視頻簡介：
視頻標簽：全國高中化學,實驗教學說課,電解實驗拓展
所屬欄目：高中化學說課視頻
視頻課題：第五屆全國高中化學實驗教學說課視頻《電解實驗拓展》于菲-河北定州中學
教學設計、課堂實錄及教案：第五屆全國高中化學實驗教學說課視頻《電解實驗拓展》于菲河北定州中學高中化學
電解實驗拓展
河北定州中學于菲
一、 使用教材
人教版高中化學《選修四》第四章第三節“電解池”
二、 實驗器材
儀器：U形管，鉛筆芯電極2根，鐵絲（做電極），單孔塞兩個，小試管若干支，9V電池，蒸發皿，小燒杯，自來水電解儀。
藥品：飽和食鹽水，氫氧化鈉，肥皂液，淀粉碘化鉀試紙，酚酞試劑，鐵氰化鉀，紫甘藍汁，果凍。
三、 實驗創新要點/改進要點
本節課將電解實驗設置成系列學生實驗，通過改進和新增實驗，創設了更豐富的實驗情境，利用實驗科學化、綠色化、生活化，現象明顯，操作簡單易行，利于引導學從宏觀到微觀地揭示本質，突破教學難點。
（一）實驗科學化，綠色化，生活化
1.使用天然指示劑甘藍汁：指示劑變色明顯，利于兩電極溶液酸堿性變化的觀察。
2.果凍（瓊脂）實現電解池“分室”
在保證科學性的前提下，使化學實驗更加貼近生活，培養學生用化學的視角觀察生活。利用果凍將電解裝置分為兩室——陰極室和陽極室，實現兩電極產物的分離，便于產物的檢驗。
經查閱文獻及實際實驗操作，證明果凍中水分較多，但依靠擴散仍然可以進行化學反應,與固相反應相比，凝膠中的化學反應更容易進行。果凍中含有酸(酸度調節劑)、鹽(如山梨酸鉀、海藻酸鈉)溶解在凝膠中的液相中，產生可以自由移動的離子。果凍確實具有典型的電導和擴散作用,而且在低濃度凝膠中,電導值及擴散速度與同濃度溶液幾乎相同。
3.電解裝置：
（1）石墨電極電解飽和食鹽水
（2）鐵電極電解飽和食鹽水
）鐵電極電解自來水
、 實驗原理/實驗設計思路
（一）探究實驗1：設計實驗用石墨電極電解飽和食鹽水
自主設計實驗探究飽和食鹽水溶液中離子的放電順序，設計并改進后的實驗裝置如圖3。通過電解一段時間后兩電極產生的宏觀現象推測判斷微觀離子的放電順序。
實驗原理：
電極反應：
陽極：2Cl — -2e — =Cl2 ↑
陰極：2H++2e-=H2 ↑
（二）探究實驗2：用鐵電極電解飽和食鹽水
利用實驗一裝置，將電極改為鐵絲，果凍實現的“分室”利于兩電極附近選擇不同的試劑對產物進行檢驗而且不會產生相互干擾，如圖4。
（三）探究實驗3：鐵電極電解自來水
實驗2通過實驗證實了鐵做陽極會參與電極反應Fe-2e
-= Fe
2+，巧用蒸發皿，其容量小，自身顏色利于現象觀察進行電解自來水實驗。揭穿了凈水器推銷商電解水實驗騙局。
五、 實驗教學目標
（一）知識與技能：掌握惰性電極電解飽和食鹽水，溶液中離子的放電順序
（二）過程與方法：通過提出問題、設計方案、動手實驗、反思與評價，掌握定性到定量，宏觀到微觀的科學探究的一般過程。
（三）情感態度與價值觀：通過實驗綠色化，生活化，培養學生從化學的視角觀察生活。在實驗中發現問題解決問題，激發學生的創新意識。利用化學知識解釋問題，揭穿騙局，培養學生的科學精神和社會責任。
六、 實驗教學內容
本節課是在學生學習完電解原理以后設計的一節研究性學習課。以凈水器推銷商電解水實驗為情境線索，在分組實驗法和學生討論的基礎上，設計了系列學生實驗。
（一）探究實驗1：設計實驗用石墨電極電解飽和食鹽水
自主設計實驗，組間交流評價裝置優缺點，自選合適方案、試劑，多組實驗同時進行，交流匯報實驗結果。
|
實驗序號 |
實驗形式 |
與教材聯系 |
探究實驗內容 |
|
1 |
學生分組 |
新增實驗 |
U形管裝置（甘藍指示劑） |
自主設計實驗裝置完成石墨電極電解飽和食鹽水 |
|
2 |
學生分組 |
新增實驗 |
U形管裝置（濕潤的淀粉碘化鉀，酚酞） |
（二）探究實驗2：用鐵電極電解飽和食鹽水
利用實驗一裝置，將電極改為鐵絲，果凍實現的“分室”利于兩電極附近選擇不同的試劑對產物進行檢驗而且不會產生相互干擾，如圖4。
