运用便携式pH计探究电解水的微观原理
2014-10-21庞玉玺汪嵘
庞玉玺 汪嵘
摘要：文章通过对电解水装置的改进，运用便携式pH计对电解水的微观原理进行了探究，并在教学中进行了实践。
关键词：电解水；pH计；装置改进
文章编号：1008-0546（2014）10-0084-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
电解水实验是中学化学的一个经典实验。在初中学段，电解水实验的教学功能侧重于水的组成元素及组成元素的量比关系，也就是“是什么”；高中学段则更注重电解水的原理和本质，也就是“为什么”。不同的教学功能使得两个学段对电解水实验的要求不同。初中学段本实验需成功地检验出得到的气体分别是氢气和氧气，且两种气体体积比例2∶1，而高中学段则需从微观原理知道氢离子和氢氧根在不同电极上放电而得到产物。传统上，对电解水原理的教学一般采用先通过初中已有知识电解水实验现象和化学反应入手，然后从电解质电离和电解质溶液中离子放电的角度分析产生这些现象的微观过程。这种方法更多关注的是用微观过程对宏观现象进行解释，学生在思维上延续着宏观思维的方式。鉴于此，笔者针对高中学段的教学需求改进了电解水实验，以期能将初高中学段关于电解水实验的教学更加有效地衔接起来，并使学生能够从微观角度理解其原理，能从微观本质理解宏观现象，帮助学生建立微粒观的思维。
一、电解水装置的改进
生3：阳极附近溶液pH小于7，阴极附近溶液pH大于7。另外可以看见电极表面有一层细小的气泡层。
师：什么原因呢？请大家记录实验现象，讨论产生这些现象的原因。讨论过后，抽取一个小组成员回答。
师：按照你的认识，先告诉我水中存在哪些微粒呢？
生4：大部分水分子，少部分水电离出氢离子和氢氧根离子。
师：电离出的氢离子和氢氧根离子比例多少？
生：1∶1。
师：你能解释下两极的变化吗？
生4：阴极上，氢离子变成了氢气，氢氧根比氢离子多，呈碱性。阳极上，氢氧根变成了氧气，氢离子比氢氧根离子多，呈酸性。
师：分别用最简洁的化学语言描述两个电极上所发生的化学变化。
[学生展示]：阴极：H+→H2；阳极：OH-→O2
师：氢气分子由什么构成？
生（众）：氢原子。
师：写出氢离子和氢原子的原子结构示意图。发现了什么？能修改下吗？
[学生展示]：阴极：2H++2e-→H2↑；阳极：4OH--4e-→O2↑+2H2O
师：根据两极的电极反应式，这种得失电子的行为是如何引起的？是自发的吗？
生5：不是自发的，需要消耗电能。
师：从氧化还原角度来看，两极发生的属于什么反应类型？
生（众）：阴极：还原反应；阳极：氧化反应。
师：由此我们是否可得到，水是极弱的电解质，水的电解其本质是极少量水分子电离出氢离子和氢氧根离子，在电能的作用下，氢离子在阴极获得电子成氢气逸出，氢氧根离子在阳极失去电子成氧气逸出。
三、教学实践思考
电解水实验中的微粒观和变化观是电离理论的核心思维。微观粒子看不见、摸不着，又确实存在，如何通过技术手段使他们变得可以“可见”从而回归知识的本源成为设计本实验教学的一个思想。在具体的教学实践中，也是采用“微观→宏观”教学法，由微观粒子的变化来解释宏观现象。
在初中学段为实现电解水实验的教学需求，往往会在水中加入一些电解质，如NaOH、H2SO4和Na2SO4，这些电解质的加入增加了水的导电能力，使实验快速、现象明显。根据高中学段教学需求改进后的装置，虽然宏观现象不明显，但更注重微观粒子的变化。利用便携式pH计可清楚地观测到溶液内部发生的化学变化，同时也给学生一个观念：水是个极弱的电解质，导电能力很弱，而电解是电解质溶液在直流电作用下微观的阴阳离子在两极的变化行为。使用现代技术手段做一点小小的尝试，从微观视角去审视一个实验、一个原理，揭示宏观现象背后所隐含的微观原理，能够帮助学生更好地从分子、原子和离子层面上理解化学变化的本质，更有效地提升学生的化学思维品质。
参考文献
[1] 姚子鹏.九年义务教育课本九年级·化学[M].试用本.上海：上海教育出版社，2009：65-67
[2] 姚子鹏.高级中学课本·化学[M].试用本.上海：上海科学技术出版社，2009：81-83
[3] 张婉佳，杜东双，李燕红.电解水演示实验的探究[J].化学教育，2011，（7）：54-55
