基于化学学科核心素养的“电解池”教学设计

刘凤艳

摘要：以电解CUCl2溶液为例，通过引导学生分析、预测、实验、再分析的探究活动，构建电解池的认识模型。再运用认识模型分析电解NaCl溶液。通过引导学生开展探究活动和问题解决培养学生“证据推理与模型认知”和“宏观辨识与微观探析”等化学学科核心素养。

关键词：化学学科核心素养;电解池;教学设计;证据推理与模型认知

文章编号：1008-0546（2021）04-0064-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.017

探索基于核心素养的化学课堂教学，既是深化课程发展所面临的新挑战，也是落实立德树人根本任务的必要途径[1]。电解池是化学学科的重要组成部分，学习和使用电解池既能解决化学问题，又能发展和提高学生的化学学科核心素养[2]。

一、教材分析

《电解池》是电化学的重要基础理论，研究的是如何借助电能使不能自发的氧化还原反应能够发生。它属于化学原理性课程，包含模型建立与实验探究成分，有利于构建宏观、微观、符号表征的学科思维方法，是學生深入运用氧化还原知识构建电化学知识体系的又一核心。本部分内容可分为2课时，第1课时是电解原理，第2课时是电解原理的应用。

第1课时要使学生从微观世界认识电解池中微粒的移动本质，把握各电极反应的过程，理解电解池反应的本质是氧化还原反应，从而建立分析电解池的思维模型;同时《电解池》（第一课时）的教学也是对电解原理在工业中的应用起到奠基的作用。

二、课标要求

内容要求：了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。

教学策略上要求：充分利用电解熔融氯化钠和电解饱和食盐水等案例素材，组织学生开展分析解释、推理预测、设计评价等学习活动，发展学生对电解池工作原理的认识，转变偏差认识，促使学生认识到电极反应、电极材料、离子导体、电子导体是电化学体系的基本要素，建立对电化学过程的系统分析思路，提高学生对电化学本质的认识[3]。

三、学情分析

1.学生的起点：通过氧化还原反应、离子反应和原电池的学习，学生已掌握氧化还原反应理论，初步建立了微粒观，理解了原电池中电子移动、溶液中离子移动的微观实质，并能用化学用语描述原电池电极反应。

2.学生的障碍点：（1）电解质溶液中离子的移动方向，（2）离子的放电顺序。

3.学生的增长点：（1）证据推理能力。运用“实验假设→实验现象预期→实验验证”的实验方法，从微观粒子变化的理性分析，猜测宏观生成物质，并预期相应的现象进行检测，提升学生微观表征能力与化学实验基本能力。（2）模型认知能力。通过分析一种电解池建立分析电解池的思维模型，从而具备分析不同陌生电解池的能力。

四、教学目标

1.通过分析电解氯化铜溶液建构电解池的认识模型，再运用认识模型分析电解NaCl溶液，提升“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。

2.通过宏观（实验现象）—微观（电子、离子的移动）—符号（电极反应式）三重表征形成电解池的工作原理，提升“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。

3.通过电解氯化铜溶液和饱和氯化钠的分组实验，体验“实验假设→实验现象预期→实验验证”科学探究的基本过程，提升分析问题、解决问题的能力。

五、教学重难点

教学重点：构建电解池的认识模型。

教学难点：离子的放电顺序。

六、教学流程教学流程见图1。

七、教学过程

环节一：电解水实验引入电解的基本概念和原理

【引入】初中熟悉的电解水实验，根据电极产物引导分析对应电极的反应类型。

【教师】阴极、阳极的概念，电解的定义。

【教师】对比电解熔融氯化钠和电解氯化铜溶液的装置图总结电解池的构成。

【学生】直流电源、电极、熔融电解质或者电解质溶液、导线。

设计意图：从学生已有知识出发，引入阴极、阳极，电解、电解池的概念，对比总结电解池的构成，为后面探究做好理论铺垫。

环节二：利用电解氯化铜溶液构建电解池的认识模型

【思考】（1）氯化铜溶液中有哪些离子？

（2）电子的移动方向，离子的移动方向。

（3）预测电极产物。

【学生分析】（1）Cu2+、cl-、H+、OH-。

（2）学生A：Cu2+、H+想得电子，所以移向阴极;Cl-、OH-想失电子，所以移向阳极，摆动模型，见图2。

学生B：电子从负极出发，经外电路回到正极，为了形成负电荷的闭合回路，所以阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，见图3。