|
實驗序號 |
實驗形式 |
與教材聯系 |
探究實驗內容 |
|
4 |
學生分組 |
新增實驗 |
U形管裝置（鐵氰化鉀，酚酞） |
鐵電極電解飽和食鹽水 |
（三）探究實驗3：鐵電極電解自來水
巧用蒸發皿，其容量小，自身顏色利于現象觀察進行電解自來水實驗。揭穿凈水器推銷商電解水實驗騙局。
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實驗序號 |
實驗形式 |
與教材聯系 |
探究實驗內容 |
|
5 |
學生分組 |
新增實驗 |
蒸發皿 |
鐵電極電解自來水 |
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6 |
學生分組 |
新增實驗 |
蒸發皿（對比實驗） |
鐵電極電解飽和食鹽水 |
七、 實驗教學過程
（一）創設情境
部分凈水器推銷商為了推銷凈水器，給顧客演示電解自來水的實驗，實驗發現人們日常食用的自來水很“臟”，必需用他們的凈水器處理才行，這可信嗎？
圖6
這一實驗情景與生活密切相關，很容易激發學生的一探究竟的欲望。為了清楚地讓學生認識這一騙局的本質，我層層遞進地引導學生設計并進行了以下三組實驗：
（二）探究一：設計實驗用石墨電極電解飽和食鹽水
【提出問題】首先要求學生，就石墨電極電解飽和食鹽水實驗中電極反應、產物檢驗、裝置評價等問題進行討論。學生大膽提出： 在陽極上失電子，產物可能是O
2或Cl
2，陰極上得電子的是H
+，產物是H
2，并指出裝置存在不易檢驗陰極產物和可能生成的Cl
2污染環境的問題。我鼓勵各小組同學針對上問題，互相交流討論實驗方案，設計方案不斷完善，展示如下：
在保證實驗的科學性的前提下，為了進一步讓實驗貼近生活，體現綠色化學的理念，我為學生提供了一種天然指示劑：甘藍汁。在酸性和堿性環境下，甘藍汁都有其明顯的特征顏色。另外，利用果凍代替瓊脂，將電解裝置分為陰陽兩室。在學生的裝置基礎上又做了如下改進：
圖8
【分組實驗】學生自行選擇裝置進行分組實驗。在此側重展示使用本套裝置小組分別匯報的實驗現象：
陰極：附近溶液很快為亮綠色，說明陰極附近溶液呈堿性，吹出的肥皂泡用為柴點燃有“噗”的聲音；
陽極：開始氣泡不明顯，一段時間后氣泡明顯，溶液有變紅的現象。根據此現象，小組同學分析可能是OH
—放電，溶液呈酸性；猜想二：Cl
—放電，生成Cl
2溶于水生成兩種酸。無法鑒別哪種離子放電。
面對這兩種推測，繼續電解，很快同學們就有了答案：溶液褪色，一段時間后變為無色。這充分證明了有次氯酸的存在，陽極放電的離子確定為Cl
-。
此時學生的探究熱情高漲：幾個小組同學提出想進一步確定是由于氯氣與水反應生成了次氯酸，而使指示劑褪色。自行完成了如下實驗：
我適時說明電解質溶液陰陽離子的放電順序的實質就是氧化性、還原性強弱的順序，遵循強者優先法則。
【實驗反思】以上實驗裝置，利于學生結合兩電極非常直觀的現象，深入分析溶液中的離子放電的情況，發展學生宏觀辨識與微觀探析的化學學科核心素養。氣體的檢驗更加方便，體現了綠色化學的理念。
利用探究一的U形管裝置，我繼續引導學生進行第二個實驗探究：
（二）探究二：以鐵做電極電解飽和食鹽水
引導學生思考兩個問題：1、鐵電極參與反應嗎？ 2、兩電極發生的反應及產物是什么？學生推測如下：
|
|
陽極 |
陰極 |
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推測一 |
Fe不參與反應
仍為2Cl－-2e-=Cl2 ↑ |
Fe不參與反應
仍為2H++2e-=H2 ↑ |
|
推測二 |
Fe參與反應生成Fe2+ |
Fe不參與反應
仍為2H++2e-=H2 ↑ |
表2
結合以上裝置，中間的果凍使電解池分為了陽極室和陰極室，很好地實現了兩電解產物的分離，所以學生們可以大膽地選擇對應的試劑進行電解產物的檢驗，互不干擾。同學們學生展開思路.
