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所屬欄目：高中化學說課視頻
視頻課題：【視頻實錄+課件+說課稿】《模擬工業化電鍍鋅的實驗探究》第8屆全國中小學實驗教學說課活動
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【視頻實錄+課件+說課稿】《模擬工業化電鍍鋅的實驗探究》2020年第8屆全國中小學實驗教學說課活動
模擬工業化電鍍鋅的實驗探究說課稿
一、
使用教材
本實驗選自2019人教版高中化學選擇性必修一化學反應原理第四章實驗活動四《簡單的電鍍實驗》
二、
實驗器材
學生探究實驗:
電鍍液:（1mol/L ZnCl
2溶液 0.5mol/L ZnCl
2溶液 0.1mol/L ZnCl
2溶液 KCl固體. 30g/L硼酸溶液. ）
電極:銅片, 鋅片, 燒杯, 導線, 學生直流電源
原理教學實驗:
電鍍液:（15g ZnCl
2固體, 50g KCl固體, 7.5g硼酸固體）
電極:鋅板,石墨板,銅片
赫爾槽. 導線學生直流電源.
應用創新實驗:
電極:銅片, 鋅片, 樹葉
電鍍液1:（硫酸銅, 稀硫酸, 乙醇）
電鍍液2:（氯化鋅, 氯化鉀, 硼酸）
導電石墨漆, 燒杯, 導線, 學生直流電源
三、
實驗改進要點
(一）
改變的電極反應
圖一
教材中的實驗方法:以硫酸銅溶液做電鍍液,待鍍鐵制品做陰極,銅片做陽極。該實驗不僅難以看到均一光滑的電鍍層,學生也會有疑問:鐵在常溫下即可從硫酸銅溶液中置換出銅,不一定是電鍍的作用,因此“鐵制品鍍銅”難以使學生信服。在實際操作中,為了增強說服力,我將實驗改為在銅板上電鍍鋅.在生產實際中,電鍍鋅也有著廣泛的應用,其優勢總結如下:
（1） 抗腐蝕性好,結合細致均勻.
（2） 可鈍化成多種顏色,具有裝飾性.
（3） 延展性好,不易掉落.
因此結合生產實際,設計裝置圖如下
圖二
（二）“特殊”的電鍍裝置
利用赫爾槽進行原理實驗演示
赫爾槽是1939年英國人R.O.Hull發明的一種小型電鍍試驗槽.可以較好在短時間內確定獲得外觀合格鍍層的電流密度及其他工藝條件,如溫度,PH值等.用于研究電鍍溶液中主要組分和添加劑的相互影響,幫助分析電鍍溶液產生故障的原因。
圖三
赫爾槽在電鍍實驗研究和現場生產質量控制方面得到了廣泛的應用.
（三）“交換”的電極材料
教學演示實驗中,為了讓學生更直觀感受電鍍過程中電子的轉移方向。
第一次實驗:鋅板做陽極,石墨做陰極
第二次實驗:第一次實驗中鍍上鋅層的石墨做陽極 ,銅板做陰極
實驗解釋:在第一次實驗中,肉眼難以明顯觀察到鋅板被溶解的過程,因此我設計了簡單易行的轉換電極實驗,學生看到第二次實驗的陽極剛剛鍍上的一層鋅再次溶解,露出了底部的石墨板.實驗效果更明顯,直觀地反應出當用活性電極發生電解時,活性電極本身會被腐蝕失去電子.
（四）
創意實驗
在樹葉上進行電鍍,激發學生探索熱情
圖四
四、
實驗教學目標
1. 能依據電解原理預測并寫出對應的電解反應式,并可以利用教師提供試劑. 儀器設計相關實驗;
2. 可以從實驗現象推理出電鍍過程,由點及面的學習,學會從化學視角發現問題,解決問題,培養科學探究素養;
3. 通過課題生成和探究過程,培養將化學知識應用于生產. 生活實踐的意識,發展科學態度. 社會責任素養;
五、
實驗設計思路
1. 學生小組合作設計電鍍裝置,完成電鍍鋅實驗，發現問題,師生合作改進
2. 利用赫爾槽進行教學實驗演示
3. 創新實踐:電鍍樹葉,學以致用
4. 實驗室廢水處理:提升環保意識
六、
實驗教學過程
電鍍鋅實驗教學過程具體呈現如下:
（一）從原理出發,講述電解池在工業生產中的用途,引出電鍍的應用,感知電鍍的原理.
學生活動:復習回想電解池的陰陽極反應類型并書寫符合本節實驗課程原理的電極反應式
陽極:Zn -2e
-=Zn
2+
陰極:Zn
2++2e
-=Zn
學生設計實驗
根據教師提供試劑及儀器,選擇合適的藥品設計實驗過程,小組合作完成應用廣泛的電鍍鋅實驗.
