关于高中“化学反应原理”建模教学的实践

摘要：原電池及电解池模型是“化学反应原理”中的重要内容.因两个模型比较相近，而且是高考的常考知识点，因此，将其安排在一起进行建模教学.学生通过对两个模型的比较，加深了对两个模型的认识与理解.实践中学生学习热情高涨，深入理解、牢固掌握了两个模型.本文对实践过程进行分享，以供参考.

关键词：化学反应原理;建模教学;实践;高中化学

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2022）15-0122-03

收稿日期：2022-02-25

作者简介：岳沭宁（1989.5-），女，江苏省宿迁人，硕士，中学一级教师，从事高中化学教学研究.

提升学生化学建模能力，不仅能加深学生对所学知识的理解，而且对提高学生的模型认识素养意义重大.原电池及电解池建模教学中，结合自身实践经验以及学生实际，灵活采用多种教学方法，获得了预期的教学效果.

1 原电池建模教学实践

1.1 展示化学问题

为更好地抓住学生注意力，激发学生思考热情以及构建原电池模型的兴趣.实践中展示化学问题，为模型的构建做好铺垫.引导学生回顾所学的化学反应，可知化学反应往往伴随着发光、发热现象，实际上化学反应中还伴随着电能的相互转化，那么化学反应中化学能与电能是如何转化的，遵循怎样的规律呢？课堂上预留2～3min的时间要求学生结合自己的理解进行讨论.如此展示化学问题，可提高学生学习的针对性，确保原电池建模活动得以顺利的开展.

1.2 引入实验情境

为提高学生建模的乐趣，更好地加深其印象，深化对原电池原理的理解，构建正确的原电池模型，课堂上做如下两个实验：

实验一：准备好滴管、小烧杯、药匙、温度计以及1mol/L的硫酸铜溶液、适量锌粉，用滴管取30mL硫酸铜溶液加入到小烧杯中，使用药匙取适量锌粉加入到小烧杯中，使用温度计测量溶液温度.

实验二：准备好相关的实验器材，按照苏教版高中化学“化学反应原理”化学能与电能的转化图组装好仪器，向2只烧杯中分别加入30mL 1mol/L的硫酸铜溶液以及30mL 1mol/L的硫酸锌溶液，将与导线和电流计相连的锌片和铜片分别插入到两个溶液中，并将盐桥插入2只烧杯中，观察实验现象;取出盐桥，观察实验现象.

1.3 鼓励思考探究

针对上述实验设计如下问题鼓励学生思考探究：问题（1）实验一和实验二分别出现了哪些实验现象？问题（2）写出实验二发生反应的化学方程式以及离子方程式;问题（3）实验一和实验二中的能量变化形式是怎样的？

学生认真观察实验一可以发现以下现象：锌粉逐渐溶解，烧杯中析出红色物质，温度计温度迅速上升，可以得出反应

Zn+Cu=Zn+Cu

是放热反应.学生对这一实验现象并不陌生.针对实验二学生可以清晰地看到当烧杯中有盐桥存在时电流计指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜表面形成了红色固体;将盐桥取出后电流计不再偏转.实验二中发生的化学方程式以及离子方程式分别为：

Zn+CuSO=ZnSO+Cu

Zn+Cu=Zn+Cu

实验二中的化学能转化成了电能.课堂上继续询问学生如下问题：（1）锌片片为什么会溶解，根据所学的氧化还原反应知识，思考锌片失去的电子流向了哪里？（2）铜片上的红色固体是什么？为什么会生成该固体？（3）实验中盐桥的作用是什么？

根据所学的化学反应可知锌片溶解是因为其失去电子变成了Zn进入到了溶液中，电子沿着导线流向铜片，烧杯中的Cu得到电子被还原成了Cu.从氧化还原反应角度来看锌片失去电子被氧化，Cu得到电子被还原.由电学知识可知，电流计的指针发生变化表明电路是闭合的，有稳定的电流，在导线侧有电子的移动形成电流，而在溶液侧对应的离子充当电子的作用，因此，盐桥中的Cl会向盛有ZnSO的溶液中移动，K会向盛有CuSO的溶液中移动.从中可以看出盐桥的作用有起着导电作用，不仅如此其还起着平衡电荷的作用.

