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以问题驱动化学探究式教学

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  【摘要】新课程改革的重要特点之一就是改变学生的学习方式,要求学生学习方式由原有的单一的“接受式学习”转变为多元化学习方式,围绕具体的问题展开,教师有意识地创设好的问题情境,有助于学生产生认知冲突,使学生产生想解决这种疑惑的求知欲,因此,以问题驱动是实现这一目标的有效教学手段。
  【关键词】多元化学习  问题情境  问题驱动  有效教学
  【中图分类号】G633.8   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2019)21-0160-02
  一、设计思路
  通过实验探究、问题讨论、分析比较等形式,并结合多媒体技术,让学生生成新知识,从而培养学生持续探究的学习及发现并解决问题的习惯。本课从学生已有的相关知识出发,紧紧围绕电解饱和食盐水与电解氯化铜溶液设计问题,从电解NaCl溶液——氯化铜溶液——NaCl和CuCl2混合液——调换电解饱和食盐水的Fe、C电极,问题层层递进,引导学生从本质上认识电解原理。由于理论的学习较为抽象,适时结合实验及多媒体动画加以辅助教学,有助于学生从感性认识上升到理性认识。
  二、教材及学情分析
  电化学知识是中学化学重要基本理论之一,既涉及理论知识,又与元素化合物知识密切相关。电解原理的学习,是在学生已经学习和掌握了氧化还原反应、金属的性质、电解质溶液、离子反应、原电池原理等知识的基础上安排的,是电化学知识的深化和发展,具有一定的科学性。它可使学生在接受新知识中有旧知识作基础,缓解学习困难,体现知识梯度的合理性。
  学生已经知道一些重要的电解反应,如电解H2O、NaCl溶液等,但对电解反应还只有宏观、感性的认识,本节课将引导学生从微观层面进一步认识电解反应,为选修4《电解的工作原理》的学习打下基础,具有承上启下的作用。高一学生有一定观察、分析、综合、比较、分类、归纳和演绎的思维能力,但上述思维能力、研究方法和理论基础不够完备。
  三、教学基本流程
  利用层层递进的问题链构建学科体系:
  【教学片断一 构成电解池的条件】
  设问:通过我们前面的学习,知道了化学能可以转化成电能,那么电能能转化成化学能吗?必修一中学过的电解饱和食盐水就能实现这种变化。今天我们要深入解析电能如何转化为化学能。
  板书:(一)电解原理
  1.定义:在直流电作用下,在两极分别发生氧化反应和还原反应的过程
  问题:请你模仿电解饱和食盐水的装置设计一个装置电解氯化铜溶液。
  2.装置:
  教师:由于铁与氯化铜溶液会发生反应,用石墨代替铁棒
  演示实验:电解氯化铜溶液(阳极:产生氯气   阴极:析出红色固体Cu)
  教师:通过电解,产生了新物质。从能量变化的角度来看,这里实现了怎样的变化?
  学生:电能转化为化学能
  投影:电解池:将电能转化为化学能的装置
  问题探究1:构成电解池的基本条件有哪些?
  学生:外接直流电源、阴阳两极、电解质溶液、形成闭合回路
  追问:它和原电池最大的不同点是什么?
  学生:有外接直流电源、电极的名称不同
  设计意图:通过电解氯化铜溶液和NaCl溶液的电解装置,得出构成电解池的条件,通过对实验现象的观察为理论的提升做准备。
  【教学片断二  电解原理的探究】
  问题探究2:为什么铜在阴极产生,氯气在阳极产生?而不是相反?
  点拨:1.氯化铜溶液中含有哪些微粒?(Cu2+、H+、Cl-、OH-)
  2.在直流电的作用下,离子会定向迁移,分别向哪极移动?(电源负极电子流出到阴极,阳离子向阴极迁移,得到电子,发生还原反应;阴离子向阳极移动,失去电子,发生氧化反应)
  3.电极反应:阳极——失去电子——氧化反应
  阴极——得到电子——还原反应
  练习:写出电解CuCl2溶液的电极反应式及总反应式
  阳极: 2Cl--2e-=Cl2↑  阴极: Cu2++2e-=Cu
  CuCl2电解Cu+Cl2↑
  设计意图:透过现象看本质,感受现象升华成理论的过程,反馈学生对知识的理解程度。
  问题探究3:试分析电解NaCl溶液的阴阳极反应?
  学生:H+向阴极迁移,在阴极得到电子析出H2;Cl-向阳极迁移,在阳极失去电子产生Cl2。
  练习:写出电解NaCl溶液的电极反应式及总反应式
  阳极: 2Cl--2e-=Cl2↑  阴极: 2H++2e-=H2↑
  总反应式:2NaCl+2H2O电解2NaOH+H2↑+Cl2 ↑
  教师:电解飽和食盐水是氯碱工业的基础,这是电解原理的一个重要应用
  板书:(二)应用:
  1.氯碱工业
  设计意图:电解饱和食盐水是高中阶段学习过的第一个重要的电解反应,必修一中只要求学生识记阴阳极产物,通过前面电解CuCl2溶液原理的分析,学生能够分析出两极的电极反应,进一步加深对电解原理的理解。
  问题探究4:电解NaCl+CuCl2混合液,阴阳极产物分别是什么?
