应用电化学原理降解某些污染物创新实验设计

王姝玮

一、 实验设计思路

在目前经济高速发展的社会环境下，环境问题的解决已成为当今面临的巨大社会需求。

本实验利用电化学原理来解决这一问题。本实验通过解决生活中实际问题的过程中进行问题解决，从而将传统装置改进成为效率高、速率快、可行性操作强实际生活生产中应用性强，进而形成一套快速有效的污水处理装置。

二、 应用电化学原理降解某些污染物实验设计

在化学实验室和工业废水中有机染料污染物常常未经处理直接倒掉，但由于其高色度、

强毒性、难降解、危害大、等特点而被视为现今亟待治理的废水之一，也是目前全球面临的重大问题。本实验力争能在高中知识基础上解决一些实际问题，增强学生对化学的探究精神，使其感受环保的重要性。自制电解装置如图所示：

实验中在外电压的作用目的下，利用可溶性阳极铁产生大量的阳离子对胶体废水进行凝聚，同时在阴极上析出大量的气泡与絮粒粘附在一起上浮，而反应中产生的部分杂质沉积在溶液底部，中间液体为澄清状，因此自制电解装置目的为顺利取出中间层澄清液体。同时，在电解槽上部加入了电极保护装置防止电极外露，增强安全性。

三、 创新实验教学案例

本节课取材于人教版高中《化学选修4》第四章第三节中的电解池实验和科学探究，对高三化学电解池的复习进行拓展和延伸，分析如何将实验创新与探究式教学相结合，从电解池的教学出发，挖掘教材，适度拓展教材，使学生亲历实验探究过程，获得对化学概念、原理的认知方法。由此，本节课以电解池对污染物的降解为例，通过创新实验进行探究式教学：

1.情境引入

[教师]同学们是否喜欢牛仔裤？牛仔裤漂洗造成的污染问题已经成为现今我们面临的重大问题，而各种时尚的鲜艳衣服陆续已经造成了很多河水污染，时尚就等于环境付出沉重的代价吗？我们能否解决此类问题呢？

学生讨论各抒己见，认识到环保问题，感受生活中的化学。

2.设计方案

[教师]展示“甲基橙”资料卡片我们能否设计实验降解甲基橙呢？思考：甲基橙作为指示剂可以检验降解程度，设计装置图，讨论最佳方案动手实验。

[學生]观察现象并进行微粒分析，解释为氢氧化铁的吸附作用降解了甲基橙，随后教师展示电解有机物过程的资料卡片，补充解释电解过程中形成了具有高度活性的羟基自由基降解甲基橙为二氧化碳和水。由此得出 “采用铁电极法能够降解有机染料” 结论。

3.改进方案

[教师]总结实验中的优缺点？如何改进实验才能对大量的排泄污染物进行降解？

[学生]总结发现该实验虽然可以降解有机物，但耗时长，效果不明显，装置中取液不方便等。通过讨论发现加大电压或增大电流都可以加快电子转移密度，可以增大反应速率，又有同学发现有机物水溶液导电性差可加入一些无害电解质来加快反应，在中间偏下可以加入排水装置更方便取液。在电源受限情况下同学们采取增加电极片的方式加大电流从而提升反应速率，在溶液中加入适量氯化钠进而大大缩短了反应时间，又加入了排水装置。

4.方案评价

[教师]展示出学生最初的装置图、通过改进设计为现在的装置和教师设计图对比，有什么异同呢？通过对比装置找异同后对共性和差异进行评价。演示实验：教师创新装置降解实验。

[学生]发现其共性是增加排水口和电极片;差异是增大了电解槽，有利于降解大量的污染物，加入了进水口使实验探究更加严谨，有电极保护装置可以防止电极外露，增加了安全性。学生用最后装置实验，观察反应现象，目测降解效果，降解后甲基橙接近无色，后加入盐酸检验降解效果，加入盐酸降解后甲基橙接近无色。此装置在5min即可降解95%以上。

有学生提议：精细化研究需进行定量的检测，可以通过不同时间的取样验证不同时刻降解程度，因此学生利用此装置通过不同时间的取样验证了不同时刻降解程度，样品为每1min取样。随后同学们又对常用的品红溶液进行了降解，降解效果明显。最终得出结论：该电解装置材料常见易得，降解过程简便、安全、耗时短。

5.课后延伸

[教师]课前有同学在市场发现水质电解器，对它的原理和功效都比较质疑，通过以上学习你还坚持最初的观点吗？课后进行了交流再认识。以后看到类似污染怎么办？请课后查找资料：并提出合理改进方法。

四、创新实验教学效果评价

教学设计以实验探究为手段，由微观探究到模型认知进而到创新思维解决实际问题的递进式学生体验活动，提升了学生实验探究能力;落实了电化学实验的基本原理并进行了创新应用;实现了生活中真实问题的解决过程，从而实现了学生自主发展。

通过电化学知识降解污染物的创新实验的应用，学生对于化学知识在社会发展方面的重要的作用及意义能够清楚认识，可形成绿色化学观念。可正确判断与化学相关的一些热点社会话题。科学精神不仅仅是一句口号， 它有着非常实质性的可实践的内涵要素。在课后延伸引导学生到社会上开展实践活动， 在实践过程中了解实际社会现象， 并且能够更好地了解化学知识在社会实际中的应用， 使其树立应用化学知识解决社会问题的决心， 最终形成较强社会责任感。

五、结束语

化学实验是化学课堂中激发学生兴趣的有效方法之一。快速、简洁、整体的实验验证可以提高单位时间课堂的容量，增加学生思维的维度。使教学更加丰富多彩。对教学实验的研究更要突出安全性、科学性、可操作性、简洁性。为了适应目前化学科学的迅猛发展，顺应将新课程理念转化为教学行动的需要，有些实验有必要进行改进。教学过程中对实验的使用比实验本身更为重要。从发挥学生主体作用出发，设计好学生的活动，使学生多观察、多探究、多分析、多思考才能达到育人的目的，实现教学的有效性。