關于高中“化學反應原理”建模教學的實踐

摘要：原電池及電解池模型是“化學反應原理”中的重要內容.因兩個模型比較相近，而且是高考的常考知識點，因此，將其安排在一起進行建模教學.學生通過對兩個模型的比較，加深了對兩個模型的認識與理解.實踐中學生學習熱情高漲，深入理解、牢固掌握了兩個模型.本文對實踐過程進行分享，以供參考.

關鍵詞：化學反應原理;建模教學;實踐;高中化學

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2022）15-0122-03

收稿日期：2022-02-25

作者簡介：岳沭寧（1989.5-），女，江蘇省宿遷人，碩士，中學一級教師，從事高中化學教學研究.

提升學生化學建模能力，不僅能加深學生對所學知識的理解，而且對提高學生的模型認識素養意義重大.原電池及電解池建模教學中，結合自身實踐經驗以及學生實際，靈活采用多種教學方法，獲得了預期的教學效果.

1 原電池建模教學實踐

1.1 展示化學問題

為更好地抓住學生注意力，激發學生思考熱情以及構建原電池模型的興趣.實踐中展示化學問題，為模型的構建做好鋪墊.引導學生回顧所學的化學反應，可知化學反應往往伴隨著發光、發熱現象，實際上化學反應中還伴隨著電能的相互轉化，那么化學反應中化學能與電能是如何轉化的，遵循怎樣的規律呢？課堂上預留2～3min的時間要求學生結合自己的理解進行討論.如此展示化學問題，可提高學生學習的針對性，確保原電池建模活動得以順利的開展.

1.2 引入實驗情境

為提高學生建模的樂趣，更好地加深其印象，深化對原電池原理的理解，構建正確的原電池模型，課堂上做如下兩個實驗：

實驗一：準備好滴管、小燒杯、藥匙、溫度計以及1mol/L的硫酸銅溶液、適量鋅粉，用滴管取30mL硫酸銅溶液加入到小燒杯中，使用藥匙取適量鋅粉加入到小燒杯中，使用溫度計測量溶液溫度.

實驗二：準備好相關的實驗器材，按照蘇教版高中化學“化學反應原理”化學能與電能的轉化圖組裝好儀器，向2只燒杯中分別加入30mL 1mol/L的硫酸銅溶液以及30mL 1mol/L的硫酸鋅溶液，將與導線和電流計相連的鋅片和銅片分別插入到兩個溶液中，并將鹽橋插入2只燒杯中，觀察實驗現象;取出鹽橋，觀察實驗現象.

1.3 鼓勵思考探究

針對上述實驗設計如下問題鼓勵學生思考探究：問題（1）實驗一和實驗二分別出現了哪些實驗現象？問題（2）寫出實驗二發生反應的化學方程式以及離子方程式;問題（3）實驗一和實驗二中的能量變化形式是怎樣的？

學生認真觀察實驗一可以發現以下現象：鋅粉逐漸溶解，燒杯中析出紅色物質，溫度計溫度迅速上升，可以得出反應

Zn+Cu=Zn+Cu

是放熱反應.學生對這一實驗現象并不陌生.針對實驗二學生可以清晰地看到當燒杯中有鹽橋存在時電流計指針發生偏轉，鋅片逐漸溶解，銅表面形成了紅色固體;將鹽橋取出后電流計不再偏轉.實驗二中發生的化學方程式以及離子方程式分別為：

Zn+CuSO=ZnSO+Cu

Zn+Cu=Zn+Cu

實驗二中的化學能轉化成了電能.課堂上繼續詢問學生如下問題：（1）鋅片片為什么會溶解，根據所學的氧化還原反應知識，思考鋅片失去的電子流向了哪里？（2）銅片上的紅色固體是什么？為什么會生成該固體？（3）實驗中鹽橋的作用是什么？

根據所學的化學反應可知鋅片溶解是因為其失去電子變成了Zn進入到了溶液中，電子沿著導線流向銅片，燒杯中的Cu得到電子被還原成了Cu.從氧化還原反應角度來看鋅片失去電子被氧化，Cu得到電子被還原.由電學知識可知，電流計的指針發生變化表明電路是閉合的，有穩定的電流，在導線側有電子的移動形成電流，而在溶液側對應的離子充當電子的作用，因此，鹽橋中的Cl會向盛有ZnSO的溶液中移動，K會向盛有CuSO的溶液中移動.從中可以看出鹽橋的作用有起著導電作用，不僅如此其還起著平衡電荷的作用.

