电解后溶液复原模型的构建及应用

摘 要：模型是对事物或情境的本质性概括。借助模型分析问题，可避免学生受无用信息的干扰，更好地把握问题的本质，实现顺利求解问题的目标。由于高中化学涉及很多模型，教师在教学中应提高认识，合理安排教学内容，为学生介绍模型背景，与学生一起分析模型构建过程，从而在學生头脑中留下深刻印象。同时，为使学生更好地掌握知识，教师应及时组织学生进行训练。本文以电解池电解后溶液复原模型为例进行了探讨，以供参考。

关键词：电解池;高中化学;溶液复原模型;教学策略

中图分类号：G427                                  文献标识码：A                                       文章编号：2095-9192（2021）14-0085-02

引  言

电化学是高中化学的重要内容，且原电池和电解池均是高考考查的重要知识点。其中，电解池溶液复原问题较为抽象，对学生分析问题的能力有一定的要求。一些学生分析问题时考虑不全面、不深入，出错率较高。为帮助学生更好地突破该类题型，提高学生解答该类问题的能力与效率，教师在课堂上应注重对该模型的构建及教学应用[1]。

一、例题分析

室温下，使用石墨电极电解饱和食盐水（已知食盐水的溶解度为36g），电解总的化学反应式为： 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，经过一段时间后，以下措施中可将溶液恢复到原来的状态的操作是（     ）。

①向电解后的溶液中通入适量的HCl气体;②向电解后的溶液中加适量浓盐酸;③向电解后的溶液中加适量该温度下的饱和氯化钠溶液;④向电解后的溶液中先加入适量的MgCl2，搅拌后再过滤。

A.①③            B.②③          C.①④           D. ②④

电解池是高中化学电化学部分的重要组成部分，是高考考查的热门知识点。相关题型复杂多变，其中电解后溶液复原问题难度较大，需要学生深入理解电解池工作原理，准确把握各个阶段电解的物质及电解后给电解液造成的影响。本题对学生的综合能力要求较高，题干只是给出了总的化学反应式及充当电极的物质，学生只有熟练地掌握电解池原理，才能灵活运用所学知识分析出电解过程中参与电解的物质，把握电解产物，从而正确作答。课堂上，教师可先给学生预留一定的时间，要求学生采用常规思路作答，而后自然地引入模型构建内容，再要求学生使用构建的模型进行分析，对比两种解题思路的解题效率。这样，学生自然就形成了运用模型分析该类问题的意识。

二、模型建立

（一）模型背景

电解池中溶液复原模型的构建基于电解池，因此，学生在构建模型时需要熟悉电解池原理，牢固掌握相关基础知识。根据高中化学教材可知，电解池是一种将电能转化为化学能的装置，因此，电解需要外加电源。为使学生更好地理解模型，教师应引导学生掌握电子的运动规律，即从电源的负极流出到达电解池的阴极，引起电解质溶液中离子的定向移动，又从电解池的阳极流向电源的正极;同时，能够判断不同离子的放电顺序，准确写出不同阶段的电极反应式，即阳离子按照如下顺序放电：Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（指酸电离的）> Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+> Al3+> Mg2+>Na+>Ca2+>K+。判断阳极放电情况时，学生需要分析电极材料及离子的放电顺序。阳极若为活性电极，电极本身溶解放电;若为惰性电极，则按照如下顺序放电：S2->I->Br->Cl->OH->NO3-> SO42-（等含氧酸根离子）>F-。以使用石墨电极电解CuCl2溶液为例，阳极电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑，阴极电极反应式为：Cu2++2e-=Cu。

（二）模型涉及的情境

根据电解池原理：电解质溶液复原模型包含三种情境：①电解电解质;②电解水;③电解电解质和水。其中，情境①只需添加电解质即可，如电解HCl溶液时电池总反应式为：2HClH2↑+Cl2↑，若要使溶液恢复到原来的状态，向溶液中通入HCl气体即可。情境②中要想使溶液恢复到原来的状态，向原溶液中加入水即可，如电解KNO3、Na2SO4、H2SO4等。情境③难度相对较大，所以学生需要进行综合考虑。以电解NaCl溶液为例，总反应式为：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。如加入NaCl和水，溶液中的NaOH无法消除。分析总的电池反应式可知，产生的H2和Cl2气体相当于HCl气体，因此，可向溶液中通入HCl气体。同时，HCl+NaOH=NaCl+H2O，因此，可使溶液恢复到电解前的状态。另外，电解CuSO4、AgNO3溶液可使用同样的思路分析。

（三）模型建立

结合上述分析构建如下模型（见表1），以指导学生更准确地分析相关习题。

三、例题的求解

根据上述模型中的三种情境，可知①的措施可行， ②的措施不行。根据已知条件可知饱和的氯化钠溶液中溶质和水的质量之比为36∶100=9∶25，而被电解后溶液不再饱和，因此，措施③不可行。加入MgCl2，搅拌后再过滤。则发生反应：MgCl2+2NaOH=Mg（OH）2↓+2NaCl。从这一点来看，NaCl的总量恢复了原来的状态，但水在电解过程中被消耗了，所以浓度还是恢复到了饱和状态，因此，措施④合理。综上可知，选择C项。

通过对比常规思路及运用模型解题的解题效率，学生不难发现，虽然常规思路最终能够得出正确结果，但分析的时间较长，效率不高;而使用模型法解题，根据题干模型迅速找到对应的模型情境，能够及时做出准确的判断，从而提升解题效率。

四、模型的应用训练

化学课上，教师将惰性电极放入硫酸铜溶液中进行电解实验操作。经检测，当Cu2+浓度变为原来的一半时将电源断开。将以下物质加入溶液中，可使溶液恢复到电解前浓度的是（     ）。

A. CuSO4    B. CuO    C. Cu（OH）2    D. CuSO4·5H2O

根据电解池原理可知发生的总的反应式为： 2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，观察电解后的产物可知，其符合模型中的电解电解质和水模型，相当于电解CuO，因此，為使溶质恢复到原来的浓度，我们可向溶液中加入CuO。而Cu（OH）2 、CuSO4·5H2O的加入会导致溶液中水的量增加，使溶质浓度比原来的小，因此，正确选项为B。

课堂上，教师应及时向学生展示相关问题，鼓励学生运用所学模型进行解答。教师运用构建的模型对学生进行解题训练，既能加深学生对模型的认识，使学生快速找到分析问题的思路，又能增强学生解题的自信心，从而获得了很好的教学效果[2]。

结  语

综上所述，教师在高中化学教学中不仅要重视基础知识教学，还应考虑如何提高学生的解题效率，尤其要结合自身经验做好高中化学常见模型的汇总，在课堂上以具体的习题为背景，为学生积极灌输建模知识，并与学生一起完成相关模型的构建。另外，为使学生更好地消化、吸收所学知识，教师应做好相关习题的设计，鼓励学生运用构建的模型进行解题，掌握解答相关化学题型的技巧。

[参考文献]

杜娟.基于化学学科素养的“电解池”教学设计[J].数理化解题研究，2020（27）：94-95.

杨立超.基于证据推理与模型认知的高中化学教学[J].文理导航（中旬），2020（09）：63.

作者简介：陈碧琴（1973.10-），女，福建莆田人， 本科学历，中学一级教师，从事高中化学教学与研究工作。