通过证据推理探索电解池模型

黎文燕

【摘要】  本课例通过对情景问题的步步探索，由浅入深建立并完善电解池模型，突破教学难点，促进学生“证据推理与模型认知”“宏观辨析与微观探析”“科学态度与社会责任”等核心素养的发展。

【关键词】  电解池 证据推理 模型认知

【中图分类号】 G633.7               【文献标识码】  A     【文章编号】  1992-7711（2020）23-161-02

一、教学主题内容及教学现状分析

1.教学主题内容

《电解池》研究的是如何借助外接直流电源使不能自发的氧化还原反应得以发生，能使学生对氧化还原反应有更深刻的理解，丰富学生制备物质及工业生产的视角。本内容可分为2课时，第1课时主要让学生从微观上认识电解池中微粒的移动和反应本质，掌握两个电极的反应过程，从而建立电解池的思维模型，为后面的电解池应用打下基础。

2.教学现状分析

电解池是一个模型化很强的内容，但很多同学觉得很难，笔者认为有以下几个原因：

（1）将电解池原理与原电池原理相互混淆，没有从根本上理解原电池与电解池的本质原理及其联系，死记硬背知识，这很容易造成记忆混乱，一段时间没有接触就忘记。

（2）注意力不足的学生，面对较枯燥的原理内容，听老师讲解容易走神。同时讲解过程中会出现很多化学用语，如正极负极、阴极阳极、阴离子陽离子、得电子失电子，氧化反应还原反应等，若学生没有及时理清当中关系会听得一头雾水，失去深入学习的兴趣和动力。

（3）学生没有认识到两极离子放电顺序的重要性，不能很好地理解并掌握放电顺序，导致解题关键知识点缺失。

二、教学思想与创新点

为解决上述问题以及在课堂上提升学生的核心素养，笔者对教学设计作如下改进：

1.结合生活和当前新冠疫情的热点时事，创设学生感兴趣的教学情景，让学生感受化学学科的价值，提升学习兴趣。并将情景问题进行重新分解和深入探究，在此过程中建立并完善电解池模型，教学环节由浅入深，问题一环扣一环，将各个环节联系起来形成板块化教学，保持学生思维的连续性，有助于学生注意力的集中。

2.在学习电解池原理前理清原电池与电解池之间的区别和联系，认识原电池是电源内部自发发生化学反应而产生电流，而电解池则是电源外接两个电极，利用电源产生的电流在外电路引发不能自发的氧化还原反应。整个过程以电子的流动方向为线索，帮助学生理解两个原理的本质及其联系，有助于学生知识的生成和对原理的理解。

3.通过学生的分析和探究过程突破教学难点。电解池的原理容易让学生感觉混乱，需要学生自己建立电解过程的系统分析思路，教师无法代劳。因此在教师引导下初建模型之后，让学生根据步骤自己分析陌生电解池原理，理清分析思路。并在完成任务的过程中引发新的问题，引起学生探究的欲望，然后请学生设计实验探究的方案，通过实验探究得出结论，学生印象深刻。

4.注重学生核心素养的培养。（1）结合抗疫现状，让学生感受生活处处需要化学，通过学科价值引领学习兴趣，提升社会责任感。（2）请学生分析实验现象，推断电子的流向、离子的移动方向、得失电子情况，写出电极方程式——通过宏观——微观——符号三重表征提高学生宏观辨析与微观探析的核心素养。（3）通过对电解水实验的分析初步建立电解池模型，再应用模型分析陌生电解池，并在分析过程中对遇到的问题作出合理猜想，设计实验验证猜想，分析实验结果，得出实验结论，完善模型，再应用完善的模型解决新的化学问题，提高学生证据推理与模型认知的核心素养。

三、教学目标

1.通过对电解水实验的分析，从微观视角认识电子的流动方向，离子的移动方向，得失电子情况，初步建立电解池模型。

2.通过分析制备84消毒液（用石墨作电极电解氯化钠溶液）的原理巩固电解池模型。

3.通过对电解氯化钠溶液可能出现的情况作出猜想、设计实验方案验证、分析实验结果、总结放电顺序，完善电解池模型，并提升证据推理能力。

4.通过对84消毒液作用和制备的研究，感受化学知识的价值，提升社会责任感。

四、教学流程

五、教学实录

环节一：结合生活与抗疫时事导入，提升学习兴趣

【情景导入】抗击疫情，从消毒开始

资料1：“84消毒液”，广泛应用于家庭，宾馆，医院，饭店等公共场所的物体表面消毒，制法：可通过石墨作电极电解NaCl溶液制得含NaClO的溶液。

资料2：2020年2月8日知乎日报报道：由于新冠病毒疫情蔓延，口罩、酒精、消毒液等物资非常紧缺，有网友利用自己专业的化学知识通过电解NaCl溶液自制消毒液。

【教师点拨】学好化学，能在危急时候帮上大忙，也能为社会作出许多贡献！这节课我们就来学习什么是电解，并学习怎么制备84消毒液。

环节二：通过电解水实验了解电解和电解池，并初步建立电解池模型

【教师引导】电解池原理和原电池原理是电化学的两大重要原理。原电池是发生自发的氧化还原反应，失去的电子由负极移向正极而产生电流的过程（化学能转化为电能）。若将直流电源另外连接两个电极并通过电解质溶液，借助电流则可以引发氧化还原反应。84消毒液就是通过石墨作电极电解NaCl溶液制得。但NaCl溶液由两种物质混合而成，我们可以先从电解单一物质开始研究。若NaCl溶液中没有NaCl，只有水能否发生反应？

