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摘要:在四川云教电视课堂教学中,通过分析能量变化感知电解池,归纳构成要素初识电解池,厘清化学原理透识电解池,应用变化拓展再识电解池,让学生分层进阶进行电解池的新课学习。
关键词:停课不停学;学习进阶;电解池
为抗击新型冠状病毒感染肺炎疫情、确保“停课不停学”,四川省从2020年3月9日开始直播四川云教电视课堂,通过有线电视、IPTV以及四川省教育资源公共服务平台专区、腾讯教育空中课堂专区等网络平台进行中小学各年级学科录播教学。
我们团队承担了高一、高二各学科教学任务。面对全省数十万参差不齐的学生,我们在化学教学中特别注意运用学习进阶理论,让学生在层层递进中螺旋进阶。
下面选取高二化学《电解池》(第1课时)的教学设计与实施(2020年4月9日播出),就教于同行。
【第1阶】分析能量变化,感知电解池
【师】前面我们学习了铅蓄电池:
请思考:
(1)铅蓄电池放电时的能量变化、电极反应。
(2)铅蓄电池充电时的能量变化。
【生】(1)铅蓄电池放电时的能量变化是化学能转变成电能。
负极变化过程为Pb-2e—==Pb2+、Pb2++SO2- 4==PbSO4,其电极反应为Pb+SO2- 4-2e—== PbSO4。正极变化过程为PbO2 + 2e—==Pb2++2O2-、Pb2++SO2- 4== PbSO4、2O2- +4H+==2H2O,其电极反应为PbO2+4H++SO2- 4+2e—== PbSO4 +2H2O。
(2)铅蓄电池充电时的能量变化肯定是电能转变成化学能。
【师】电能转变成化学能的装置就是电解池。
【第2阶】归纳构成要素,初识电解池
【师】介绍仪器(U型管、石墨电极、直流电源)和药品(CuCl2溶液),连接装置、添加药品,演示CuCl2溶液的电解。
说明:电解池中,与外电源正极相连的电极是阳极,与外电源负极相连的电极是阴极。
【生】观察实验现象,填写表1。
表中最终需填写内容:①产生气泡,该气体有刺激性气味,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝;②产生了Cl2;③2Cl—-2e—== Cl2↑;④石墨棒上覆盖了一层红色固体;⑤产生了Cu;⑥Cu2++2e—==Cu。
【师—生】阳极上产生气泡,该气体有刺激性气味,结合所用药品猜测它可能是Cl2——怎样检验Cl2——用湿润的碘化钾淀粉试纸——把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近,试纸变为蓝色。
【师】写出用石墨作电极电解CuCl2溶液的化学方程式和离子方程式。
【生】CuCl2 === Cu+ Cl2↑,Cu2++2Cl—=== Cu+ Cl2↑。
【师】根据CuCl2溶液的电解装置,归纳电解池的构成要素、并用示意图表示。
【生】电解池的构成要素有四:直流电源、两个电极、电解质溶液、形成闭合回路。如图1所示:
【第3阶】厘清化学原理,透识电解池
【师】如果把上述CuCl2溶液换为NaCl溶液呢?
【生】2NaCl===2Na+Cl2↑,2Na++2Cl—===2Na+Cl2↑?
【师】在溶液中肯定不会产生Na。演示NaCl溶液的电解(石墨电极)。
【生】观察实验现象,填写表2。
表中最终需填写内容:①产生气泡,该气体有刺激性气味,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝;②产生了Cl2;③2Cl—-2e—== Cl2↑;④产生气泡,所得溶液能使酚酞变红;⑤产生了H2和NaOH;⑥2H2O 2H+ +2OH—,2H++2e—==H2↑。
【師—生】阴极上产生气泡,结合2Na+2H2O== 2NaOH+ H2↑,猜测它可能是H2、同时生成了NaOH——H2和NaOH是怎样产生的——通电前电离NaCl== Na++Cl—、H2O H+ +OH———通电后,阴极区Na+与H+竞争得电子,根据金属活动性顺序和实验事实可知发生了2H++2e—==H2↑;阳极区Cl—与OH—竞争失电子,根据实验事实可知发生了2Cl—-2e—== Cl2↑——氧化性H+> Na+,还原性Cl—>OH—。 【生】2NaCl+2H2O=== 2NaOH+ H2↑+ Cl2↑,2Cl—+2H2O=== 2OH—+H2↑+ Cl2↑。
【师】如果用石墨作电极电解熔融的NaCl呢?