（3）阴极聚集Cu2+、H+，预测生成Cu和氢气。

阳极附近聚集Cl-、OH-，预测生成Cl2、O2。

【分组实验】记录实验现象和书写电极反应式：

阳极：2Cl--2e-=Cl2↑

阴极：Cu2++2e-=Cu

【再分析】Cu2+和H+都聚集在阴极周围，Cu2+成功得到电子，说明什么？

【学生】Cu2+电子能力大于H+。

【追问】能否用学过的元素周期律知识解释？

【学生】还原性：CuH+。

【追问】常见金属阳离子得电子顺序怎样？

【学生】金属阳离子得电子能力与金属活动顺序表相反。

【学生总结】电解池的分析思路：

（1）溶液中存在的离子。

（2）通电后，电子如何移动→离子如何移动。

（3）放电（注意顺序）阴极：还原反应;阳极：氧化反应。

设计意图：学生用模型理解电解池中微观粒子的移动过程，体会分析电解池中粒子移动方向的一般方法。创设情境把学生的思维引向微观，通过宏观—微观—符号三重表征形成电解池的工作原理，提升“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。落实学生用化学实验手段进行实验假设与验证的基本实验方法，学生在分析、预测、实验、观察、再分析活动中提升证据推理核心素养。

环节三：运用并巩固电解池认识模型分析电解饱和食盐水

【思考】用石墨棒电解饱和食盐水的电极反应式。

【学生运用模型】

（1）NaCl溶液中的离子：Na+、Cl-、H+、OH-。

（2）电子的移动方向，离子的移动方向。Na+、H+移向阴极，Cl-、OH-移向阳极。

（3）电极反应式。

阳极：2Cl--2e-=Cl2↑

因为还原性：Na>H2，所以氧化性：Na+

【追问】H+从哪里来？阴极除了产生氢气，还会生成什么？

【学生】H+来自水的电离，H+得电子产生氢气，促进水的电离平衡正向移动，阴极附近还会产生OH-。

【分组实验】用浸泡过饱和食盐水的粉笔代替饱和氯化钠溶液，用2B铅笔芯代替普通石墨电极，阴极区滴入酚酞，阳极区用湿润的淀粉KI试纸检验[4]（图4）。

【学生】记录现象，完善电极反应式。

阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH-

阳极：2Cl--2e-=Cl2↑

设计意图：运用电解池认识模型分析电解氯化钠溶液，通过宏观一微观一符号三重表征形成电解饱和食盐水的工作原理，本环节继续提升学生宏观辫识与微观探析、證据推理与模型认知的核心素养。

八、教学反思

1.渗透学科核心素养：宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知。通过宏观实验现象，探析微观粒子的移动，根据氧化还原理论及实验现象，层层递进分析电解原理的过程中渗透着证据推理核心素养。首先用电解氯化铜溶液建立了分析电解池的思维模型，然后运用思维模型解决电解饱和食盐水，学生在分析、预测、实验、观察、再分析的活动中体验科学探究的过程并真正理解电解原理。

2.微型实验速率快，污染小。先在粉笔两端打两个孔，然后在饱和食盐水中浸泡2分钟左右等粉笔完全湿润，就可以实验，连接好电路，马上就有气泡，滴入酚酞电极附近变红。整个实验过程不足1分钟，而且分组实验完毕，课室几乎闻不到氯气的味道。

参考文献

[1]耿亚萍基于生活问题情境的化学核心素养的培养研究——以铁及其化合物复习为例[J].化学教育（中英文），2019，40（7）：38-41

[2]单旭峰.从化学学科核心素养的角度解析和认识高考电化学试题[J].中学化学教学参考，2018（8）：43-45

[3]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.2

[4]张馥，赵胤池，陈林子，于海鹰，郑胤飞.妙解盐水——高中创意电解实验设计[J].化学教育（中英文），2018，39（15）：61-65