【学生回顾】结合装置图回顾用石墨电解水的实验

【教师点拨】如果没有电流通过，水能否自发分解为氢气和氧气？

【学生总结】电解：使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

将电能转化为化学能的装置叫电解池（电解槽）。

【提出问题】电解池是如何做到将不能自发的氧化还原反应得以发生？

【教师引导学生思考】

通电前，水中存在什么离子？这些离子能否自由移动？通电后，电子如何移动？电子从电源负极流入阴极，阴极会带什么电？带负电的阴极会吸引什么离子？被吸引过来的H+经过什么过程生成H2？

【初建模型】阴极吸引阳离子，得电子，发生还原反应

【教师引导学生思考】

电子从阳极流入电源正极，阳极会带什么电？带正电的阳极会吸引什么离子？被吸引过来的OH-经过什么过程生成O2？

【初建模型】阳极吸引阴离子，失电子，发生氧化反应

环节三：运用所学的电解池模型分析制备84消毒液的过程

【教师引导】现在看大家能否分析84消毒液是怎么制备的，往水中加入NaCl变成NaCl溶液，反应会发生什么变化？

【学生任务一】根据步骤分析用石墨作电极电解NaCl溶液的原理

（1）在图中标出正负极、阴阳极。

（2）标出电子移动方向和电极带电情况

（3）分析溶液中存在的离子，标出离子的移动方向

（4）阴极的离子会得电子还是失电子？

阳极的离子会得电子还是失电子？

（5）尝试写出两极的电极反应方程式

环节四：通过对遇到的问题提出猜想——设计实验验证——分析实验结果，探究电解NaCl溶液发生的电极反应，并进一步完善电解池原理。

【学生提问】阴极吸引Na+和H+，哪个离子得电子？阳极吸引Cl-和OH-，又哪个离子失电子？

【教师点拨】同学们能否设计实验方案验证两极到底发生哪个反应？

【学生任务二】设计实验方案验证两极的反应

提示：用石墨作电极电解NaCl溶液，

阴极若是Na+得电子会生成什么？若是H+得电子会生成什么？

阳极若是Cl-失电子会生成什么？若是OH-失电子会生成什么？

【学生总结实验方案】连接直流电源，用石墨作电极电解NaCl溶液，观察阴极有固体析出还是有气泡产生;收集阳极产生的气体，分别用带火星的木条和湿润的碘化钾淀粉试纸检验生成的气体。

【学生实验探究】学生通过实验探究用石墨作电极电解NaCl溶液的两极反应

【展示汇报】阴极有气泡产生，说明是H+得电子生成H2;阳极产生的气体不能使带火星的木条复燃，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝色，说明是Cl-失电子生成Cl2.

【师生共同总结】制备84消毒液的原理

【教师点拨】为什么阴极得电子的是H+而不是Na+，阳极失电子的是Cl-而不是OH-？这主要与离子的得电子能力和失电子能力有关

金属单质的失电子能力：KCaNaMgAlZnFeSnPb（H2）CuHgAg PbAu

金属单质失电子能力越强，则对应阳离子的得电子能力越弱。

【师生共同总结】阴阳极的离子放电顺序：

阴极：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+

阳极：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根（SO42-、NO3-、CO32-等）>F-

【提出问题】若电解质溶液不变，更换电极材料，还能否制得84消毒液？

【学生任务三】

已知：活动性排在Ag之前的金属（包括Ag）的失电子能力强于溶液中的阴离子。

（1）要制备84消毒液，能否将电解NaCl溶液的阳极材料换成Cu？

（2）能否将阴极材料换成Cu？

【学生展示汇报并补充总结】阳极的放电顺序：活性电极（Ag及之前的金属）>S2->I->Br->Cl->OH-…

环节五：应用完善的电解池模型分析陌生电解池的反应

【学生任务四】

1.写出用石墨作电极电解CuCl2溶液的两极反应方程式

2.写出用Fe作电极电解CuCl2溶液的两极反应方程式

六、教学效果与反思

1.我校学生基础比较薄弱，注意力集中能力不足，教学设计需要环环相扣。该教学设计经过修改，将情景问题进行重新组织，增强了每个环节之间的联系，教学设计由浅入深，围绕情景问题层层推进，设计环节让学生发现问题，探究问题，将知识一步步渗透，教学难点得以突破，基础较差的同学也能跟得上。

2.核心素养需要在课堂活动中提升。面对当今的高考模式，教和学不能只停留在知识层面，更要重视知识、能力的形成过程，学科核心素养的提升，而核心素养如何落地？这需要教师创设问题情境，铺设探究路径，让学生在主动的科学探究中掌握研究方法。该教学设计在围绕问题情景步步探索的过程中，提升了学生“证据推理与模型认知”“宏观辨析与微观探析”“科学态度与社会责任”等核心素养。

3.教学环节不一定要按照课本提供的素材进行设计。人教版课本提供的素材是电解氯化铜溶液，此实验现象明显比较容易进行推理，但在新的情景素材下，可以将课本素材作适当的整合，使教学环节更加流畅，学生更愿意学习和探究，这才是课堂的根本。

[ 参  考  文  献 ]

[1]郭浩玉.构建电解池模型落实化学核心素养[C].广州：廣州市教研院，2019-12-20.

[2]刘凤艳.证据推理模型认知[C].广州：广州市教研院，2019-12-20.

[3]王兆允.高中化学学科核心素养“证据推理与模型认知”的培养[J].课程教育研究，2018（15）：104-105.

[4]赵珊珊，陆昌炘.选准代表物开辟探究路径培育核心素养[J].化学教育（中英文），2019，40（9）：32-36.