基于問題構建的高三化學整體教學策略
——以高三總復習“電化學”為例*

◎福建省南安市僑光中學　陳榮聰

基于問題構建的高三化學整體教學策略
——以高三總復習“電化學”為例*

◎福建省南安市僑光中學陳榮聰

以高三總復習“電化學”為例，就如何基于問題構建對高三化學整體教學進行探討，認為采用整體教學策略，以問題為線索，有利于逐一突破學生的學習盲區，強化學科觀念在總復習中的形成和建構。

問題構建；整體教學策略；電化學；高三總復習

筆者所在學校被授予省第二批化學科基地校，同時推動了“基于化學學習能力培養‘問題式’教學實踐研究”課題的開展，恰逢高考回歸全國統考之際，教研組高度重視，在研究高考的同時，提出了整合教學資源，基于問題構建的整體教學策略。整體教學是指依據課標、教材、學生的認知特點和知識邏輯，重視知識的內在聯系，將混雜內容進行有序排列，構建有效的知識體系，降低學生學習的難度。整體教學關注知識點學習目標和任務的內在聯系，學科體系和學科觀念的整體構建，能較好地提高課時教學效益，強調教學目標全面性、教學內容和教學過程的系統性設計。因此，整體教學注重學習的方法與技能的培養，更加重視能力目標的達成。本文以高三總復習“電化學”為例，就如何基于問題構建對高三化學整體教學進行探討。

一、本專題的設計思路

縱觀蘇教版《化學2》《化學反應原理》教材設計思路，結合高三總復習的要義，站在學科思想方法、觀念的高度進行整合，統攝全局，在復習知識的基礎上，深挖學生概念、原理的盲區，注重方法技能的培養，著重提升化學學習能力。我們可以從四個方面分析電化學。其一，能量轉化觀（電能、熱能、化學能等）；其二，物質轉化觀（氧化劑、還原劑及其性質）；其三，微觀本質（電子得失）和宏觀特征（化合價升降）；其四，價值觀（電池、電解精煉、電鍍、氯堿工業、金屬冶煉、金屬防腐等）。為此，我們將電化學建構在氧化還原反應之上，用氧化還原反應觀看待電化學教學，建立如圖1教學范式，緊扣住“電流”形成這一中心（即自由電子和陰陽離子的定向移動形成電流，陰離子在A極聚集，并依據A極及附近微粒的還原性強弱判斷在A極失去電子的微粒是什么，從而確定A極反應物及反應產物，結合A極周圍的溶液環境進行配平書寫電極反應式。B極同理），以例題為依托以問題為線索，從上述四個方面，結合課標、考綱，以及學生知識、技能、能力的培養目標逐一突破。

圖1

二、教學設計過程

例1：若圖2裝置為銅鋅原電池，工作時，下列敘述正確的是（）

A.鋅極為正極

B.電子從Zn極流向Cu極，再經溶液流回Zn極

D.電池反應為：Zn+Cu2+=Zn2++Cu【問題1】（1）電流是如何形成的？

（2）仔細閱讀圖2，若a、b連接外電源，請分析電子、離子流向，電極反應等相關問題。結合圖1，你能從圖中提取哪些與原電池、電解池相關的信息呢？

（3）哪些微粒能在A極上失去電子？又是哪些微粒在B極上得到電子？依據是什么？

（4）什么是放電順序？又是依據什么原理來排列放電順序的？

【設計意圖】例1考查學生對原電池工作原理的分析能力，通過分析引導學生建立圖1的解題范式。

（1）回顧舊知識，且能加強學科間的聯系，在理解了電流形成的微觀實質同時，掌握電化學的微觀本質（電子轉移）。

（2）結合已學知識提取相關電子得失、轉移、離子移動、電極名稱等相關信息，結合氧化還原反應觀建立圖1范式，并將其應用于有關電化學的絕大多數題目中。

（3）、（4）為將在A極、B極上得失電子微粒的放電順序引向氧化劑、還原劑得失電子能力上來，為用氧化還原反應觀解電化學做準備。

圖2

【問題2】陰離子均不能在正極或陰極上得到電子嗎？

例2：如圖3裝置，能構成原電池嗎？若能，指出電極名稱并寫出電極反應式。

【學生思維障礙分析】因沒能深刻理解放電順序依據的是微粒的氧化性還原性能力強弱，且受限于放電順序中沒有出現，大多數學生仍然認為是H+在碳極上得電子，忽略了在H+的作用下具有強氧化性。

