【摘要】新課程改革的重要特點(diǎn)之一就是改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式,要求學(xué)生學(xué)習(xí)方式由原有的單一的“接受式學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣瘜W(xué)習(xí)方式,圍繞具體的問題展開,教師有意識(shí)地創(chuàng)設(shè)好的問題情境,有助于學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突,使學(xué)生產(chǎn)生想解決這種疑惑的求知欲,因此,以問題驅(qū)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效教學(xué)手段。
【關(guān)鍵詞】多元化學(xué)習(xí)? 問題情境? 問題驅(qū)動(dòng)? 有效教學(xué)
【中圖分類號(hào)】G633.8 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089(2019)21-0160-02
一、設(shè)計(jì)思路
通過實(shí)驗(yàn)探究、問題討論、分析比較等形式,并結(jié)合多媒體技術(shù),讓學(xué)生生成新知識(shí),從而培養(yǎng)學(xué)生持續(xù)探究的學(xué)習(xí)及發(fā)現(xiàn)并解決問題的習(xí)慣。本課從學(xué)生已有的相關(guān)知識(shí)出發(fā),緊緊圍繞電解飽和食鹽水與電解氯化銅溶液設(shè)計(jì)問題,從電解NaCl溶液——氯化銅溶液——NaCl和CuCl2混合液——調(diào)換電解飽和食鹽水的Fe、C電極,問題層層遞進(jìn),引導(dǎo)學(xué)生從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)電解原理。由于理論的學(xué)習(xí)較為抽象,適時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)及多媒體動(dòng)畫加以輔助教學(xué),有助于學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)。
二、教材及學(xué)情分析
電化學(xué)知識(shí)是中學(xué)化學(xué)重要基本理論之一,既涉及理論知識(shí),又與元素化合物知識(shí)密切相關(guān)。電解原理的學(xué)習(xí),是在學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)和掌握了氧化還原反應(yīng)、金屬的性質(zhì)、電解質(zhì)溶液、離子反應(yīng)、原電池原理等知識(shí)的基礎(chǔ)上安排的,是電化學(xué)知識(shí)的深化和發(fā)展,具有一定的科學(xué)性。它可使學(xué)生在接受新知識(shí)中有舊知識(shí)作基礎(chǔ),緩解學(xué)習(xí)困難,體現(xiàn)知識(shí)梯度的合理性。
學(xué)生已經(jīng)知道一些重要的電解反應(yīng),如電解H2O、NaCl溶液等,但對(duì)電解反應(yīng)還只有宏觀、感性的認(rèn)識(shí),本節(jié)課將引導(dǎo)學(xué)生從微觀層面進(jìn)一步認(rèn)識(shí)電解反應(yīng),為選修4《電解的工作原理》的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ),具有承上啟下的作用。高一學(xué)生有一定觀察、分析、綜合、比較、分類、歸納和演繹的思維能力,但上述思維能力、研究方法和理論基礎(chǔ)不夠完備。
三、教學(xué)基本流程
利用層層遞進(jìn)的問題鏈構(gòu)建學(xué)科體系:
【教學(xué)片斷一 構(gòu)成電解池的條件】
設(shè)問:通過我們前面的學(xué)習(xí),知道了化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化成電能,那么電能能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能嗎?必修一中學(xué)過的電解飽和食鹽水就能實(shí)現(xiàn)這種變化。今天我們要深入解析電能如何轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。
板書:(一)電解原理
1.定義:在直流電作用下,在兩極分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程
問題:請(qǐng)你模仿電解飽和食鹽水的裝置設(shè)計(jì)一個(gè)裝置電解氯化銅溶液。
2.裝置:
教師:由于鐵與氯化銅溶液會(huì)發(fā)生反應(yīng),用石墨代替鐵棒
演示實(shí)驗(yàn):電解氯化銅溶液(陽極:產(chǎn)生氯氣? ?陰極:析出紅色固體Cu)
教師:通過電解,產(chǎn)生了新物質(zhì)。從能量變化的角度來看,這里實(shí)現(xiàn)了怎樣的變化?
學(xué)生:電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
投影:電解池:將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置
問題探究1:構(gòu)成電解池的基本條件有哪些?
學(xué)生:外接直流電源、陰陽兩極、電解質(zhì)溶液、形成閉合回路
追問:它和原電池最大的不同點(diǎn)是什么?
