學習進階視域下的電解池教學

張軍　鄧海燕

摘要：在四川云教電視課堂教學中，通過分析能量變化感知電解池，歸納構成要素初識電解池，厘清化學原理透識電解池，應用變化拓展再識電解池，讓學生分層進階進行電解池的新課學習。

關鍵詞：停課不停學;學習進階;電解池

為抗擊新型冠狀病毒感染肺炎疫情、確保“停課不停學”，四川省從2020年3月9日開始直播四川云教電視課堂，通過有線電視、IPTV以及四川省教育資源公共服務平臺專區、騰訊教育空中課堂專區等網絡平臺進行中小學各年級學科錄播教學。

我們團隊承擔了高一、高二各學科教學任務。面對全省數十萬參差不齊的學生，我們在化學教學中特別注意運用學習進階理論，讓學生在層層遞進中螺旋進階。

下面選取高二化學《電解池》（第1課時）的教學設計與實施（2020年4月9日播出），就教于同行。

【第1階】分析能量變化，感知電解池

【師】前面我們學習了鉛蓄電池：

請思考：

（1）鉛蓄電池放電時的能量變化、電極反應。

（2）鉛蓄電池充電時的能量變化。

【生】（1）鉛蓄電池放電時的能量變化是化學能轉變成電能。

負極變化過程為Pb-2e==Pb、Pb+SO2- 4==PbSO，其電極反應為Pb+SO2- 4-2e== PbSO。正極變化過程為PbO+ 2e==Pb²⁺+2O、Pb+SO2- 4== PbSO、2O+4H==2HO，其電極反應為PbO+4H+SO2- 4+2e== PbSO+2HO。

（2）鉛蓄電池充電時的能量變化肯定是電能轉變成化學能。

【師】電能轉變成化學能的裝置就是電解池。

【第2階】歸納構成要素，初識電解池

【師】介紹儀器（U型管、石墨電極、直流電源）和藥品（CuCl溶液），連接裝置、添加藥品，演示CuCl溶液的電解。

說明：電解池中，與外電源正極相連的電極是陽極，與外電源負極相連的電極是陰極。

【生】觀察實驗現象，填寫表1。

表中最終需填寫內容：①產生氣泡，該氣體有刺激性氣味，能使濕潤的碘化鉀淀粉試紙變藍;②產生了Cl;③2Cl-2e== Cl↑;④石墨棒上覆蓋了一層紅色固體;⑤產生了Cu;⑥Cu+2e==Cu。

【師—生】陽極上產生氣泡，該氣體有刺激性氣味，結合所用藥品猜測它可能是Cl——怎樣檢驗Cl——用濕潤的碘化鉀淀粉試紙——把濕潤的碘化鉀淀粉試紙放在陽極附近，試紙變為藍色。

【師】寫出用石墨作電極電解CuCl溶液的化學方程式和離子方程式。

【生】CuCl=== Cu+ Cl↑，Cu+2Cl=== Cu+ Cl↑。

【師】根據CuCl溶液的電解裝置，歸納電解池的構成要素、并用示意圖表示。

【生】電解池的構成要素有四：直流電源、兩個電極、電解質溶液、形成閉合回路。如圖1所示：

【第3階】厘清化學原理，透識電解池

【師】如果把上述CuCl溶液換為NaCl溶液呢？

【生】2NaCl===2Na+Cl↑，2Na+2Cl===2Na+Cl↑？

【師】在溶液中肯定不會產生Na。演示NaCl溶液的電解（石墨電極）。

【生】觀察實驗現象，填寫表2。

表中最終需填寫內容：①產生氣泡，該氣體有刺激性氣味，能使濕潤的碘化鉀淀粉試紙變藍;②產生了Cl;③2Cl-2e== Cl↑;④產生氣泡，所得溶液能使酚酞變紅;⑤產生了H和NaOH;⑥2HO 2H+2OH，2H+2e==H↑。

【師—生】陰極上產生氣泡，結合2Na+2HO== 2NaOH+ H↑，猜測它可能是H、同時生成了NaOH——H和NaOH是怎樣產生的——通電前電離NaCl== Na+Cl、HO H+OH——通電后，陰極區Na與H競爭得電子，根據金屬活動性順序和實驗事實可知發生了2H+2e==H↑;陽極區Cl與OH競爭失電子，根據實驗事實可知發生了2Cl-2e== Cl↑——氧化性H> Na，還原性Cl>OH。

【生】2NaCl+2HO=== 2NaOH+ H↑+ Cl↑，2Cl+2HO=== 2OH+H↑+ Cl↑。

【師】如果用石墨作電極電解熔融的NaCl呢？

【生】2NaCl===2Na+Cl↑，2Na+2Cl===2Na+Cl↑。

【師】在前述電解池示意圖1中：標出外電路的電子流向，電解質溶液（熔融的電解質）里的離子流向，常見離子（H與Cu、Cl與OH）的放電順序，兩極發生的反應（氧化反應或還原反應）。

【第4階】應用變化拓展，再識電解池

【師】播放用石墨作電極電解CuSO溶液的視頻。根據實驗現象，試寫出其電極反應和總離子反應。

【生】陽極：4HO 4H+4OH，4OH-4e==2HO +O↑

【師】放電的一般順序：陽極……>Cu>H>……，陰極……>Cl>OH>SO2- 4>……。

【師】試一試，結合鉛蓄電池充電時的化學方程式，寫出其電極反應。

【生】陽極：PbSO+2HO-2e==PbO+4H+SO2- 4

陰極：PbSO+2e==Pb+SO2- 4

【師】今天我們討論的電解池都是用石墨等作電極，如果用Cu作電極電解CuSO溶液呢？我們在后續課堂里將進一步學習。

參考文獻：

[1]人民教育出版社課程教材研究所化學課程教材研究開發中心.普通高中課程標準實驗教科書·化學（選修4）[M]北京：人民教育出版社，2007.

[2]宋煜陽. 學習進階視域下的核心概念教學[M]長春：東北師范大學出版社，2017.