【設計意圖】放電順序是中學教師在教學過程中的經驗總結，是片面的，缺乏科學性和普適性，沒有考慮外界條件變化對微粒性質的影響。近年高考題中更加重視知識的科學性和應用性，已經不斷有意識地突破過去教師的片面經驗在教學考試中的應用與考查。因此，務必讓學生明確氧化還原性強弱才是判斷的關鍵。在原電池中，可作為負極失去電子的材料有活潑金屬、燃料等具有較強還原性的物質，可作為正極得到電子的材料為具有較強氧化性的物質，兩者在一定條件下一般能自發發生氧化還原反應。

【問題3】在任何條件下，含氧酸根離子的放電能力都弱于OH-嗎？在水溶液中，Zn2+、Sn2+、Pb2+等能先于H+在陰極上放電嗎？

【變式訓練1】以惰性電極電解錳酸鉀溶液制取高錳酸鉀溶液，陽極的電極反應式為_________，總反應方程式為___________。

【變式訓練2】工業上用電解NH4HSO4水溶液的方法制備過氧化氫。電解時先獲得（NH4）2S2O8，而后水解可得H2O2。陽極的電極反應式為_____________，陰極的電極反應式為_______________。

【設計意圖】物質的氧化性和還原性強弱受外界條件如溫度、壓強、濃度、溶液的酸堿性等物質所處環境的影響，不能死記硬背。一定條件下，如Fe2+、CO、MnO42-、CxHyOz、SO2、NO2、等等均可能作為電池的負極或電解池的陽極反應物，Zn2+、Sn2+、Pb2+等均可能在電解池的陰極上先于H+放電。

【變式訓練3】如圖4裝置，可在Fe極上鍍鋅，請分析電子轉移及離子移動方向，寫出電極反應式。

例3：仔細觀察，分析圖5中甲、乙兩原電池。

【問題4】（1）甲池鋅極、碳極均有H2產生，為什么？（2）乙池碳極有H2產生，而鋅極沒有H2產生，為什么？（3）甲池鋅失去的電子能全部向導線轉移嗎？乙池呢？（4）從實驗現象可以得出電流效率更高的是哪一電池？（5）鹽橋中K+、Cl-向哪里移動？燒杯中Zn2+、H+、能向鹽橋中移動嗎？

圖3

圖4

【學生思維障礙分析】多數學生認為鹽橋中離子能流出進入溶液中，溶液中的離子自然也能流進鹽橋中；沒有理解電解質溶液濃度和陰陽離子式量對離子遷移產生的影響。

【設計意圖】鹽橋選用溶解度大的電解質，由于鹽橋內外濃度差大，外界離子難以遷移進鹽橋中；陰陽離子式量相近、電荷相等，則使離子的遷移速率盡量相等；采用鹽橋可以將氧化反應和還原反應分隔在不同區域，使電子的利用率大大提高。

【問題5】原電池（電解池）工作時，陰離子和陽離子均分別聚集在負極（陽極）和正極（陰極）嗎？

例4：如圖6所示，在一U形管中裝入含有紫色石蕊的Na2SO4試液，通直流電，一段時間后U形管內會形成一個倒立的三色“彩虹”，從左到右顏色的順序是

A.藍、紫、紅B.紅、藍、紫C.紅、紫、藍D.紫、紅、藍

【學生思維障礙分析】學生依據電子流向及陰陽離子的遷移方向，認為溶液中原有的或反應新生成的陰離子都遷移向陽極（負極）附近，陽離子反之遷移向陰極（正極）附近，陽極附近呈堿性為藍色，陰極附近呈酸性為紅色，中間區域呈中性為紫色。

【設計意圖】通過實驗，讓學生較為深刻地理解離子的遷移量與電流大小、時間成正比，并不是瞬間聚集的。故隨著時間推移，離子主要呈現如“”式變化的，正如本例中陽極發生反應2H2O-4e-=O2↑+4H+，反應新生成H+的濃度在陽極區域最高，向陰極區逐漸移動，呈現“”變化，所以陽極區遇石蕊呈紅色。同理，陰極區呈藍色，中間區呈紫色。

