應用電化學原理降解某些污染物創新實驗設計

王姝瑋

一、 實驗設計思路

在目前經濟高速發展的社會環境下，環境問題的解決已成為當今面臨的巨大社會需求。

本實驗利用電化學原理來解決這一問題。本實驗通過解決生活中實際問題的過程中進行問題解決，從而將傳統裝置改進成為效率高、速率快、可行性操作強實際生活生產中應用性強，進而形成一套快速有效的污水處理裝置。

二、 應用電化學原理降解某些污染物實驗設計

在化學實驗室和工業廢水中有機染料污染物常常未經處理直接倒掉，但由于其高色度、

強毒性、難降解、危害大、等特點而被視為現今亟待治理的廢水之一，也是目前全球面臨的重大問題。本實驗力爭能在高中知識基礎上解決一些實際問題，增強學生對化學的探究精神，使其感受環保的重要性。自制電解裝置如圖所示：

實驗中在外電壓的作用目的下，利用可溶性陽極鐵產生大量的陽離子對膠體廢水進行凝聚，同時在陰極上析出大量的氣泡與絮粒粘附在一起上浮，而反應中產生的部分雜質沉積在溶液底部，中間液體為澄清狀，因此自制電解裝置目的為順利取出中間層澄清液體。同時，在電解槽上部加入了電極保護裝置防止電極外露，增強安全性。

三、 創新實驗教學案例

本節課取材于人教版高中《化學選修4》第四章第三節中的電解池實驗和科學探究，對高三化學電解池的復習進行拓展和延伸，分析如何將實驗創新與探究式教學相結合，從電解池的教學出發，挖掘教材，適度拓展教材，使學生親歷實驗探究過程，獲得對化學概念、原理的認知方法。由此，本節課以電解池對污染物的降解為例，通過創新實驗進行探究式教學：

1.情境引入

[教師]同學們是否喜歡牛仔褲？牛仔褲漂洗造成的污染問題已經成為現今我們面臨的重大問題，而各種時尚的鮮艷衣服陸續已經造成了很多河水污染，時尚就等于環境付出沉重的代價嗎？我們能否解決此類問題呢？

學生討論各抒己見，認識到環保問題，感受生活中的化學。

2.設計方案

[教師]展示“甲基橙”資料卡片我們能否設計實驗降解甲基橙呢？思考：甲基橙作為指示劑可以檢驗降解程度，設計裝置圖，討論最佳方案動手實驗。

[學生]觀察現象并進行微粒分析，解釋為氫氧化鐵的吸附作用降解了甲基橙，隨后教師展示電解有機物過程的資料卡片，補充解釋電解過程中形成了具有高度活性的羥基自由基降解甲基橙為二氧化碳和水。由此得出 “采用鐵電極法能夠降解有機染料” 結論。

3.改進方案

[教師]總結實驗中的優缺點？如何改進實驗才能對大量的排泄污染物進行降解？

[學生]總結發現該實驗雖然可以降解有機物，但耗時長，效果不明顯，裝置中取液不方便等。通過討論發現加大電壓或增大電流都可以加快電子轉移密度，可以增大反應速率，又有同學發現有機物水溶液導電性差可加入一些無害電解質來加快反應，在中間偏下可以加入排水裝置更方便取液。在電源受限情況下同學們采取增加電極片的方式加大電流從而提升反應速率，在溶液中加入適量氯化鈉進而大大縮短了反應時間，又加入了排水裝置。

4.方案評價

[教師]展示出學生最初的裝置圖、通過改進設計為現在的裝置和教師設計圖對比，有什么異同呢？通過對比裝置找異同后對共性和差異進行評價。演示實驗：教師創新裝置降解實驗。

[學生]發現其共性是增加排水口和電極片;差異是增大了電解槽，有利于降解大量的污染物，加入了進水口使實驗探究更加嚴謹，有電極保護裝置可以防止電極外露，增加了安全性。學生用最后裝置實驗，觀察反應現象，目測降解效果，降解后甲基橙接近無色，后加入鹽酸檢驗降解效果，加入鹽酸降解后甲基橙接近無色。此裝置在5min即可降解95%以上。

有學生提議：精細化研究需進行定量的檢測，可以通過不同時間的取樣驗證不同時刻降解程度，因此學生利用此裝置通過不同時間的取樣驗證了不同時刻降解程度，樣品為每1min取樣。隨后同學們又對常用的品紅溶液進行了降解，降解效果明顯。最終得出結論：該電解裝置材料常見易得，降解過程簡便、安全、耗時短。

5.課后延伸

[教師]課前有同學在市場發現水質電解器，對它的原理和功效都比較質疑，通過以上學習你還堅持最初的觀點嗎？課后進行了交流再認識。以后看到類似污染怎么辦？請課后查找資料：并提出合理改進方法。

四、創新實驗教學效果評價

教學設計以實驗探究為手段，由微觀探究到模型認知進而到創新思維解決實際問題的遞進式學生體驗活動，提升了學生實驗探究能力;落實了電化學實驗的基本原理并進行了創新應用;實現了生活中真實問題的解決過程，從而實現了學生自主發展。

通過電化學知識降解污染物的創新實驗的應用，學生對于化學知識在社會發展方面的重要的作用及意義能夠清楚認識，可形成綠色化學觀念。可正確判斷與化學相關的一些熱點社會話題。科學精神不僅僅是一句口號， 它有著非常實質性的可實踐的內涵要素。在課后延伸引導學生到社會上開展實踐活動， 在實踐過程中了解實際社會現象， 并且能夠更好地了解化學知識在社會實際中的應用， 使其樹立應用化學知識解決社會問題的決心， 最終形成較強社會責任感。

五、結束語

化學實驗是化學課堂中激發學生興趣的有效方法之一。快速、簡潔、整體的實驗驗證可以提高單位時間課堂的容量，增加學生思維的維度。使教學更加豐富多彩。對教學實驗的研究更要突出安全性、科學性、可操作性、簡潔性。為了適應目前化學科學的迅猛發展，順應將新課程理念轉化為教學行動的需要，有些實驗有必要進行改進。教學過程中對實驗的使用比實驗本身更為重要。從發揮學生主體作用出發，設計好學生的活動，使學生多觀察、多探究、多分析、多思考才能達到育人的目的，實現教學的有效性。