苏教版“电解饱和食盐水”图示的解读与反思

金汝来　林海斌

一、电解饱和食盐水图示的解读

高中课程标准实验教科书苏教版《化学》在同一套教材的不同模块中出现了６个关于电解饱和食盐水的图示，教师阅读时倘若不能合理解读，会影响教学效果.对６个图示分析可发现以下特点．

１．体现发展历程，指明发展方向

电解法作为现代化学工业的一种重要方法源于１８０７年英国科学家Ｈ．戴维将熔融苛性碱进行电解制取钾、钠，美国于１８９３年首先使用石棉隔膜电解法用于工业生产制取烧碱，１９７５年日本首先实现离子膜电解法制烧碱，并实现工业化生产.虽然在这一发展进程中，于１８９７开始在英国和美国用于工业化生产的水银电解法，且在２０世纪８０年代初仍占氯碱工业生产能力的４２％，但由于水银电解法需用固体食盐作原料，且电耗大、污染重，逐步被其他方法所取代.因此，在电解饱和食盐水的工业化过程中，最重要的装置就是石棉隔膜电解槽和阳离子交换膜电解槽，苏教版教材中上述图形的呈现同样清晰地体现了这一过程.同时，在３个模块中３次出现阳离子交换膜电解槽（图４～６），这也指明并强调了氯碱工业的发展方向——阳离子交换膜电解法.

２．丰富阅读情境，创新实验方法

同样是阳离子交换膜电解槽，３个图示（图４～６）却是大同小异：“同”在电解饱和食盐水这一电解原理，“异”在原料的入口和产物的出口的简单变换.在其目的是让学生在不同的情境下能够有效地利用已学的电解原理分析和解读，这一做法对于区分学生是否真正掌握阳离子交换膜法电解饱和食盐水的原理十分有利.用鸡蛋壳来设计电解饱和食盐水的简易装置（图２），不仅是一个创新型的实验设计，而且是一个生活化的实验设计.但这一设计的实践原型在哪里？笔者认为，其原型是石棉隔膜电解槽，由于在电解槽中增加了石棉隔膜，并且改变了阴、阳两极室内的液面温度，导致电流密度降低，因此用铁丝缠绕在鸡蛋壳外以增大电流密度，石棉隔膜电解槽将阴极改制成筒状的铁网也是基于这一原因设计的.

二、电解饱和食盐水图示的反思

如何让学生将这些图示串联成有序的线又不模糊电解槽的基本模型呢？

１．建构稳定的电解模型

先让学生认识水电离产生Ｈ＋和ＯＨ－，在直流电的作用下Ｈ＋向阴极移动，ＯＨ－向阳极移动.然后，让学生分析Ｈ＋和ＯＨ－分别在阴极和阳极发生得失电子的过程：Ｈ＋得电子产生H₂，ＯＨ－失电子产生O₂.由于阴阳两极产生H₂和O₂的物质的量之比是２∶１，因此，阳极４Ｈ＋＋４ｅ－→２H₂，阴极ｎＯＨ－－ｎｅ－→O₂，阴极的这一电极反应显然不符合质量守恒定律.由此进一步引导学生深入讨论水的电解原理（图７）.

在每次呈现电解示意图时，用以下问题启发学生思考：①存在哪些离子？②在直流电作用下离子会怎样移动？③指出电极产物并写出化学反应方程式.这不仅有效地解决了离子移动方向的问题，同时也明确了在阴、阳极分别发生的得、失电子过程.这一分析思路会对学生认识其他具体电解装置形成固定思维路径，从而构建稳定的电解模型.而对于ＯＨ－在哪一个电极附近产生的问题，应由实验来回答，并结合实际进行适当的解释：H₂Ｏ?葑Ｈ＋＋ＯＨ－，２Ｈ＋＋２ｅ－＝H₂↑，综合上述两个反应得到２H₂Ｏ＋２ｅ－＝H₂↑＋２ＯＨ－，说明H₂和ＯＨ－是在同一电极产生.

２．建构科学的认知序列

笔者设计了饱和食盐水电解装置的认知序列，并以相关问题引导学生进行电解装置的改进.（具体装置图和问题略）

通过这样的学习，不但让学生巩固了饱和食盐水电解的基本模型，而且在不断改进的学习过程中感受发现与创造的乐趣.