學(xué)生:有外接直流電源、電極的名稱不同
設(shè)計(jì)意圖:通過電解氯化銅溶液和NaCl溶液的電解裝置,得出構(gòu)成電解池的條件,通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察為理論的提升做準(zhǔn)備。
【教學(xué)片斷二? 電解原理的探究】
問題探究2:為什么銅在陰極產(chǎn)生,氯氣在陽極產(chǎn)生?而不是相反?
點(diǎn)撥:1.氯化銅溶液中含有哪些微粒?(Cu2+、H+、Cl-、OH-)
2.在直流電的作用下,離子會(huì)定向遷移,分別向哪極移動(dòng)?(電源負(fù)極電子流出到陰極,陽離子向陰極遷移,得到電子,發(fā)生還原反應(yīng);陰離子向陽極移動(dòng),失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng))
3.電極反應(yīng):陽極——失去電子——氧化反應(yīng)
陰極——得到電子——還原反應(yīng)
練習(xí):寫出電解CuCl2溶液的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式
陽極: 2Cl--2e-=Cl2↑? 陰極: Cu2++2e-=Cu
CuCl2電解Cu+Cl2↑
設(shè)計(jì)意圖:透過現(xiàn)象看本質(zhì),感受現(xiàn)象升華成理論的過程,反饋學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度。
問題探究3:試分析電解NaCl溶液的陰陽極反應(yīng)?
學(xué)生:H+向陰極遷移,在陰極得到電子析出H2;Cl-向陽極遷移,在陽極失去電子產(chǎn)生Cl2。
練習(xí):寫出電解NaCl溶液的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式
陽極: 2Cl--2e-=Cl2↑? 陰極: 2H++2e-=H2↑
總反應(yīng)式:2NaCl+2H2O電解2NaOH+H2↑+Cl2 ↑
教師:電解飽和食鹽水是氯堿工業(yè)的基礎(chǔ),這是電解原理的一個(gè)重要應(yīng)用
板書:(二)應(yīng)用:
1.氯堿工業(yè)
設(shè)計(jì)意圖:電解飽和食鹽水是高中階段學(xué)習(xí)過的第一個(gè)重要的電解反應(yīng),必修一中只要求學(xué)生識(shí)記陰陽極產(chǎn)物,通過前面電解CuCl2溶液原理的分析,學(xué)生能夠分析出兩極的電極反應(yīng),進(jìn)一步加深對(duì)電解原理的理解。
問題探究4:電解NaCl+CuCl2混合液,陰陽極產(chǎn)物分別是什么?
學(xué)生1:陽極產(chǎn)生氯氣,陰極析出銅。
追問:為什么你判斷陰極析出銅,不產(chǎn)生氫氣?
學(xué)生1:電解氯化銅溶液時(shí),溶液中也有氫離子,但實(shí)驗(yàn)結(jié)果是析出銅,沒有產(chǎn)生氫氣。
點(diǎn)評(píng):很好,這位同學(xué)用了“類比”的方法判斷陰極析出銅,而不是氫氣。
追問:本質(zhì)是什么?
學(xué)生1: Cu2+比H+更容易得電子。得電子體現(xiàn)什么性?(氧化性)
投影:氧化性:Cu2+>H+
學(xué)生2:我覺得陰極先析出銅,后析出氫氣。因?yàn)榛旌弦旱臐舛葲]說,當(dāng)銅離子完全析出后,氫離子就會(huì)得到電子,產(chǎn)生氫氣。
點(diǎn)評(píng):說得有道理,這位同學(xué)的思維很嚴(yán)密!
問題探究5:電解NaCl溶液有可能析出金屬Na嗎?如何制備得到金屬Na?
學(xué)生:不可能,因?yàn)镹a+的氧化性比氫離子小。
投影:氧化性:Cu2+>H+>Na+
學(xué)生:無水環(huán)境,電解熔融NaCl制備Na。
教師:構(gòu)成電解池的電解液不一定是電解質(zhì)溶液,也可以是熔融電解質(zhì)。
練習(xí):請(qǐng)寫出電解熔融NaCl的電極反應(yīng)及總反應(yīng)式。
陽極: 2Cl--2e-= Cl2↑? ? 陰極: 2Na++2e-=2Na
2NaCl電解Na+Cl2↑
教師:利用電解的原理可以冶煉Na、Mg、Al等活潑金屬。
2.冶煉活潑金屬
教師:溶液中陰離子有氯離子和氫氧根離子,為什么陽極是氯離子放電?
