“电解原理”的随堂分组活动设计

周继敏+王涛

摘要 分别从阳离子、阴离子、电解材料等不同角度设计了探究电解原理的随堂分组活动，把规律置于学生的经验背景和合理的逻辑体系中，引导学生从其经验基础和理论解释角度把握电解原理。

关键词 电解原理 随堂分组 微型化

中国分类号：O646.51

1 活动设计

1.1 目标

理解电解池的工作原理，掌握电解过程中溶液中阴阳离子放电规律和电极放电特点。

1.2 用品

饱和NaCl溶液、1.0mol/L CuCl2溶液、饱和ZnCl2溶液、1.0mol/L Na2S与NaCl混合液、1.0mol/L CuSO4溶液；铅笔芯（若干）、Fe丝（2根）、酚酞溶液、淀粉KI试纸、蒸馏水、饱和K3[Fe（CN）6]溶液。

微型学生直流电源、5mL微型U形管（6支）、500mL烧杯、镊子、10mL滴瓶（7个）。

1.3 步骤

（1）实验全程请佩戴护目镜。

（2）参照实验装置图，依次完成下列实验。请与实验搭档交流“1.5 分析与讨论”中的有关问题，选择试剂检测电极产物，将实验结果与现象观察填入表1。

1.4 数据与现象

1.5 分析与讨论

（1）电解熔融鹽和盐溶液会有什么不同？

①电解熔融NaCl时，阴阳极放电的微粒分别是什么，你能想象出电解液中Na+、Cl-的定向移动的场景吗？

②电解饱和NaCl溶液时，电解时在阳极、阴极放电的微粒与电解熔融NaCl相同吗，你认为可能的原因是什么？

（2）溶液中阳离子的放电特点有什么规律？

①CuCl2溶液中也存在H+，为什么阴极产物与电解饱和NaCl溶液不同，你有什么发现？

②ZnCl2溶液中也存在H+，电解时阴极产物也没有产生H2，你认为可能的原因是什么？

（3）溶液中阴离子的放电特点有什么规律？

①结合电解Na2S、NaCl混合液和CuSO4溶液的现象，试分析阴离子S2﹣、Cl﹣、SO42﹣、OH-在阳极的放电顺序。

②若溶液中同时存在Br﹣、Cl﹣，电解时哪种离子先放电？结合非金属单质氧化性强弱顺序，你给出的解释是什么？

（4）改用活泼金属作电极，电解过程会有什么变化？

分别用铅笔芯、Fe丝作电极，电解饱和NaCl溶液，阳极现象有什么不同，你认为原因是什么？

2 几点说明

相关研究表明，学生在学习电化学知识时经常出现不同的相异构想（学生头脑中与科学概念不一致的成分），这是学生在学习过程中出现思维障碍、导致教学低效率的重要原因之一。[1] 要减少相异构想的产生，需要采取多种途径，例如通过化学实验给学生以直观印象，对传统的电解实验进行一些改进，以达到更好的教学效果。

2.1 活动内容的丰富化、逻辑化

整个分组活动，以电解饱和NaCl溶液为纽带，从四个环节建立本节的教学体系，增加了实验对象，丰富了学生的感性认识，帮助学生构建完整的电解规律，见图2。其中的逻辑关系如下：

（1）从学生已知的金属Na的冶炼和氯碱工业入手，引导学生发现电解盐溶液时阳离子存在某种的放电顺序。

（2）将电解CuCl2溶液与电解NaCl溶液作比较，学生自主得出电解盐溶液时阳离子的放电顺序与金属活动顺序表之间的关系。再加入ZnCl2溶液中Zn2+放电的实验事实，帮助学生理解阳离子氧化性强弱与浓度间的相应关系，完善学生的认知体系。

（3）从电解S2-、Cl-混合溶液入手，学生自主得出电解盐溶液时阴离子的放电顺序与非金属单质氧化性强弱间的关系；再结合CuSO4溶液中离子的放电顺序，完善阴离子放电顺序的认知。

（4）最后，从Fe作阳极材料入手，引导学生发现活泼金属作阳极的放电特点，构建比较完整的电解规律。整个过程，与C作阳极时的现象对比十分明显，开始时没有明显现象，几分钟后，在U形管下端出现了少量灰绿色絮状物，逐渐增多，滴入少量K3[Fe（CN）6]溶液可以观察到蓝色沉淀。

2.2 利用“分析与讨论”，完善教师引导环节

在第一轮试用过程中，课题组教师发现，每个老师上课方式并不相同，有的喜欢让学生一下子做完所有实验，有的则会设计一环扣一环的方式，学生们好像更喜欢第一种。可等到最后归纳整理实验现象，讲授知识时问题就来了，乐趣主宰了知识，忘记的比记住的多。

因此，我们增加了“分析与讨论”环节，设计合理的与实验有关的问题，帮助学生更加及时地了解自己每一步所做实验的目的和原理，使教师的设计目的表象化，逐步对问题进行分析，直至认识电解的反应本质，起到了事半功倍的作用。

2.3 活动仪器的微型化

这是河南大学附属中学教材二次开发过程中的一节随堂分组活动课，实验设计力求能够适合全年级9个理科教学班的分组教学，实验用品要便于整理和携带。所以，采用5mL微型U形管、微型学生电源、铅笔芯等实验用品，并将其盛装在塑料便当盒中，共60组，顺利满足了实验进课堂的要求。

总之，“观察负载着理论”，科学过程的意义在于关注学生由“观察事实”到“化学事实”的转化过程。[2]通过本节分组活动，我们尝试将规律置于学生的经验背景和合理的逻辑体系中，引导学生从其经验基础和理论解释角度来把握电解原理的规律和意义，取得了一定的效果。

参考文献

[1]张海霞， 王祖浩. 国外有关“电化学”知识相异构想的研究[J]. 中学化学教学参考， 2007， 05： 57-60

[2]刘前树， 李广洲. 科学过程的多元理解及其对中学化学教学的启示[J]. 化学教育， 2014， 35（7）： 1-4endprint