【生】2NaCl===2Na+Cl2↑,2Na++2Cl—===2Na+Cl2↑。
【师】在前述电解池示意图1中:标出外电路的电子流向,电解质溶液(熔融的电解质)里的离子流向,常见离子(H+与Cu2+、Cl—与OH—)的放电顺序,两极发生的反应(氧化反应或还原反应)。
【第4阶】应用变化拓展,再识电解池
【师】播放用石墨作电极电解CuSO4 溶液的视频。根据实验现象,试写出其电极反应和总离子反应。
【生】阳极:4H2O 4H+ +4OH—,4OH—-4e—==2H2O +O2↑
【师】放电的一般顺序:阳极……>Cu2+>H+>……,阴极……>Cl—>OH—>SO2- 4>……。
【师】试一试,结合铅蓄电池充电时的化學方程式,写出其电极反应。
【生】阳极:PbSO4 +2H2O-2e—==PbO2 +4H+ +SO2- 4
阴极:PbSO4 +2e—==Pb+SO2- 4
【师】今天我们讨论的电解池都是用石墨等作电极,如果用Cu作电极电解CuSO4 溶液呢?我们在后续课堂里将进一步学习。
参考文献:
关键词:停课不停学;学习进阶;电解池
为抗击新型冠状病毒感染肺炎疫情、确保“停课不停学”,四川省从2020年3月9日开始直播四川云教电视课堂,通过有线电视、IPTV以及四川省教育资源公共服务平台专区、腾讯教育空中课堂专区等网络平台进行中小学各年级学科录播教学。
我们团队承担了高一、高二各学科教学任务。面对全省数十万参差不齐的学生,我们在化学教学中特别注意运用学习进阶理论,让学生在层层递进中螺旋进阶。
下面选取高二化学《电解池》(第1课时)的教学设计与实施(2020年4月9日播出),就教于同行。
【第1阶】分析能量变化,感知电解池
【师】前面我们学习了铅蓄电池:
请思考:
(1)铅蓄电池放电时的能量变化、电极反应。
(2)铅蓄电池充电时的能量变化。
【生】(1)铅蓄电池放电时的能量变化是化学能转变成电能。
负极变化过程为Pb-2e—==Pb2+、Pb2++SO2- 4==PbSO4,其电极反应为Pb+SO2- 4-2e—== PbSO4。正极变化过程为PbO2 + 2e—==Pb2++2O2-、Pb2++SO2- 4== PbSO4、2O2- +4H+==2H2O,其电极反应为PbO2+4H++SO2- 4+2e—== PbSO4 +2H2O。
(2)铅蓄电池充电时的能量变化肯定是电能转变成化学能。
【师】电能转变成化学能的装置就是电解池。
【第2阶】归纳构成要素,初识电解池
【师】介绍仪器(U型管、石墨电极、直流电源)和药品(CuCl2溶液),连接装置、添加药品,演示CuCl2溶液的电解。
说明:电解池中,与外电源正极相连的电极是阳极,与外电源负极相连的电极是阴极。
【生】观察实验现象,填写表1。
表中最终需填写内容:①产生气泡,该气体有刺激性气味,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝;②产生了Cl2;③2Cl—-2e—== Cl2↑;④石墨棒上覆盖了一层红色固体;⑤产生了Cu;⑥Cu2++2e—==Cu。
【师—生】阳极上产生气泡,该气体有刺激性气味,结合所用药品猜测它可能是Cl2——怎样检验Cl2——用湿润的碘化钾淀粉试纸——把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近,试纸变为蓝色。
【师】写出用石墨作电极电解CuCl2溶液的化学方程式和离子方程式。
【生】CuCl2 === Cu+ Cl2↑,Cu2++2Cl—=== Cu+ Cl2↑。
【师】根据CuCl2溶液的电解装置,归纳电解池的构成要素、并用示意图表示。
【生】电解池的构成要素有四:直流电源、两个电极、电解质溶液、形成闭合回路。如图1所示:
【第3阶】厘清化学原理,透识电解池
【师】如果把上述CuCl2溶液换为NaCl溶液呢?
【生】2NaCl===2Na+Cl2↑,2Na++2Cl—===2Na+Cl2↑?
【师】在溶液中肯定不会产生Na。演示NaCl溶液的电解(石墨电极)。
【生】观察实验现象,填写表2。
表中最终需填写内容:①产生气泡,该气体有刺激性气味,能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝;②产生了Cl2;③2Cl—-2e—== Cl2↑;④产生气泡,所得溶液能使酚酞变红;⑤产生了H2和NaOH;⑥2H2O 2H+ +2OH—,2H++2e—==H2↑。
【師—生】阴极上产生气泡,结合2Na+2H2O== 2NaOH+ H2↑,猜测它可能是H2、同时生成了NaOH——H2和NaOH是怎样产生的——通电前电离NaCl== Na++Cl—、H2O H+ +OH———通电后,阴极区Na+与H+竞争得电子,根据金属活动性顺序和实验事实可知发生了2H++2e—==H2↑;阳极区Cl—与OH—竞争失电子,根据实验事实可知发生了2Cl—-2e—== Cl2↑——氧化性H+> Na+,还原性Cl—>OH—。 【生】2NaCl+2H2O=== 2NaOH+ H2↑+ Cl2↑,2Cl—+2H2O=== 2OH—+H2↑+ Cl2↑。
【师】如果用石墨作电极电解熔融的NaCl呢?
【生】2NaCl===2Na+Cl2↑,2Na++2Cl—===2Na+Cl2↑。
【师】在前述电解池示意图1中:标出外电路的电子流向,电解质溶液(熔融的电解质)里的离子流向,常见离子(H+与Cu2+、Cl—与OH—)的放电顺序,两极发生的反应(氧化反应或还原反应)。
【第4阶】应用变化拓展,再识电解池
【师】播放用石墨作电极电解CuSO4 溶液的视频。根据实验现象,试写出其电极反应和总离子反应。
【生】阳极:4H2O 4H+ +4OH—,4OH—-4e—==2H2O +O2↑
【师】放电的一般顺序:阳极……>Cu2+>H+>……,阴极……>Cl—>OH—>SO2- 4>……。
【师】试一试,结合铅蓄电池充电时的化學方程式,写出其电极反应。
【生】阳极:PbSO4 +2H2O-2e—==PbO2 +4H+ +SO2- 4
阴极:PbSO4 +2e—==Pb+SO2- 4
【师】今天我们讨论的电解池都是用石墨等作电极,如果用Cu作电极电解CuSO4 溶液呢?我们在后续课堂里将进一步学习。
参考文献:
[1]人民教育出版社课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书·化学(选修4)[M]北京:人民教育出版社,2007.
[2]宋煜阳. 学习进阶视域下的核心概念教学[M]长春:东北师范大学出版社,2017.