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視頻標(biāo)簽：電解實(shí)驗(yàn)
所屬欄目：高中化學(xué)說課視頻
視頻課題：高中化學(xué)說課_電解實(shí)驗(yàn)拓展_河北定州
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電解實(shí)驗(yàn)拓展
人教版高中化學(xué)《選修四》第四章第三節(jié)“電解池”
儀器：U形管，鉛筆芯電極2根，鐵絲（做電極），單孔塞兩個(gè)，小試管若干支，9V電池，蒸發(fā)皿，小燒杯，自來水電解儀。
藥品：飽和食鹽水，氫氧化鈉，肥皂液，淀粉碘化鉀試紙，酚酞試劑，鐵氰化鉀，紫甘藍(lán)汁，果凍。
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實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)/改進(jìn)要點(diǎn)
本節(jié)課將電解實(shí)驗(yàn)設(shè)置成系列學(xué)生實(shí)驗(yàn)，通過改進(jìn)和新增實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)了更豐富的實(shí)驗(yàn)情境，利用實(shí)驗(yàn)科學(xué)化、綠色化、生活化，現(xiàn)象明顯，操作簡(jiǎn)單易行，利于引導(dǎo)學(xué)從宏觀到微觀地揭示本質(zhì)，突破教學(xué)難點(diǎn)。
（一）實(shí)驗(yàn)科學(xué)化，綠色化，生活化
1.使用天然指示劑甘藍(lán)汁：指示劑變色明顯，利于兩電極溶液酸堿性變化的觀察。
2.果凍（瓊脂）實(shí)現(xiàn)電解池“分室”
在保證科學(xué)性的前提下，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)更加貼近生活，培養(yǎng)學(xué)生用化學(xué)的視角觀察生活。利用果凍將電解裝置分為兩室——陰極室和陽極室，實(shí)現(xiàn)兩電極產(chǎn)物的分離，便于產(chǎn)物的檢驗(yàn)。
經(jīng)查閱文獻(xiàn)及實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作，證明果凍中水分較多，但依靠擴(kuò)散仍然可以進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),與固相反應(yīng)相比，凝膠中的化學(xué)反應(yīng)更容易進(jìn)行。果凍中含有酸(酸度調(diào)節(jié)劑)、鹽(如山梨酸鉀、海藻酸鈉)溶解在凝膠中的液相中，產(chǎn)生可以自由移動(dòng)的離子。果凍確實(shí)具有典型的電導(dǎo)和擴(kuò)散作用,而且在低濃度凝膠中,電導(dǎo)值及擴(kuò)散速度與同濃度溶液幾乎相同。
3.電解裝置：
（1）石墨電極電解飽和食鹽水
（2）鐵電極電解飽和食鹽水
（3）鐵電極電解自來水
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實(shí)驗(yàn)原理/實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路
（一）探究實(shí)驗(yàn)1：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)用石墨電極電解飽和食鹽水
自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究飽和食鹽水溶液中離子的放電順序，設(shè)計(jì)并改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3。通過電解一段時(shí)間后兩電極產(chǎn)生的宏觀現(xiàn)象推測(cè)判斷微觀離子的放電順序。
實(shí)驗(yàn)原理：
電極反應(yīng)：
陽極：2Cl — -2e — =Cl2 ↑
陰極：2H++2e-=H2 ↑
（二）探究實(shí)驗(yàn)2：用鐵電極電解飽和食鹽水
利用實(shí)驗(yàn)一裝置，將電極改為鐵絲，果凍實(shí)現(xiàn)的“分室”利于兩電極附近選擇不同的試劑對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行檢驗(yàn)而且不會(huì)產(chǎn)生相互干擾，如圖4。
（三）探究實(shí)驗(yàn)3：鐵電極電解自來水
實(shí)驗(yàn)2通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了鐵做陽極會(huì)參與電極反應(yīng)Fe-2e
-= Fe
2+，巧用蒸發(fā)皿，其容量小，自身顏色利于現(xiàn)象觀察進(jìn)行電解自來水實(shí)驗(yàn)。揭穿了凈水器推銷商電解水實(shí)驗(yàn)騙局。
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實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)
（一）知識(shí)與技能：掌握惰性電極電解飽和食鹽水，溶液中離子的放電順序
（二）過程與方法：通過提出問題、設(shè)計(jì)方案、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、反思與評(píng)價(jià)，掌握定性到定量，宏觀到微觀的科學(xué)探究的一般過程。