1.4 构建对应模型

鼓励学生思考探究，学生对铜锌原电池原理有了一定的理解，在此基础上引导学生构建对应的模型.一方面，要求学生回顾所学结合图1铜锌原电池示意图填写下列空白.另一方面，画出原电池的模型示意图.

（1）原电池的负极是____，_____电子，电子移动方向是____，发生_____反应.

（2）原电池的正极是_____，_____电子，被_____，发生______反应.

（3）原电池的构成条件为：_____、______、_____、_____;原电池反应的本质是_____.

学生在课堂上填写上述内容后，构建出了图2所示的原电池模型.

1.5 原电池模型的应用训练

为使学生深入理解灵活应用原电池模型分析相关的化学问题，完成原电池模型构建后展示如下问题要求学生思考作答：

如图3所示，是科学家设计的微生物原电池工作原理示意图，认真观察，则有关该原电池的说法正确的是（）.

A.电子转移的方向为m极→n极

B.每生成1mol CO，转移8mol电子

C.m电极反应式为：

2NO+6HO+10e=N+12OH

D.H可通过质子交换膜进入左侧极室

解答该题需要学生吃透原电池模型，并能够充分挖掘图中的隐含条件.观察可知电极m中的NO转化成N，氮元素的化合价降低得到电子，由原电池模型可知m极为正极，则n极为负极，电子转移的方向为n极→m极;n极中碳元素由0价升高至+4价，因此，每生成1mol CO转移电子4mol;H通过质子交换膜进入到左侧电极室，m电极的反应式为2NO+12H+10e=N+6HO ，综上可知只有D项的说法正确.

2 电解池建模教学实践

2.1 问题引入

课堂上与学生一起回顾所学的原电池模型，可知原电池是化学能转化为电能的装置，而后要求学生思考，是否存在将电能转化为化学能的装置呢？这样的装置又叫什么呢？从学生熟悉的知识点引入问题，更容易使学生接受，从而主动地配合电解池模型的构建.

2.2 创设多媒体情境

为增加学生学习趣味性，降低学生学习枯燥感，使用多媒体技術创设如下实验情境：在课件中展示盛有熔融态NaCl的烧杯，并在烧杯中放入2个与电池正负极相连的电极.同时，宏观地展示烧杯中熔融态NaCl中的离子在通电前后的状态，要求学生认真观察Na、Cl的分布情况，并进行总结.

2.3 鼓励学生探究

告知学生与电池负极相连的电极为阴极，与电池正极相连的电极为阳极，而后要求学生思考、回答如下问题：

（1）开关闭合前烧杯中分别出现了什么现象？电子是怎样移动的？

（2）通电后阴、阳两极发生的电极反应式分别是什么？

（3）总的电极反应是什么？

（4）从中可以看出该装置的能量转化是怎样的？

学生通过观察多媒体课件可以看到，在开关未关闭前烧杯中Na和Cl是均匀分布的，当闭合开关后，电子从电池的负极流出流向阴极，而后电子从阳极流出流向正极，在烧杯中可以看到Na向阴极移动，Cl向阳极移动，阴极生成了单质Na，阳极有气体产生，即阴极发生的电极反应为2Na+2e=2Na，阳极发生的电极反应为：2Cl-2e=Cl↑，总的电极反应为：

2.4 构建电解池模型

教学中为引导学生构建电解池模型可要求学生回顾多媒体课件内容，填写以下空白：

（1）与电池正、负两极相连的电极名称分别为______，________.

（2）阴极_____电子，发生____反应，阳极_______电子，发生_____反应.

（3）电解池是一种将_____能转化为____能的装置，构成电解池的条件有：_____、_______、______、_______.

最终学生构建如图4所示的电解池模型.

2.5 电解池模型的应用

教学实践中为使学生更好地掌握电解池模型，围绕相关习题开展训练活动，进一步提高学生的灵活应用能力.

参考文献：

[1] 袁琼玲.高中化学反应原理教学中问题推进教学的实践探析[J].高考，2021（29）：61-62.

[2] 张绪国.高中化学高效课堂教学模式的实践研究——以“化学反应原理”为例[J].数理化解题研究，2019（15）：87-88.

[3] 韩博，张星华.基于模型认知的高中化学教学实践研究——以“化学能与电能”为例[J].数理化解题研究，2021（33）：86-87.

[责任编辑：季春阳]