[4] 何彩霞.以化学观念为统领设计教学活动[J].化学教育，2013，（1）：16-18endprint
摘要：文章通过对电解水装置的改进，运用便携式pH计对电解水的微观原理进行了探究，并在教学中进行了实践。
关键词：电解水；pH计；装置改进
文章编号：1008-0546（2014）10-0084-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
电解水实验是中学化学的一个经典实验。在初中学段，电解水实验的教学功能侧重于水的组成元素及组成元素的量比关系，也就是“是什么”；高中学段则更注重电解水的原理和本质，也就是“为什么”。不同的教学功能使得两个学段对电解水实验的要求不同。初中学段本实验需成功地检验出得到的气体分别是氢气和氧气，且两种气体体积比例2∶1，而高中学段则需从微观原理知道氢离子和氢氧根在不同电极上放电而得到产物。传统上，对电解水原理的教学一般采用先通过初中已有知识电解水实验现象和化学反应入手，然后从电解质电离和电解质溶液中离子放电的角度分析产生这些现象的微观过程。这种方法更多关注的是用微观过程对宏观现象进行解释，学生在思维上延续着宏观思维的方式。鉴于此，笔者针对高中学段的教学需求改进了电解水实验，以期能将初高中学段关于电解水实验的教学更加有效地衔接起来，并使学生能够从微观角度理解其原理，能从微观本质理解宏观现象，帮助学生建立微粒观的思维。
一、电解水装置的改进
生3：阳极附近溶液pH小于7，阴极附近溶液pH大于7。另外可以看见电极表面有一层细小的气泡层。
师：什么原因呢？请大家记录实验现象，讨论产生这些现象的原因。讨论过后，抽取一个小组成员回答。
师：按照你的认识，先告诉我水中存在哪些微粒呢？
生4：大部分水分子，少部分水电离出氢离子和氢氧根离子。
师：电离出的氢离子和氢氧根离子比例多少？
生：1∶1。
师：你能解释下两极的变化吗？
生4：阴极上，氢离子变成了氢气，氢氧根比氢离子多，呈碱性。阳极上，氢氧根变成了氧气，氢离子比氢氧根离子多，呈酸性。
师：分别用最简洁的化学语言描述两个电极上所发生的化学变化。
[学生展示]：阴极：H+→H2；阳极：OH-→O2
师：氢气分子由什么构成？
生（众）：氢原子。
师：写出氢离子和氢原子的原子结构示意图。发现了什么？能修改下吗？
[学生展示]：阴极：2H++2e-→H2↑；阳极：4OH--4e-→O2↑+2H2O
师：根据两极的电极反应式，这种得失电子的行为是如何引起的？是自发的吗？
生5：不是自发的，需要消耗电能。
师：从氧化还原角度来看，两极发生的属于什么反应类型？
生（众）：阴极：还原反应；阳极：氧化反应。
师：由此我们是否可得到，水是极弱的电解质，水的电解其本质是极少量水分子电离出氢离子和氢氧根离子，在电能的作用下，氢离子在阴极获得电子成氢气逸出，氢氧根离子在阳极失去电子成氧气逸出。
三、教学实践思考
电解水实验中的微粒观和变化观是电离理论的核心思维。微观粒子看不见、摸不着，又确实存在，如何通过技术手段使他们变得可以“可见”从而回归知识的本源成为设计本实验教学的一个思想。在具体的教学实践中，也是采用“微观→宏观”教学法，由微观粒子的变化来解释宏观现象。
在初中学段为实现电解水实验的教学需求，往往会在水中加入一些电解质，如NaOH、H2SO4和Na2SO4，这些电解质的加入增加了水的导电能力，使实验快速、现象明显。根据高中学段教学需求改进后的装置，虽然宏观现象不明显，但更注重微观粒子的变化。利用便携式pH计可清楚地观测到溶液内部发生的化学变化，同时也给学生一个观念：水是个极弱的电解质，导电能力很弱，而电解是电解质溶液在直流电作用下微观的阴阳离子在两极的变化行为。使用现代技术手段做一点小小的尝试，从微观视角去审视一个实验、一个原理，揭示宏观现象背后所隐含的微观原理，能够帮助学生更好地从分子、原子和离子层面上理解化学变化的本质，更有效地提升学生的化学思维品质。
参考文献
[1] 姚子鹏.九年义务教育课本九年级·化学[M].试用本.上海：上海教育出版社，2009：65-67
[2] 姚子鹏.高级中学课本·化学[M].试用本.上海：上海科学技术出版社，2009：81-83
[3] 张婉佳，杜东双，李燕红.电解水演示实验的探究[J].化学教育，2011，（7）：54-55
[4] 何彩霞.以化学观念为统领设计教学活动[J].化学教育，2013，（1）：16-18endprint
