2020—2021学年苏教版选修四《化学反应原理》专题一第二单元第1课时《基于电解原理的实验探究》

《基于电解原理的实验探究》 1、 教材分析 本节课基于苏教版选修四《化学反应原理》专题一第二单元中《电解池的原理及应用》，教材中以电解熔融NaCl介绍了电解原理，并介绍了电镀、氯碱工业等应用。 2、 学情分析 学生在必修二中了解过电解CuCl2溶液，上节课，又通过石墨电极电解熔融的NaCl，理解了电解原理、会判断阴阳极及其反应类型、会书写电极反应式等，有能力由“已知”探索“未知”，并进行知识迁移，解决实际问题。 3、 实验器材与药品 学生电源，方块电池，培养皿，导线，铅笔芯，大头针，铁钉，托盘天平，点火器，烧杯；NaCl，FeSO4，H2O2，硫氢化钾，稀硫酸，酚酞，淀粉-KI试纸。 4、 实验创新 （1） 使用图1装置电解NaCl溶液，节省原料，操作简单，现象明显，便于学生观察现象，实验器材方便易得。 图1 （2） 使用图1装置电解NaCl溶液时，采用铅笔芯和大头针作电极材料，但随机分配，学生出现了4种组合方式，导致实验现象不同（见图2、图3），从而引入放电顺序与活性电极。 图2 图3 （3） 用铁做阳极电解饱和FeSO4溶液，形成铁树（图4），产生认知冲突，引起学生的探究欲望。 图4 图5 （4） 通过改变离子浓度产生不同现象（图5），引导学生理解离子浓度对放电顺序的影响，并测得临界值，为下节课讲电镀做好了铺垫。 （五）1.电解饱和食盐水尾气处理时（图6），将NaOH溶液注入海绵中，吸收效果优于直接注入电解液中；2.巧用输液器通气孔的特殊结构，产生更多的气泡（图7）。 图6 图7 （六）介绍阳离子交换膜（图8），为下节课讲氯碱工业做好铺垫。 图8 5、 实验设计思路 学生随机选择电极材料，通过观察到的不同实验现象，自行阶梯式探究放电顺序与活性电极；再由电解不同浓度硫酸亚铁溶液，利用对比实验深入探究浓度对放电顺序的影响，并测得临界值；最后完善装置，介绍阳离子交换膜，培养学生的化学学科素养。 六、教学目标 （1） 通过真实问题情境的设计，探究放电顺序，认识活性电极。 （2） 通过探究实验，宏微结合，预测证明，建立电解模型，并能进行模型的迁移。 （三）培养学生“宏观辨识与微观探析”、“证据推理与模型认知”、“科学探究与创新意识”、“科学态度与社会责任”的化学学科素养。 七、教学过程 【创设情境】学生已知，通过电解熔融NaCl可以得到金属钠，但此实验无法演示给学生，于是我们选择电解NaCl溶液进行小组实验（播放视频）。 【实验先行】实验装置如图9： 图9 此时的实验要点是，电极材料采用铅笔芯和去掉了镀层的大头针，随机分配。这是第一小组的实验片段（播放视频）。 由于实验中电极材料的随机性分配，学生操作时出现了4种不同的组装方式，导致同一实验出现了2种不同现象。请看演示（演示实验）：这是两极均为铅笔芯的现象，这是两极均为大头针的现象。可以看到，现象并不相同。 正如刚才的演示实验一样，学生们的实验现象如下：情况1和情况2，两极均产生气体，且闻到刺激性气味（图10）； 图10 情况3和情况4，阴极产生气体，阳极大头针逐渐被腐蚀，稍后溶液中产生大量灰绿色沉淀（图11）。 图11 这种突发情况，瞬间激发了学生浓厚的学习兴趣。 【探索原理】之后，我利用问题驱动，引导学生进行深度化学习。首先分析第一种现象：溶液中含有哪些离子？通电以后会如何变化？产物可能是什么？由于实验中闻到了刺激性气味，学生认为一定有Cl2，且在阳极产生。由于阴极是阳离子放电，所以产生的气体应该是H2，而H+只能来自于水，所以另一种产物就是NaOH。由于此装置无法检验H2，所以我们选用酚酞检验溶液中碱性的变化，用湿润的淀粉-KI试纸检验Cl2。请看视频（播放视频）。可以看到，阴极溶液变红，证明产生了NaOH；阳极试纸变蓝，证明产生了Cl2，与预期完全相同。然后学生试着用符号来表示电极反应式。根据以上的分析及必修二中电解CuCl2溶液的有关知识，我们推出了溶液中如下放电顺序。 之后分析第二种现象，请看视频（播放视频）。溶液中出现了大量灰绿色沉淀，说明实验过程中有Fe(OH)2产生。我们又从中取了少量溶液于试管中，加入硫氰化钾溶液无现象，再加入H2O2溶液变为红色。说明，当阳极连接大头钉时，铁变为了Fe2+。 【收获结论】结合第一种现象的结论，以及其他大量的实验，我们最终得到溶液中的放电顺序。当阳极材料为活性电极时，电极