提供電鍍液:（1mol/LZnCl
2溶液 0.5mol/LZnCl
2溶液 0.1mol/LZnCl
2溶液 4mol/L KCl溶液. 或者硼酸30g/L
電極:銅片,鋅片
儀器:燒杯, 學生電源,導線, 鱷魚夾, 玻璃棒, 磁力攪拌器
學生活動:大部分同學連接出簡單裝置進行實驗后,發現實驗效果并不好.具體發現了以下幾個問題
（1）觀察不到明顯鍍層以及鍍層無金屬光澤, 發黑
（2）電鍍液的成分及含量不同時,電鍍效果不同
（3）兩個電極沒有平行放置時,靠近陽極一端的陰極片的一端出現鍍層過厚的“長毛”現象
（4）部分同學嘗試加入鹽酸后陰極片上產生氣泡,使鍍層內部疏松易脫落
并提出了下面兩個問題:
（1）工業生產中如何使鋅層光亮平整？
（2）在實驗過程中,鋅電極看不到明顯的溶解現象,如何證明電極是否參加了反應？
師生分析實驗現象:
針對上述（1）(2)兩個問題,我們可以得到的結論是:僅僅用ZnCl
2溶液做電解液時,在工業生產中得不到良好致密的鍍層,通過共同查閱資料發現,在化工生產中,電鍍液中往往要加入下面幾種成分
|
主鹽 |
提供電沉積金屬的離子,它以絡合離子形式或水化離子 |
|
導電鹽 |
從而擴大允許使用的電流密度范圍 |
|
緩沖劑 |
用來調節和控制溶液酸堿度的物質 |
|
添加劑 |
潤濕劑 |
作用是加你各地金屬和溶液間的界面張力. |
|
整平劑 |
能夠改變金屬表面的微觀平整性 |
|
應力消除劑 |
則能降鍍層的內應力,提高鍍層的韌性.
|
|
光亮劑 |
主要用來增加鍍層的光亮度,少去了拋光的工序 |
表一
針對上述第3個問題,電極的間距可以影響鍍層厚度
針對上述第4個問題,溶液的酸堿度可以影響鍍層現象
因此,綜上所述電鍍液的組分. 濃度. 溶液的酸堿度,兩電極間間距,溫度,是否攪拌等均會影響鍍層效果.
在這里,我們選擇下面三種因素進行小組探究,每組選擇一個實驗方案進行探究
1.
電鍍液的組成
嘗試在電鍍液中分三次加入氯化鉀改變組成,每次10g
實驗現象:隨著氯化鉀的加入鍍層稍顯光亮
實驗解釋:在ZnCl
2中加入KCl溶液后,主要發生的離子反應是:Zn
2＋＋2Cl
－＋H
2O=[ZnCl
2(OH)
2]
2－＋2H
＋,該平衡實際上可以看作是水解以及Zn
2＋形成
配合物的過程.可以使得Zn
2＋濃度降低,可以得到稍微好一些的鍍層.
2.
氯化鋅的濃度
分別選擇1mol/LZnCl
2溶液 0.5mol/LZnCl
2溶液 0.1mol/LZnCl
2 溶液進行電鍍
實驗現象:控制其他量不變的情況下濃度越大電鍍速率越高,但1mol/LZnCl
2溶液鍍層顆粒較粗,質量不高,綜上所述,0.5mol/LZnCl
2溶液效果更好
實驗解釋:其他條件不變的情況下,濃度增大,陰極極化下降,鍍層結晶變粗
3.
溶液的酸堿度
使用濃度為0.5mol/LZnCl
2溶液電鍍,加入鹽酸調節酸堿度,分別控制PH為2. 5. 9時進行實驗
實驗現象: PH=2時,陰極產生氣泡
PH=5時,鍍層現象良好
PH=9時,溶液顯堿性,產生較多Zn(OH)
2沉淀,干擾鍍層現象
經第二組同學再次細化,又經多次實驗,發現PH介于5~6之間的鍍層效果最好
教師實驗解釋: 當溶液呈現明顯酸性時,為何至少在銅表面會產生氣泡,影響電鍍質量.當通過查詢電極電位可知,同濃度H
＋的氧化性比Zn
2＋氧化性強,因此氣泡是溶液中H
＋放電產生的氫氣.
4.
其他因素:
（1）電極間間距
（2）溫度
（3）是否攪拌
也可以影響鍍層質量,留給學生自行探究.
最終將實驗現象匯總，滿分為100分進行打分。利用正交設計助手求得最合適的條件是：
0.5mol/LZnCl2 加入30gKCl，在PH為5左右進行實驗
（二）教師進行改良演示教學實驗
根據正交設計助手結果，選用最佳條件，由教師操作演示
同時為了回答同學提出的第二個問題,我還設計了如下實驗來解決.
1.
優化電鍍液的配方:先向燒杯中加入15g ZnCl
2,50g KCl,7.5g硼酸,攪拌使之溶解,調節溶液的PH為5-6,再加入蒸餾水配制成250ml溶液.
2.
互換電極的電鍍操作:赫爾槽中加入電鍍液,用鋅片作陽極,石墨板做陰極,用3伏直流電源電鍍5分鐘,觀察現象.
實驗現象:石墨鍍上明顯一層銀白色的鋅。
接下來調換鍍上鋅層的石墨板做陽極,銅片做陰極,電鍍至鋅層溶解
實驗現象:石墨陽極板上鋅層迅速溶解,陰極銅板上鍍上一層光亮的鋅
實驗效果:石墨鍍鋅效果良好,在調換電極后更是可以明顯看到做陽極的石墨上鋅層逐漸溶解.
（三）應用實踐:電鍍樹葉,永久保存
同學們在實踐中提出,可以利用電鍍原理把自己喜歡的工藝品重新裝飾.受此啟發,我們決定嘗試用樹葉做電鍍工藝品.
1. 首先就是要解決樹葉不導電問題,多次嘗試后,我選擇用石墨導電漆噴涂的方式使其形成一層導電“襯衣”;
2. 再利用鍍銅裝置給樹葉鍍上一層銅“外衣”;
3. 再嘗試將鍍銅和鍍鋅
（五）
廢水處理
選擇工業上混凝沉淀法對廢水進行處理。
七、
效果評價
1. 學生自行探究,將所學應用于實際,幫助理解電解原理
2. 所用儀器試劑簡單易得
3. 改良實驗效果更明顯
4. 從課堂到裝飾品的應用,激發學生探究熱情
5. 培養了環保意識
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