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視頻課題：【視頻+課件+說課稿】《電解飽和食鹽水實驗的改進與創新》第8屆全國中小學實驗教學說課活動 柳州
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【視頻+課件+說課稿】《電解飽和食鹽水實驗的改進與創新》2020年第8屆全國中小學實驗教學說課活動
電解飽和食鹽水的實驗改進與創新
柳州市第一中學 黃喜喜
一. 使用教材
1. 所用教材：人教版
2. 教學內容所屬模塊：選修4《化學反應原理》
3. 所屬章節：第四章第三節電解池
4. 年級：高中二年級
二. 實驗器材
(一) 實驗儀器和試劑：
數據采集器、pH傳感器、計算機、飽和食鹽水、學生電源、導線2根、2B鉛筆芯、燒杯、鐵絲、淀粉碘化鉀試紙、氫氧化鈉溶液、玻璃蒸發結晶皿、帶導管的橡膠塞、試管、玻璃導管、橡膠塞、鐵夾2個、鐵架臺、酒精燈。
(二) 自制陽極創新裝置：
硬質玻璃管、陽離子交換膜、熱熔膠。
三. 實驗改進與創新點
圖1 電解飽和食鹽水裝置改進
圖2 硬質玻璃管與陽離子交換膜
圖3 數字化設備
1. 自制陽離子交換膜，通過pH傳感器可以很直觀的體現該膜的作用，便于學生理解，利用數字化傳感器讓學生從微粒層面上認識化學反應。由于該裝置避免了傳統電解飽和食鹽水的復雜裝置，非常輕巧、操作簡單，可以讓學生親手實驗，可以幫助學生建立工業上電解氯化鈉的認知模型，直觀感受最新的離子交換膜電解技術。
2. 該裝置價格低，可靠性高。離子交換膜未能在中學大量使用的原因之一是價格較高（淘寶網上10cm×10cm的陽離子交換膜售價約200元）；本教具使用的離子交換膜面積僅4cm2,成本約0.5元。將硬質玻璃管用熱熔膠與離子交換膜結合緊密，密封性強。電極采用鉛筆芯，材料易得。用6—24V直流電，在酸、堿性環境中反復電解都沒有任何損壞；整個電解裝置簡單，可靠性高，適合大量制作和使用。
3. 實驗現象明顯，趣味性強。在電解過程中的氣泡非常多，便于教師引導學生觀察，思考氣體是什么，激發學生興趣。由于裝置的可視性非常好，在兩極產物檢驗的過程中，氯氣使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍、氫氣的爆鳴實驗都非常明顯、pH傳感器定量的檢驗溶液的酸堿性，可以將本次實驗推向高潮。
4. 本裝置對氯氣進行了尾氣處理，綠色環保。
5. 該裝置集發生、檢驗、尾氣處理裝置于一體，操作簡便。
6. 該裝置還適合其他電解實驗的使用。
四. 實驗改進設計的出發點
電解飽和食鹽水實驗在工業生產、實際生活中、中都有廣泛應用，并且在高考中也是熱點知識。不同版本教材中對于電解飽和食鹽水實驗的呈現也有不同，電解飽和食鹽水的實驗主要涉及兩極產物的檢驗以及氯氣的處理，在人教版和蘇教版教材中既沒有該實驗的圖示，也沒有安排實驗，在教學過程中教師通常會按照魯科版教材所示裝置進行實驗，即利用帶有支管的U型管。其不足之處在于：
1) 該裝置與氯堿工業的實際生產裝置有一定的距離，在氯堿工業中所用的陽離子交換膜在教學實驗中難以實現；
2) 利用 U 型管進行實驗時，離子在陰陽兩極遷移的距離過長，導致整個電路的電阻較大
3) 由于U 型管帶有支管，導致浸入溶液中的電極太短，接觸面積小，不利于氣體的產生。
五. 實驗教學目標
(一) 知識與技能：
1. 理解電解原理，初步掌握一般電解反應產物的判斷方法
2. 了解氯堿工業——電解飽和食鹽水
3. 掌握電解電極方程式和總方程式的書寫。
(二) 過程與方法：
1. 通過過已學電解原理相關知識來思考電解飽和食鹽水實驗，探究分析工作原理。
2. 通過電解飽和食鹽水實驗的裝置逐步改進，學生小組猜想討論、實驗驗證、實驗匯報、師生總結的方法，增強對電解池工作原理的了解，讓學生感受電能轉化為化學能的科學事實。