（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過實(shí)驗(yàn)綠色化，生活化，培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)的視角觀察生活。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題解決問題，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。利用化學(xué)知識(shí)解釋問題，揭穿騙局，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任。
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實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
本節(jié)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)完電解原理以后設(shè)計(jì)的一節(jié)研究性學(xué)習(xí)課。以凈水器推銷商電解水實(shí)驗(yàn)為情境線索，在分組實(shí)驗(yàn)法和學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了系列學(xué)生實(shí)驗(yàn)。
（一）探究實(shí)驗(yàn)1：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)用石墨電極電解飽和食鹽水
自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，組間交流評(píng)價(jià)裝置優(yōu)缺點(diǎn)，自選合適方案、試劑，多組實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，交流匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
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實(shí)驗(yàn)序號(hào) |
實(shí)驗(yàn)形式 |
與教材聯(lián)系 |
探究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 |
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1 |
學(xué)生分組 |
新增實(shí)驗(yàn) |
U形管裝置（甘藍(lán)指示劑） |
自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置完成石墨電極電解飽和食鹽水 |
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2 |
學(xué)生分組 |
新增實(shí)驗(yàn) |
U形管裝置（濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀，酚酞） |
（二）探究實(shí)驗(yàn)2：用鐵電極電解飽和食鹽水
利用實(shí)驗(yàn)一裝置，將電極改為鐵絲，果凍實(shí)現(xiàn)的“分室”利于兩電極附近選擇不同的試劑對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行檢驗(yàn)而且不會(huì)產(chǎn)生相互干擾，如圖4。
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實(shí)驗(yàn)序號(hào) |
實(shí)驗(yàn)形式 |
與教材聯(lián)系 |
探究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 |
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4 |
學(xué)生分組 |
新增實(shí)驗(yàn) |
U形管裝置（鐵氰化鉀，酚酞） |
鐵電極電解飽和食鹽水 |
（三）探究實(shí)驗(yàn)3：鐵電極電解自來水
巧用蒸發(fā)皿，其容量小，自身顏色利于現(xiàn)象觀察進(jìn)行電解自來水實(shí)驗(yàn)。揭穿凈水器推銷商電解水實(shí)驗(yàn)騙局。
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實(shí)驗(yàn)序號(hào) |
實(shí)驗(yàn)形式 |
與教材聯(lián)系 |
探究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 |
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5 |
學(xué)生分組 |
新增實(shí)驗(yàn) |
蒸發(fā)皿 |
鐵電極電解自來水 |
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6 |
學(xué)生分組 |
新增實(shí)驗(yàn) |
蒸發(fā)皿（對(duì)比實(shí)驗(yàn)） |
鐵電極電解飽和食鹽水 |
