《電解飽和食鹽水實驗的改進與創(chuàng)新》說課稿(全國實驗說課大賽獲獎案例)

《電解飽和食鹽水實驗的改進與創(chuàng)新》說課稿

使用教材所用教材：人教版教學(xué)內(nèi)容所屬模塊：選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》所屬章節(jié)：第四章第三節(jié)電解池年級：高中二年級實驗器材實驗儀器和試劑：數(shù)據(jù)采集器、pH傳感器、計算機、飽和食鹽水、學(xué)生電源、導(dǎo)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(fā)結(jié)晶皿、帶導(dǎo)管的橡膠塞、試管、玻璃導(dǎo)管、橡膠塞、鐵夾2個、鐵架臺、酒精燈。自制陽極創(chuàng)新裝置：硬質(zhì)玻璃管、陽離子交換膜、熱熔膠。實驗改進與創(chuàng)新點圖1 電解飽和食鹽水裝置改進圖2 硬質(zhì)玻璃管與陽離子交換膜圖3數(shù)字化設(shè)備自制陽離子交換膜，通過pH傳感器可以很直觀的體現(xiàn)該膜的作用，便于學(xué)生理解，利用數(shù)字化傳感器讓學(xué)生從微粒層面上認識化學(xué)反應(yīng)。由于該裝置避免了傳統(tǒng)電解飽和食鹽水的復(fù)雜裝置，非常輕巧、操作簡單，可以讓學(xué)生親手實驗，可以幫助學(xué)生建立工業(yè)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(shù)。該裝置價格低，可靠性高。離子交換膜未能在中學(xué)大量使用的原因之一是價格較高（淘寶網(wǎng)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(zhì)玻璃管用熱熔膠與離子交換膜結(jié)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(huán)境中反復(fù)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。實驗現(xiàn)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(dǎo)學(xué)生觀察，思考氣體是什么，激發(fā)學(xué)生興趣。由于裝置的可視性非常好，在兩極產(chǎn)物檢驗的過程中，氯氣使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{、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。本裝置對氯氣進行了尾氣處理，綠色環(huán)保。該裝置集發(fā)生、檢驗、尾氣處理裝置于一體，操作簡便。該裝置還適合其他電解實驗的使用。實驗改進設(shè)計的出發(fā)點電解飽和食鹽水實驗在工業(yè)生產(chǎn)、實際生活中、中都有廣泛應(yīng)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(xiàn)也有不同，電解飽和食鹽水的實驗主要涉及兩極產(chǎn)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(xué)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：該裝置與氯堿工業(yè)的實際生產(chǎn)裝置有一定的距離，在氯堿工業(yè)中所用的陽離子交換膜在教學(xué)實驗中難以實現(xiàn)；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(dǎo)致整個電路的電阻較大由于U

型管帶有支管，導(dǎo)致浸入溶液中的電極太短，接觸面積小，不利于氣體的產(chǎn)生。實驗教學(xué)目標知識與技能：理解電解原理，初步掌握一般電解反應(yīng)產(chǎn)物的判斷方法了解氯堿工業(yè)——電解飽和食鹽水掌握電解電極方程式和總方程式的書寫。過程與方法：通過過已學(xué)電解原理相關(guān)知識來思考電解飽和食鹽水實驗，探究分析工作原理。通過電解飽和食鹽水實驗的裝置逐步改進，學(xué)生小組猜想討論、實驗驗證、實驗匯報、師生總結(jié)的方法，增強對電解池工作原理的了解，讓學(xué)生感受電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的科學(xué)事實。情感態(tài)度價值觀：通過對電解飽和食鹽水實驗的改進與創(chuàng)新，體驗“科學(xué)猜想—實驗驗證—歸納總結(jié)—形成理論”的研究過程。知道電解原理的應(yīng)用的廣泛性，實用性，高效性。增強學(xué)生的環(huán)境保護意識，感受化學(xué)世界的奇妙與和諧。通過實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生善于觀察，勤于思考的科學(xué)態(tài)度，增強理論聯(lián)系實際的能力，并將化學(xué)知識積極應(yīng)用于生活的意識。學(xué)習(xí)科學(xué)探究、合作學(xué)習(xí)的基本方法，提高科學(xué)探究與團隊合作的能力。實驗教學(xué)內(nèi)容本節(jié)課是學(xué)習(xí)電解原理的相關(guān)基本知識后的有關(guān)原理應(yīng)用的拓展探究以及實驗的改進，氯堿工業(yè)是生產(chǎn)生活重要的工業(yè)過程，其產(chǎn)品也是無處不在?；诖?，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(dǎo)學(xué)生學(xué)會科學(xué)探究、改進創(chuàng)新，并通過此過程來培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境保護與綠色化學(xué)意識。實驗教學(xué)過程創(chuàng)設(shè)情景圖4創(chuàng)設(shè)情景圖示展示氯堿化工廠圖片；復(fù)習(xí)電解原理、學(xué)生書寫電極反應(yīng)式、總反應(yīng)方程式。回顧舊知：如何檢驗產(chǎn)物H2、Cl2、NaOH圖5檢驗產(chǎn)物方法分析傳統(tǒng)實驗裝置的不足圖6傳統(tǒng)實驗裝置用于工業(yè)生產(chǎn)的不足引導(dǎo)學(xué)生圍繞工業(yè)生產(chǎn)的“三高”原則，思考如果利用傳統(tǒng)實驗裝置進行工業(yè)生產(chǎn)，可能會遇到哪些問題。這些問題產(chǎn)生的原因是什么？應(yīng)該如何解決？請學(xué)生分組討論，并以表格的形式加以說明。從學(xué)生的分析報告當中可以看出解決問題的關(guān)鍵就是將H2和Cl2隔開；將Cl2和OH-隔開。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(xué)們思考我們選擇哪一種交換膜，才能解決剛才的問題，學(xué)生分析要阻止OH-和Cl2反應(yīng)，就不能讓OH-進入陽極區(qū)，因此選擇陽離子交換膜。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(xué)大量使用的原因就是因為其成本過高。創(chuàng)新實驗圖9創(chuàng)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(zhì)是與二乙烯基苯交聯(lián)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(zhì)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(chuàng)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。學(xué)生探究圖10實驗完善為了將陰極區(qū)原來的Cl-除去，用稀NaOH溶液替換陰極區(qū)的NaCl溶液，為檢驗該反應(yīng)生成了NaOH，引入數(shù)字化設(shè)備。數(shù)字化實驗圖11數(shù)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(shù)據(jù)采集器，將pH傳感器的探頭放到溶液中，數(shù)據(jù)采集器就會將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電信號，傳輸?shù)诫娔X，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(shù)圖像。實驗操作展示圖12實驗操作展示實驗探究總結(jié)圖13探究總結(jié)改進后實驗的優(yōu)點圖14改進裝置優(yōu)點核心素養(yǎng)圖15核心素養(yǎng)學(xué)生通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，提升了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。實驗效果評價在探究實驗中發(fā)展能力解決問題能力：通過提出問題，引導(dǎo)學(xué)生小組積極思考，培養(yǎng)學(xué)生提煉信息和對信息進行分析、整合的能力；通過組內(nèi)討論做出假設(shè)，設(shè)計實驗方案，最終分析本質(zhì)、解決問題。實驗操作能力：本節(jié)課，需要學(xué)生具備較高實驗探究能力，