  学生1:阳极产生氯气,阴极析出铜。
  追问:为什么你判断阴极析出铜,不产生氢气?
  学生1:电解氯化铜溶液时,溶液中也有氢离子,但实验结果是析出铜,没有产生氢气。
  点评:很好,这位同学用了“类比”的方法判断阴极析出铜,而不是氢气。   追问:本质是什么?
  学生1: Cu2+比H+更容易得电子。得电子体现什么性?(氧化性)
  投影:氧化性:Cu2+>H+
  学生2:我觉得阴极先析出铜,后析出氢气。因为混合液的浓度没说,当铜离子完全析出后,氢离子就会得到电子,产生氢气。
  点评:说得有道理,这位同学的思维很严密!
  问题探究5:电解NaCl溶液有可能析出金属Na吗?如何制备得到金属Na?
  学生:不可能,因为Na+的氧化性比氢离子小。
  投影:氧化性:Cu2+>H+>Na+
  学生:无水环境,电解熔融NaCl制备Na。
  教师:构成电解池的电解液不一定是电解质溶液,也可以是熔融电解质。
  练习:请写出电解熔融NaCl的电极反应及总反应式。
  阳极: 2Cl--2e-= Cl2↑    阴极: 2Na++2e-=2Na
  2NaCl电解Na+Cl2↑
  教师:利用电解的原理可以冶炼Na、Mg、Al等活泼金属。
  2.冶炼活泼金属
  教师:溶液中阴离子有氯离子和氢氧根离子,为什么阳极是氯离子放电?
  投影:还原性:Cl->OH-
  Flash动画:感受电解的过程。
  (溶液中Cl-、OH-、Cu2+、H+自由移动,接通电源,阳离子往阴极移动,铜离子在竞争中获胜,得到了从电源负极流出的电子;阴离子往阳极移动,氯离子在与氢氧根离子的竞争中获胜,失去电子,产生氯气)
  设计意图:通过对NaCl与CuCl2混合溶液分析,将已学知识与新知识进行联系、对比,引发学生思考,问题层层递进,从现象到本质,巩固对电解原理的认识,通过Flash动画的呈现,更形象地呈现电解反应的过程,有助于学生对电解原理的理解。
  问题探究6:铁棒与碳棒互换会影响氯碱工业的生产吗?
  学生:会影响,(从阴阳极反应类型的角度去看)铁作阳极会失去电子。
  投影:还原性:金属(Pt、Au除外)>Cl->OH-
  设计意图:以氯碱工业为载体,探究电极对电极反应的影响,為电镀的学习作铺垫。
  【教学片断三  电解原理的应用】
  问题探究7:根据电解原理设计实验装置,使铁的质量不减少,又在铁表面析出铜。
  学生1:铜为阳极、铁作阴极、氯化铜溶液为电解质溶液。
  学生2:石墨为阳极、铁作阴极、氯化铜溶液为电解质溶液。
  教师:哪种方法更好,为什么?
  学生:第一种。第二种方法中,铜离子浓度不断下降(镀层速度改变,镀得不牢固)。
  投影:电镀:以镀层金属为阳极、镀件为阴极、含镀层金属离子的盐溶液为电解质溶液
  师:生活中,我们常常用到白铁皮(镀锌铁皮)它有不易生锈和耐腐蚀的优点。可用于制作屋面、卷管和各种容器。
  问题:铁不能置换出锌,有什么方法在铁表面镀上锌?(电解的原理)
  实验展示:铁片上镀锌
  3.电镀
  阅读:P45 拓展视野  铜的电解精炼
  学生:粗铜为阳极  纯铜为阴极  硫酸铜溶液为电解质溶液
  4.电解精炼铜
  设计意图:巩固所学知识,学以致用。通过电镀实验的展示,让学生感受到化学的实用价值,提高学习化学的兴趣。
  化学史话:戴维是化学史上发现新元素最多的人,你知道他用的什么方法吗?(电解)。1799年伏打发明了世界上最早的电池——伏打电池,一年后戴维采用伏打电池电解水获得成功,经过不断探究,他通过电解的方法制得了Na 镁  钙 硼 硅等八种元素,开启了人类发现元素的新时代。
  设计意图:通过化学史的教育,感受电解的学科价值及社会价值。
  投影:电解池与原电池的比较
  四、板书设计
  电能转化为化学能
  (一)电解原理
  1.定义:在直流电作用下,在两极分别发生氧化反应和还原反应的过程。
  2.装置:
  3.电极反应:阳极——失去电子——氧化反应
  阴极——得到电子——还原反应
  (二)应用
  作者简介:
  吴招坛(1987.6-),男,本科学历,中学一级职称,研究方向:课堂教学、竞赛。
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