1.4 構建對應模型

鼓勵學生思考探究，學生對銅鋅原電池原理有了一定的理解，在此基礎上引導學生構建對應的模型.一方面，要求學生回顧所學結合圖1銅鋅原電池示意圖填寫下列空白.另一方面，畫出原電池的模型示意圖.

（1）原電池的負極是____，_____電子，電子移動方向是____，發生_____反應.

（2）原電池的正極是_____，_____電子，被_____，發生______反應.

（3）原電池的構成條件為：_____、______、_____、_____;原電池反應的本質是_____.

學生在課堂上填寫上述內容后，構建出了圖2所示的原電池模型.

1.5 原電池模型的應用訓練

為使學生深入理解靈活應用原電池模型分析相關的化學問題，完成原電池模型構建后展示如下問題要求學生思考作答：

如圖3所示，是科學家設計的微生物原電池工作原理示意圖，認真觀察，則有關該原電池的說法正確的是（）.

A.電子轉移的方向為m極→n極

B.每生成1mol CO，轉移8mol電子

C.m電極反應式為：

2NO+6HO+10e=N+12OH

D.H可通過質子交換膜進入左側極室

解答該題需要學生吃透原電池模型，并能夠充分挖掘圖中的隱含條件.觀察可知電極m中的NO轉化成N，氮元素的化合價降低得到電子，由原電池模型可知m極為正極，則n極為負極，電子轉移的方向為n極→m極;n極中碳元素由0價升高至+4價，因此，每生成1mol CO轉移電子4mol;H通過質子交換膜進入到左側電極室，m電極的反應式為2NO+12H+10e=N+6HO ，綜上可知只有D項的說法正確.

2 電解池建模教學實踐

2.1 問題引入

課堂上與學生一起回顧所學的原電池模型，可知原電池是化學能轉化為電能的裝置，而后要求學生思考，是否存在將電能轉化為化學能的裝置呢？這樣的裝置又叫什么呢？從學生熟悉的知識點引入問題，更容易使學生接受，從而主動地配合電解池模型的構建.

2.2 創設多媒體情境

為增加學生學習趣味性，降低學生學習枯燥感，使用多媒體技術創設如下實驗情境：在課件中展示盛有熔融態NaCl的燒杯，并在燒杯中放入2個與電池正負極相連的電極.同時，宏觀地展示燒杯中熔融態NaCl中的離子在通電前后的狀態，要求學生認真觀察Na、Cl的分布情況，并進行總結.

2.3 鼓勵學生探究

告知學生與電池負極相連的電極為陰極，與電池正極相連的電極為陽極，而后要求學生思考、回答如下問題：

（1）開關閉合前燒杯中分別出現了什么現象？電子是怎樣移動的？

（2）通電后陰、陽兩極發生的電極反應式分別是什么？

（3）總的電極反應是什么？

（4）從中可以看出該裝置的能量轉化是怎樣的？

學生通過觀察多媒體課件可以看到，在開關未關閉前燒杯中Na和Cl是均勻分布的，當閉合開關后，電子從電池的負極流出流向陰極，而后電子從陽極流出流向正極，在燒杯中可以看到Na向陰極移動，Cl向陽極移動，陰極生成了單質Na，陽極有氣體產生，即陰極發生的電極反應為2Na+2e=2Na，陽極發生的電極反應為：2Cl-2e=Cl↑，總的電極反應為：

2.4 構建電解池模型

教學中為引導學生構建電解池模型可要求學生回顧多媒體課件內容，填寫以下空白：

（1）與電池正、負兩極相連的電極名稱分別為______，________.

（2）陰極_____電子，發生____反應，陽極_______電子，發生_____反應.

（3）電解池是一種將_____能轉化為____能的裝置，構成電解池的條件有：_____、_______、______、_______.

最終學生構建如圖4所示的電解池模型.

2.5 電解池模型的應用

教學實踐中為使學生更好地掌握電解池模型，圍繞相關習題開展訓練活動，進一步提高學生的靈活應用能力.

參考文獻：

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[責任編輯：季春陽]