摘要：文章通过对电解水装置的改进，运用便携式pH计对电解水的微观原理进行了探究，并在教学中进行了实践。
关键词：电解水；pH计；装置改进
文章编号：1008-0546（2014）10-0084-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
电解水实验是中学化学的一个经典实验。在初中学段，电解水实验的教学功能侧重于水的组成元素及组成元素的量比关系，也就是“是什么”；高中学段则更注重电解水的原理和本质，也就是“为什么”。不同的教学功能使得两个学段对电解水实验的要求不同。初中学段本实验需成功地检验出得到的气体分别是氢气和氧气，且两种气体体积比例2∶1，而高中学段则需从微观原理知道氢离子和氢氧根在不同电极上放电而得到产物。传统上，对电解水原理的教学一般采用先通过初中已有知识电解水实验现象和化学反应入手，然后从电解质电离和电解质溶液中离子放电的角度分析产生这些现象的微观过程。这种方法更多关注的是用微观过程对宏观现象进行解释，学生在思维上延续着宏观思维的方式。鉴于此，笔者针对高中学段的教学需求改进了电解水实验，以期能将初高中学段关于电解水实验的教学更加有效地衔接起来，并使学生能够从微观角度理解其原理，能从微观本质理解宏观现象，帮助学生建立微粒观的思维。
一、电解水装置的改进
生3：阳极附近溶液pH小于7，阴极附近溶液pH大于7。另外可以看见电极表面有一层细小的气泡层。
师：什么原因呢？请大家记录实验现象，讨论产生这些现象的原因。讨论过后，抽取一个小组成员回答。
师：按照你的认识，先告诉我水中存在哪些微粒呢？
生4：大部分水分子，少部分水电离出氢离子和氢氧根离子。
师：电离出的氢离子和氢氧根离子比例多少？
生：1∶1。
师：你能解释下两极的变化吗？
生4：阴极上，氢离子变成了氢气，氢氧根比氢离子多，呈碱性。阳极上，氢氧根变成了氧气，氢离子比氢氧根离子多，呈酸性。
师：分别用最简洁的化学语言描述两个电极上所发生的化学变化。
[学生展示]：阴极：H+→H2；阳极：OH-→O2
师：氢气分子由什么构成？
生（众）：氢原子。
师：写出氢离子和氢原子的原子结构示意图。发现了什么？能修改下吗？
[学生展示]：阴极：2H++2e-→H2↑；阳极：4OH--4e-→O2↑+2H2O
师：根据两极的电极反应式，这种得失电子的行为是如何引起的？是自发的吗？
生5：不是自发的，需要消耗电能。
师：从氧化还原角度来看，两极发生的属于什么反应类型？
生（众）：阴极：还原反应；阳极：氧化反应。
师：由此我们是否可得到，水是极弱的电解质，水的电解其本质是极少量水分子电离出氢离子和氢氧根离子，在电能的作用下，氢离子在阴极获得电子成氢气逸出，氢氧根离子在阳极失去电子成氧气逸出。
三、教学实践思考
电解水实验中的微粒观和变化观是电离理论的核心思维。微观粒子看不见、摸不着，又确实存在，如何通过技术手段使他们变得可以“可见”从而回归知识的本源成为设计本实验教学的一个思想。在具体的教学实践中，也是采用“微观→宏观”教学法，由微观粒子的变化来解释宏观现象。
在初中学段为实现电解水实验的教学需求，往往会在水中加入一些电解质，如NaOH、H2SO4和Na2SO4，这些电解质的加入增加了水的导电能力，使实验快速、现象明显。根据高中学段教学需求改进后的装置，虽然宏观现象不明显，但更注重微观粒子的变化。利用便携式pH计可清楚地观测到溶液内部发生的化学变化，同时也给学生一个观念：水是个极弱的电解质，导电能力很弱，而电解是电解质溶液在直流电作用下微观的阴阳离子在两极的变化行为。使用现代技术手段做一点小小的尝试，从微观视角去审视一个实验、一个原理，揭示宏观现象背后所隐含的微观原理，能够帮助学生更好地从分子、原子和离子层面上理解化学变化的本质，更有效地提升学生的化学思维品质。
参考文献
[1] 姚子鹏.九年义务教育课本九年级·化学[M].试用本.上海：上海教育出版社，2009：65-67
[2] 姚子鹏.高级中学课本·化学[M].试用本.上海：上海科学技术出版社，2009：81-83
[3] 张婉佳，杜东双，李燕红.电解水演示实验的探究[J].化学教育，2011，（7）：54-55
[4] 何彩霞.以化学观念为统领设计教学活动[J].化学教育，2013，（1）：16-18endprint