（一）創(chuàng)設(shè)情境
部分凈水器推銷商為了推銷凈水器，給顧客演示電解自來水的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)人們?nèi)粘Ｊ秤玫淖詠硭?ldquo;臟”，必需用他們的凈水器處理才行，這可信嗎？
圖6
這一實(shí)驗(yàn)情景與生活密切相關(guān)，很容易激發(fā)學(xué)生的一探究竟的欲望。為了清楚地讓學(xué)生認(rèn)識(shí)這一騙局的本質(zhì)，我層層遞進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)并進(jìn)行了以下三組實(shí)驗(yàn)：
（二）探究一：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)用石墨電極電解飽和食鹽水
【提出問題】首先要求學(xué)生，就石墨電極電解飽和食鹽水實(shí)驗(yàn)中電極反應(yīng)、產(chǎn)物檢驗(yàn)、裝置評(píng)價(jià)等問題進(jìn)行討論。學(xué)生大膽提出： 在陽極上失電子，產(chǎn)物可能是O
2或Cl
2，陰極上得電子的是H
+，產(chǎn)物是H
2，并指出裝置存在不易檢驗(yàn)陰極產(chǎn)物和可能生成的Cl
2污染環(huán)境的問題。我鼓勵(lì)各小組同學(xué)針對(duì)上問題，互相交流討論實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)方案不斷完善，展示如下：
圖7
在保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性的前提下，為了進(jìn)一步讓實(shí)驗(yàn)貼近生活，體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念，我為學(xué)生提供了一種天然指示劑：甘藍(lán)汁。在酸性和堿性環(huán)境下，甘藍(lán)汁都有其明顯的特征顏色。另外，利用果凍代替瓊脂，將電解裝置分為陰陽兩室。在學(xué)生的裝置基礎(chǔ)上又做了如下改進(jìn)：
圖8
【分組實(shí)驗(yàn)】學(xué)生自行選擇裝置進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。在此側(cè)重展示使用本套裝置小組分別匯報(bào)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：
陰極：附近溶液很快為亮綠色，說明陰極附近溶液呈堿性，吹出的肥皂泡用為柴點(diǎn)燃有“噗”的聲音；
陽極：開始?xì)馀莶幻黠@，一段時(shí)間后氣泡明顯，溶液有變紅的現(xiàn)象。根據(jù)此現(xiàn)象，小組同學(xué)分析可能是OH
—放電，溶液呈酸性；猜想二：Cl
—放電，生成Cl
2溶于水生成兩種酸。無法鑒別哪種離子放電。
面對(duì)這兩種推測(cè)，繼續(xù)電解，很快同學(xué)們就有了答案：溶液褪色，一段時(shí)間后變?yōu)闊o色。這充分證明了有次氯酸的存在，陽極放電的離子確定為Cl
-。
此時(shí)學(xué)生的探究熱情高漲：幾個(gè)小組同學(xué)提出想進(jìn)一步確定是由于氯氣與水反應(yīng)生成了次氯酸，而使指示劑褪色。自行完成了如下實(shí)驗(yàn)：
圖9
我適時(shí)說明電解質(zhì)溶液陰陽離子的放電順序的實(shí)質(zhì)就是氧化性、還原性強(qiáng)弱的順序，遵循強(qiáng)者優(yōu)先法則。
【實(shí)驗(yàn)反思】以上實(shí)驗(yàn)裝置，利于學(xué)生結(jié)合兩電極非常直觀的現(xiàn)象，深入分析溶液中的離子放電的情況，發(fā)展學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。氣體的檢驗(yàn)更加方便，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的理念。
利用探究一的U形管裝置，我繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行第二個(gè)實(shí)驗(yàn)探究：
（二）探究二：以鐵做電極電解飽和食鹽水
引導(dǎo)學(xué)生思考兩個(gè)問題：1、鐵電極參與反應(yīng)嗎？ 2、兩電極發(fā)生的反應(yīng)及產(chǎn)物是什么？學(xué)生推測(cè)如下：
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陽極 |
陰極 |
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推測(cè)一 |
Fe不參與反應(yīng)
仍為2Cl－-2e-=Cl2 ↑ |
Fe不參與反應(yīng)
仍為2H++2e-=H2 ↑ |
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推測(cè)二 |
Fe參與反應(yīng)生成Fe2+ |
Fe不參與反應(yīng)
仍為2H++2e-=H2 ↑ |
表2
結(jié)合以上裝置，中間的果凍使電解池分為了陽極室和陰極室，很好地實(shí)現(xiàn)了兩電解產(chǎn)物的分離，所以學(xué)生們可以大膽地選擇對(duì)應(yīng)的試劑進(jìn)行電解產(chǎn)物的檢驗(yàn)，互不干擾。同學(xué)們學(xué)生展開思路.