投影:還原性:Cl->OH-
Flash動(dòng)畫:感受電解的過程。
(溶液中Cl-、OH-、Cu2+、H+自由移動(dòng),接通電源,陽離子往陰極移動(dòng),銅離子在競(jìng)爭中獲勝,得到了從電源負(fù)極流出的電子;陰離子往陽極移動(dòng),氯離子在與氫氧根離子的競(jìng)爭中獲勝,失去電子,產(chǎn)生氯氣)
設(shè)計(jì)意圖:通過對(duì)NaCl與CuCl2混合溶液分析,將已學(xué)知識(shí)與新知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系、對(duì)比,引發(fā)學(xué)生思考,問題層層遞進(jìn),從現(xiàn)象到本質(zhì),鞏固對(duì)電解原理的認(rèn)識(shí),通過Flash動(dòng)畫的呈現(xiàn),更形象地呈現(xiàn)電解反應(yīng)的過程,有助于學(xué)生對(duì)電解原理的理解。
問題探究6:鐵棒與碳棒互換會(huì)影響氯堿工業(yè)的生產(chǎn)嗎?
學(xué)生:會(huì)影響,(從陰陽極反應(yīng)類型的角度去看)鐵作陽極會(huì)失去電子。
投影:還原性:金屬(Pt、Au除外)>Cl->OH-
設(shè)計(jì)意圖:以氯堿工業(yè)為載體,探究電極對(duì)電極反應(yīng)的影響,為電鍍的學(xué)習(xí)作鋪墊。
【教學(xué)片斷三? 電解原理的應(yīng)用】
問題探究7:根據(jù)電解原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置,使鐵的質(zhì)量不減少,又在鐵表面析出銅。
學(xué)生1:銅為陽極、鐵作陰極、氯化銅溶液為電解質(zhì)溶液。
學(xué)生2:石墨為陽極、鐵作陰極、氯化銅溶液為電解質(zhì)溶液。
教師:哪種方法更好,為什么?
學(xué)生:第一種。第二種方法中,銅離子濃度不斷下降(鍍層速度改變,鍍得不牢固)。
投影:電鍍:以鍍層金屬為陽極、鍍件為陰極、含鍍層金屬離子的鹽溶液為電解質(zhì)溶液
師:生活中,我們常常用到白鐵皮(鍍鋅鐵皮)它有不易生銹和耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)??捎糜谥谱魑菝?、卷管和各種容器。
問題:鐵不能置換出鋅,有什么方法在鐵表面鍍上鋅?(電解的原理)
實(shí)驗(yàn)展示:鐵片上鍍鋅
3.電鍍
閱讀:P45 拓展視野? 銅的電解精煉
學(xué)生:粗銅為陽極? 純銅為陰極? 硫酸銅溶液為電解質(zhì)溶液
4.電解精煉銅
設(shè)計(jì)意圖:鞏固所學(xué)知識(shí),學(xué)以致用。通過電鍍實(shí)驗(yàn)的展示,讓學(xué)生感受到化學(xué)的實(shí)用價(jià)值,提高學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。
化學(xué)史話:戴維是化學(xué)史上發(fā)現(xiàn)新元素最多的人,你知道他用的什么方法嗎?(電解)。1799年伏打發(fā)明了世界上最早的電池——伏打電池,一年后戴維采用伏打電池電解水獲得成功,經(jīng)過不斷探究,他通過電解的方法制得了Na 鎂? 鈣 硼 硅等八種元素,開啟了人類發(fā)現(xiàn)元素的新時(shí)代。
設(shè)計(jì)意圖:通過化學(xué)史的教育,感受電解的學(xué)科價(jià)值及社會(huì)價(jià)值。
投影:電解池與原電池的比較
四、板書設(shè)計(jì)
電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
(一)電解原理
1.定義:在直流電作用下,在兩極分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。
2.裝置:
3.電極反應(yīng):陽極——失去電子——氧化反應(yīng)
陰極——得到電子——還原反應(yīng)
(二)應(yīng)用
作者簡介:
吳招壇(1987.6-),男,本科學(xué)歷,中學(xué)一級(jí)職稱,研究方向:課堂教學(xué)、競(jìng)賽。