【變式訓練4】如圖7所示，按要求作答。

（1）若閉合K1，斷開K2：電極a為極，鹽橋中K+移向池（填“甲”或“乙”），

a電極反應式為，若向乙池中滴加幾滴酚酞試劑，乙池中的現象為。

（2）一段時間后，閉合K2，斷開K1：電極b為極，電子的流向為（以“abcd、→”表示），b電極反應式為。

圖5

圖6

圖7

【學生思維障礙分析】其一，學生忽略了電解生成的H2、O2會吸附在多孔石墨棒上，斷開K1閉合K2時構成了氫氧燃料電池。因而找不到能參與反應的微粒；其二，忽略了電解時a極附近聚集了較多的H+，b極附近聚集了OH-，因而書寫電極反應時配平出錯。

【設計意圖】明確離子移動與聚集問題，以及電極反應書寫與電解質環境（如酸堿性）的重要關系。

【問題6】相同微粒構成的原電池中，溶液中離子濃度等條件的改變能使電池的方向發生改變嗎？

圖8

圖9

A.調節pH可以改變反應的方向B.pH=0.68時，反應處于平衡狀態

C.pH=5時，負極電極反應式為2I--2e-=I2

D.pH＞0.68時，氧化性I2＞As

【設計意圖】溫度、壓強、濃度、溶液pH等均有可能影響著反應的方向或反應進行的程度，即條件的變化對微粒氧化性還原性有一定的影響。

【問題7】蓄電池充放電過程中電極反應有何區別與聯系？充電時電極是如何連接的呢？

【變式訓練5】鐵鎳蓄電池放電時的總反應為：Fe+ Ni2O3+3H2O=Fe（OH）2+2Ni（OH）2。則（1）電池的電解液為

溶液（填“堿性”、“酸性”或“中性”）；（2）放電時，負極為，電極反應為；（3）充電過程中，電池負極的電極反應為，其附近溶液的pH（填“升高”、“降低”或“不變”），電池負極應連接外電源的極。

【設計意圖】明確電池放電和充電互為逆反應；能依據反應方程式推斷電池的環境，并書寫電極反應式。

例6：模擬工業上煉鋁的裝置如圖10。則冰晶石（Na3AlF6）的作用是，在電解過程中，Al2O3和碳塊要定期補充，補充碳塊的原因是（請結合方程式說明），可以從槽底定期汲出液態Al，其原因是。

圖10

【設計意圖】電解法冶煉活潑金屬是活潑金屬單質獲得的重要途徑之一，不同金屬的冶煉常常具有許多共同的特點。電解質中加入更為活潑的金屬鹽可以降低電解質的熔點減少能耗（如電解熔融NaCl時可以加入KCl、CaCl2等），改變熔體密度利于分離；高溫條件下常伴隨副反應的發生，碳電極容易和氧氣反應而不斷損失。

【問題9】氯堿工業中交換膜的作用是什么？

例7：圖11為陽離子交換膜法電解飽和食鹽水原理示意圖。則從E口逸出的氣體是____；從A、B口添加的物質分別是_____，作用分別是_____；從C、D口排出的物質分別是______；陽膜的作用有。

圖11

【設計意圖】氯堿工業是電化學的重要應用之一，特別是交換膜的使用更是工業生產不可或缺的。讓學生深刻理解陽膜的應用原理以及氯堿工業生產原理，對掌握電化學原理及其應用有重要的作用。

【變式訓練6】H3PO2也可用電滲析法制備。“四室電滲析法”工作原理如圖12所示。（陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過）

圖12

（1）寫出陽極的電極反應_____。（2）分析產品室可得到H3PO2的原因_____。（3）早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2：將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去陽極室與產品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產品室。其缺點是產品中混有雜質，該雜質產生的原因是。

三、結語

電化學是氧化還原反應的重要應用之一，通過對電化學的整體分析和設計，采用整體教學策略，將電化學的學習建構在氧化還原反應之上，選擇電化學的應用實例，以問題為線索，圍繞能量轉化、物質轉化、微觀本質和宏觀特征三大方面展開，不斷重復應用圖1解題范式，有利于逐一突破學生的學習盲區，強化學科觀念在總復習中的形成和建構。

（責任編輯：張賢金）

*本文系2015年度福建省基礎教育課程教學研究立項課題“基于化學學習能力培養的‘問題式’教學實踐研究”（項目編號：MJYKT2015-106）階段性研究成果。