【分組實(shí)驗(yàn)】各小組自選擇試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
學(xué)生觀察到（1）陰極的現(xiàn)象與用石墨電極電解食鹽水是一樣的，都有氫氣產(chǎn)生。
（2）陽極：溶液中出現(xiàn)明顯的藍(lán)色沉淀。
同學(xué)們得出結(jié)論：“鐵做陰極，電極本身不參與反應(yīng)，鐵做陽極，參與反應(yīng)： Fe-2e
-= Fe
2+。”
【實(shí)驗(yàn)反思】有學(xué)生提出質(zhì)疑：“哪些電極為活性電極呢？”
結(jié)合這一問題，我提出活性電極的概念，并鼓勵(lì)學(xué)生可以在課下進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
上述實(shí)裝置在探究二中的使用，陽極室與陽極室的產(chǎn)物檢驗(yàn)互不干擾，現(xiàn)象直觀，本環(huán)節(jié)學(xué)生明確了：“活性電極做陽極，會(huì)先于溶液中的離子失電子，參與電極反應(yīng)。”
至此，學(xué)生已經(jīng)具備了揭示電解自來水騙局的必備知識(shí)。
（三）探究三：以鐵做電極電解自來水
首先我為學(xué)生提供了自來水成分的資料小卡片，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自來水就是一種電解質(zhì)溶液，提出問題：“用鐵做電極自來水會(huì)有什么現(xiàn)象呢？”同學(xué)們使用如下模仿裝置在相同條件下自來水和電解飽和食鹽水，用于對(duì)比。為了便于觀察，我們選用了蒸發(fā)皿，學(xué)生們一分鐘后就得到了明顯的現(xiàn)象。
那么“實(shí)驗(yàn)三中生成的灰綠色，又伴有紅褐色的渾濁物是什么？，為什么會(huì)有沉淀生成?” 學(xué)生很快從裝置的區(qū)別中找到了答案。
通過本節(jié)課，我和同學(xué)們一起揭穿了凈水器推銷商的騙局，自來水本身是沒有問題的，其中存在礦物質(zhì)離子使之能夠?qū)щ姡^的“臟東西”，是電解過程中鐵做陽極參與反應(yīng)，最終生成的氫氧化亞鐵和被氫氧化鐵。
實(shí)驗(yàn)過程的體驗(yàn)、思維的碰撞，在做中學(xué)，學(xué)中樂，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題，又在實(shí)驗(yàn)中解決生活中的問題，這就是實(shí)驗(yàn)的魅力。
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實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)
（一）通過新增實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，用不同的方案和指示劑實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)了更豐富的實(shí)驗(yàn)情境。
1、天然指示劑甘藍(lán)汁的使用，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀，氣體檢驗(yàn)易操作，并且體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念。
2、電解飽和食鹽水利用果凍瓊脂分為陰極室和陽極室的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了電極產(chǎn)物的分離，為第二課時(shí)氯堿工業(yè)裝置的理解做好了鋪墊，產(chǎn)物檢驗(yàn)也更加方便。本套裝置，延續(xù)使用，完成探究實(shí)驗(yàn)二，兩極現(xiàn)象仍然十分明顯。
3、巧用蒸發(fā)皿，便于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。
（一）以上創(chuàng)新和改進(jìn)使課堂更加生動(dòng)，直觀，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的感性認(rèn)知和探究性體驗(yàn)。
（二）本節(jié)課在設(shè)計(jì)上突出“從生活走進(jìn)化學(xué)，從化學(xué)走向社會(huì)”的教學(xué)理念，以學(xué)生認(rèn)知素養(yǎng)發(fā)展為核心，讓學(xué)生在認(rèn)知發(fā)展線上從宏觀到微觀再到本質(zhì)地形成科學(xué)素養(yǎng)，充分發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
（三）學(xué)生作為主動(dòng)研究者參與實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施，體會(huì)研究過程，體會(huì)裝置創(chuàng)新和改進(jìn)過程很好地培養(yǎng)了學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
視頻來源：優(yōu)質(zhì)課網(wǎng) www.jjlqy.cn
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