个分组实验，而教材实验装置如图1虽然简单、便于观察，但是作为学生分组实验，药品用量多，污染大，还需要一些配套装置，不方便更换电解质溶液，耗时会比较长，为此根据微型化、减量化的原则，我对实验进行了如下改进如图2：2节干电池作电源；用学生涂卡用的铅笔芯作石墨电极，并事先用透明胶布将两根铅笔芯及导线的铁夹固定好以防止电极接触产生短路；把U形管换作点滴板，这样每一次实验所取溶液不到一滴管，而且可以做多组实验，只需换一个凹槽放溶液即可。改进后还有以下好处：（1）这样的微型装置节约了药品，减少了污染，几秒钟就能出现明显现象，比如图3是电解氯化铜溶液的图片，有利于学生把重点放在对实验现象的观察上。（2）电解碳酸钾溶液时如图4，很容易观察到一极气泡多一极气泡少。（3）该微型装置可以初步检验电解产物，如图5：电解氯化钠溶液时，两极是都有气泡的，我们可以把淀粉碘化钾试纸平铺在电极上面观察哪一极首先变蓝，可以判断氯气的产生，检验产物氢氧化钠时若是电解前滴酚酞还可以观察到阴极首先变红。所以改进后的装置不仅具有与教材装置相同的功能，而且保证了三个探究实验的顺利完成。

图1

图2

图3

图4

图5

二、以化学史创设情境引入课题

在古代的物质观中不管是中国的“阴阳五行说”还是西方的“四元素说”，都认为水是一种不能够被分解的元素.这是因为水很稳定，随后我提出以下两个问题：一是水为什么难以分解为氢气和氧气呢？二是如何实现水的分解？设计的目的是引导学生从能量的角度分析水难以分解是因为该过程需要吸收很高的能量，而电解法可以提供能量，有助于学生能量观的建构。然后介绍：在化学发展史上第一次实现水电解为氢气和氧气是在1800年伏打发明电池后，自此“水是一种元素”的传统认识彻底被打破，电解法的出现给人类带来了一场认识上的革命，当时英国化学家戴维敏感的意识到它可以用于研究物质的组成，大胆尝试用电解的方法去分解一些当时人们认为不能够被分解的物质，结果在短短一年时间内发现了6种新的金属元素。开头的设计，向学生展示了电解产生的时代背景和产生后给化学的发展带来的巨大影响，使学生对于本节课的学习充满期待。

三、那戴维到底是如何发现的新金属呢？沿着戴维的探索思路，开展下面的探究活动

1.戴维最初想法是水通电可以分解为氢气和氧气，那物质的水溶液通电又会怎样呢？由此引入对电解氯化铜溶液的探究。通过实验学生发现一极析出红色物质，一极有刺激性气体生成，据此写出电极反应式和总反应式。然后我从能量变化的角度引导学生：铜在氯气中燃烧是放热的，那氯化铜分解则是能量升高的，从而从能量变化的角度归纳出电解池的定义，进一步建构学生的能量观。并根据刚才的实验总结电解池的构成条件。为了突破电解原理这一重难点我制作了动画。电子从电源的负极出发流入电解池的阴极，溶液中的铜离子移向阴极，氯离子移向阳极，铜离子得到电子析出铜，氯离子失去电子生成氯气，电子流回电源的正极。进一步理解闭合回路的形成，强调阴离子的移动方向与外电路中电子的移动方向一致，阳离子的移动方向与外电路中电流的方向一致。通过观看动画从微观角度体会电解池工作的原理。为了深化学生对阴极和阳极的认识，我请学生们自己归纳阴极和阳极的区别，从装置的角度，与电源正极相连的叫做阳极，与电源负极相连的叫做阴极；从变化的角度，得电子、发生还原反应的是阴极，失电子发生氧化反应的是阳极。在学生对于电解装置有了深刻理解之后请同学们尝试从物质变化的角度归纳电解池的定义。这一环节的设计理念是：让学生经历概念的形成过程，通过发现问题，解决问题，实现学生从实验现象的感性认识上升到电解原理的理性认识。

2.在理解电解原理的基础上，我以戴维进行的具体探索为切入点。戴维时代人们认为从草木灰中提取出来的碳酸钾是一种元素，但是戴维不迷信前人的结论，他想通过电解法使其分解。从而转入对碳酸钾溶液的探究。学生通过动手实验，观察到两极均产生气泡，且速度有快有慢。有了直观的认识，我给出当年戴维的实验结果：戴维实验了几十次，结果在两极得到了两种气体，经分析是水电解产生的氢气和氧气，而碳酸钾本身并没有变化。那为什么电解碳酸钾溶液相当于电解水呢？学生经过讨论一致认为溶液中的离子在两极是竞争着去得失电子的。联系金属活动顺序表很容易得出离子的放电是有顺序。这一环节的设计理念是：通过实验发现新的问题-通过推理解决问题，初步理解离子的放电顺序就是还原性、氧化性顺序，从而完善对电解原理的认识，同时引导学生学习戴维勇于探索的精神。规律指导实践，实践验证规律。为此我设计了实验三电解氯化钠溶液。通过以下三步：①预测能够得到的产物。②设计实验检验产物。③写出电极反应式和总反应式。体会研究水溶液电解产物的一般过程和方法。简单交流之后达成共识电解产物为氯气，氢气和氢氧化钠。氢氧化钠可以滴加酚酞检验，但由于此时两极都有气泡，不能够通过刺激性气味来判断氯气在哪一极生成。而我们的微型装置同样实现了淀粉碘化钾试纸检验氯气。我们将试纸平铺在电极上面此时试纸润湿，观察到阳极首先变蓝，改变角度，豁然开朗。

3.在实验过程中，学生还提出了3个问题，使课堂得到了意外的生成。并经过同学们的相互帮助，找到了原因。

问题1：阳极产生气泡慢是由于产生的氯气溶解在了碱性溶液中。

问题2：电解前滴酚酞阴极首先变红是由于氢离子放电破坏了水的电离平衡。

问题3：红色过一会变浅是由于氯气溶解后产生了具有漂白作用的物质。这一环节的设计：学生从中体验成功的喜悦和知识的应用价值，课堂的意外生成开启了学生思考和求知的大门。

那戴维到底如何发现的新元素呢？分析戴维发现金属元素的特点，都是前2个主族的。学生联系所学金属冶炼方法意识到要排除水的干扰，可以电解熔融态的物质。而这也正是戴维当年实验的思路，戴维最后通过电解熔融的氢氧化钾得到了金属钾。他创立的最强大的氧化还原手段——电解法，使数千年都没有被发现的活泼金属从其熔融液中还原出来，受戴维的启发，在电解法出现后的44年间科学家发现了31种新元素。电解的方法到今天依然具有重要的应用价值，相信以后也将会发挥更重要的作用，从而结束本节课.

四、课下作业

辩证主义的观点认为：对立面之间是可以相互转化，相互渗透的。本节电解池，与已学原电池，实现了对立面电能和化学能之间的相互转化，课下请同学们比较原电池和电解池之间的联系和区别。

五、板书设计

电解池

1.定义：

2.构成条件：

3.放电顺序：Cu2+〉H+〉K+Cl-〉OH-〉CO32-

六、课后反思

反思本节课，以化学史构建教学内容主线，通过学生动手实验，讨论，交流注重了知识的形成过程，戴维的成功带给了学生许多思考：当今社会更需要有不迷信，不盲从的创新精神和不怕失败、勇往直前的实干精神，有助于学生的长远发展，我想也是本节课育人价值的所在。

G632.41

A

1674-9324（2014）28-0170-02