【分組實驗】各小組自選擇試劑進行實驗。
學生觀察到（1）陰極的現象與用石墨電極電解食鹽水是一樣的，都有氫氣產生。
（2）陽極：溶液中出現明顯的藍色沉淀。
同學們得出結論：“鐵做陰極，電極本身不參與反應，鐵做陽極，參與反應： Fe-2e
-= Fe
2+。”
【實驗反思】有學生提出質疑：“哪些電極為活性電極呢？”
結合這一問題，我提出活性電極的概念，并鼓勵學生可以在課下進一步進行實驗驗證。
上述實裝置在探究二中的使用，陽極室與陽極室的產物檢驗互不干擾，現象直觀，本環節學生明確了：“活性電極做陽極，會先于溶液中的離子失電子，參與電極反應。”
至此，學生已經具備了揭示電解自來水騙局的必備知識。
（三）探究三：以鐵做電極電解自來水
首先我為學生提供了自來水成分的資料小卡片，使學生認識到自來水就是一種電解質溶液，提出問題：“用鐵做電極自來水會有什么現象呢？”同學們使用如下模仿裝置在相同條件下自來水和電解飽和食鹽水，用于對比。為了便于觀察，我們選用了蒸發皿，學生們一分鐘后就得到了明顯的現象。
那么“實驗三中生成的灰綠色，又伴有紅褐色的渾濁物是什么？，為什么會有沉淀生成?” 學生很快從裝置的區別中找到了答案。
通過本節課，我和同學們一起揭穿了凈水器推銷商的騙局，自來水本身是沒有問題的，其中存在礦物質離子使之能夠導電，而所謂的“臟東西”，是電解過程中鐵做陽極參與反應，最終生成的氫氧化亞鐵和被氫氧化鐵。
實驗過程的體驗、思維的碰撞，在做中學，學中樂，學生通過實驗發現問題，又在實驗中解決生活中的問題，這就是實驗的魅力。
八、 實驗效果評價
（一）通過新增實驗和改進實驗，用不同的方案和指示劑實現一個實驗，創設了更豐富的實驗情境。
1、天然指示劑甘藍汁的使用，使實驗現象直觀，氣體檢驗易操作，并且體現綠色化學的理念。
2、電解飽和食鹽水利用果凍瓊脂分為陰極室和陽極室的實驗改進，實現了電極產物的分離，為第二課時氯堿工業裝置的理解做好了鋪墊，產物檢驗也更加方便。本套裝置，延續使用，完成探究實驗二，兩極現象仍然十分明顯。
3、巧用蒸發皿，便于實驗現象的觀察。
（一）以上創新和改進使課堂更加生動，直觀，增強了學生對科學知識的感性認知和探究性體驗。
（二）本節課在設計上突出“從生活走進化學，從化學走向社會”的教學理念，以學生認知素養發展為核心，讓學生在認知發展線上從宏觀到微觀再到本質地形成科學素養，充分發展學生化學學科核心素養。
（三）學生作為主動研究者參與實驗方案的設計與實施，體會研究過程，體會裝置創新和改進過程很好地培養了學生“實驗探究與創新意識”的化學學科核心素養。
視頻來源：優質課網 www.jixiangsibao.com
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