(三) 情感態度價值觀：
1. 通過對電解飽和食鹽水實驗的改進與創新，體驗“科學猜想—實驗驗證—歸納總結—形成理論”的研究過程。知道電解原理的應用的廣泛性，實用性，高效性。增強學生的環境保護意識，感受化學世界的奇妙與和諧。
2. 通過實驗探究，培養學生善于觀察，勤于思考的科學態度，增強理論聯系實際的能力，并將化學知識積極應用于生活的意識。
3. 學習科學探究、合作學習的基本方法，提高科學探究與團隊合作的能力。
六. 實驗教學內容
本節課是學習電解原理的相關基本知識后的有關原理應用的拓展探究以及實驗的改進，氯堿工業是生產生活重要的工業過程，其產品也是無處不在。基于此，從氯堿化工廠的實際機器場景引入，利用自制實驗用品，逐步引導學生學會科學探究、改進創新，并通過此過程來培養學生的環境保護與綠色化學意識。
七. 實驗教學過程
(一) 創設情景
圖4 創設情景圖示
展示氯堿化工廠圖片；復習電解原理、學生書寫電極反應式、總反應方程式。
(二) 回顧舊知：如何檢驗產物H2、Cl2、NaOH
圖5 檢驗產物方法
(三) 分析傳統實驗裝置的不足
圖6 傳統實驗裝置用于工業生產的不足
引導學生圍繞工業生產的“三高”原則，思考如果利用傳統實驗裝置進行工業生產，可能會遇到哪些問題。這些問題產生的原因是什么？應該如何解決？請學生分組討論，并以表格的形式加以說明。從學生的分析報告當中可以看出解決問題的關鍵就是將H2和Cl2隔開；將Cl2和OH-隔開。
(四) 教師介紹離子交換膜
圖7 離子交換膜選擇
離子交換膜主要分為陽離子交換膜和陰離子交換膜，陰離子交換膜成正電性，選擇性透過陰離子；陽離子交換膜成負電性，選擇性透過陽離子。請同學們思考我們選擇哪一種交換膜，才能解決剛才的問題，學生分析要阻止OH-和Cl2反應，就不能讓OH-進入陽極區，因此選擇陽離子交換膜。
(五) 市售的離子交換膜
圖8 市售的離子交換膜
離子交換膜未能在中學大量使用的原因就是因為其成本過高。
(六) 創新實驗
圖9 創新裝置
老師通過查閱文獻資料，找到了自制陽離子交換膜的方法，它的材質是與二乙烯基苯交聯的凝膠聚苯乙烯，像這樣一塊4cm2的離子交換膜成本僅0.5元，再將硬質玻璃管和陽離子交換膜用熱熔膠粘連，就組成了一套陽極的創新裝置，該裝置取材方便大大降低了實驗成本，而且體積小巧非常便攜。
(七) 學生探究
圖10 實驗完善
為了將陰極區原來的Cl-除去，用稀NaOH溶液替換陰極區的NaCl溶液，為檢驗該反應生成了NaOH，引入數字化設備。
(八) 數字化實驗
圖11 數字化儀器
可以利用pH傳感器來測定溶液pH的變化：連接pH傳感器和數據采集器，將pH傳感器的探頭放到溶液中，數據采集器就會將數據轉化成電信號，傳輸到電腦，再通過電腦軟件處理，就可以得到溶液pH隨時間變化的函數圖像。
(九) 實驗操作展示
圖12 實驗操作展示
(十) 實驗探究總結
圖13 探究總結
(十一) 改進后實驗的優點
圖14 改進裝置優點
(十二) 核心素養
圖15 核心素養
學生通過本節課的學習，提升了化學學科核心素養。
八. 實驗效果評價
(一) 在探究實驗中發展能力
1. 解決問題能力：通過提出問題，引導學生小組積極思考，培養學生提煉信息和對信息進行分析、整合的能力；通過組內討論做出假設，設計實驗方案，最終分析本質、解決問題。
2. 實驗操作能力：本節課，需要學生具備較高實驗探究能力，需要較縝密的思維來分析考慮復雜問題，創新空間也更大。
(二) 基于化學學科核心素養下的教師主導、學生主體
本節課是由教師從問題意識引導學生去探究，都從不同的角度體現了宏觀與微觀探析，科學探究與創新意識，科學精神與社會責任等化學學科的核心素養，以學生為主體的形式落實到課堂的每一個環節。
姓名：黃喜喜 單位名稱：柳州市第一中學
聯系電話：17307728077
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