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摘 要：近几年的高考中，在电解池和原电池中涉及离子交换膜的试题较多，已经形成了常考常新的特点。掌握离子交换膜的使用，巩固电化学中电极反应方程式的分析与书写，了解离子交换膜在工业生产中的应用。通过解决具体的习题，总结归纳，建立解题模型，解决问题。
关键词：电解池;氯碱工业;电极反应式;工业生产
一、教学主题内容及教学的现状分析
1.教学主题内容
电化学的内容是高考全国卷历年重要的考点之一，主要以选择题和电极反应方程式书写的形式出现，在近几年的高考中，在电解池和原电池中涉及离子交换膜的试题较多，已经形成了常考常新的特点，题目难度中等。本文结合例题，和学生一起认识各种交换膜，并学会辨识各种交换膜，理解和掌握交换膜在电化学中的重要应用。
2.教学现状分析
本周针对“电化学中离子交换膜的应用”的疑问，让学生掌握离子交换膜的使用，巩固电化学中电极反应方程式的分析与书写，了解离子交换膜在工业生产中的应用。通过解决具体的习题，总结归纳，建立解题模型，解决问题。
二、教学思想与创新点
电化学是研究化学能与电能相互转化的装置、过程和效率的科学，在分析、合成等领域应用很广，由此形成的工业也很多，如电解、电镀、电冶金、电池制造等。从知识功能上，电化学研究的是能量的轉化问题;从知识的内容上，电化学研究的是氧化还原原理的应用，在中学教材中，电化学的教学内容在安排上呈现螺旋上升的形态，此外有关电化学的问题分析还是帮助学生形成正确的微粒观、能量观、转化观的绝好素材。
让学生学会从化学的视角对生产、生活、科研等实际问题进行思考，养成提出问题进而分析问题、解决问题的习惯，培养和发展学生的科学探究能力。
三、教学目标
（考纲要求）
1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。
2.了解常见化学电源种类及其工作原理。
3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及防止金属腐蚀的措施。
教学重点：电解池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。
教学难点：电极反应式的书写，电化学装置的应用。
四、教学流程
教学环节有：
环节一：创设情景，引入课题
环节二：设计问题，探究原理
环节三：总结归纳，建立模型
环节四：应用模型，解决问题
环节五：课堂反馈，及时检测
在教学过程中，将自主探究、合作交流、小组展示、“一题两讲”等教学方法融汇贯穿于各个教学环节。学生进行小组内讨论交流、现场讲解、合作展示正确分析审题、分析氯碱工业和电解池原理，分析离子迁移，书写电极反应式等。分享解题思路，建立解题模型。
五、教学实录
引入：本周针对同学们提出“电化学中离子交换膜的应用”的疑问，了解离子交换膜在工业生产中的应用。这堂课从复习氯碱工业的原理[1]入手，复习掌握电化学的有关原理和重点知识内容。
环节一：
【展示】氯碱工业。
【提问】请同学们写出电极反应式和总反应式。
【学生活动】学生书写电极反应式。
【提问】氯碱工业的产品是什么？
【学生回答】产品有Cl2、H2和NaOH。
【教师强调】精制的饱和食盐水进入阳极室，纯水（含少量NaOH的水）加入阴极室，在电解过程中，阴极室与阳极室的变化如下。
通电时，H2O在阴极表面放电生成了H2，Na 穿过离子交换膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH。即H2和NaOH是阴极产品。
Cl-则在阳极表面放电生成了Cl2，电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水。即Cl2是阳极产品。
【提问】1.产品中氯气与氢氧化钠不能直接接触，为什么？2.氢气和氯气也不能接触，为什么？
【学生活动】讨论、交流。
【学生回答】Cl2可与NaOH反应，生成NaCl与NaClO，使产品NaOH不纯;H2和Cl2混合遇火或强光会爆炸。
【又问】那么如何将产品Cl2与NaOH，H2和Cl2隔离呢？
【展示】展示PPT，工业中氯碱工业的原理图。
【学生回答】使用阳离子交换膜。
【教师强调】可以看出，阳离子交换膜只允许阳离子（Na ）通过，把电解槽隔成了阴极室（精制饱和NaCl）和阳极室（含少量NaOH的水），而阻止阴离子（Cl-、OH-）和气体通过。
由此得出，阳离子交换膜在氯碱工业中的三个作用是：
①防止氯气与氢气混合而引起爆炸;②避免氯气与氢氧化钠反应生成NaClO影响而NaOH的产量;③避免Cl-进入阴极区影响NaOH的纯度。
离子交换膜实现了电化学反应器中两极产物的分隔，避免产物不纯。氯碱工业中阳离子交换膜的作用之一就是防止Cl2与NaOH发生反应生成NaClO，从而影响NaOH纯度。
【板书】二、离子交换膜
离子交换膜是具有离子交换性能的，对溶液中的离子具有选择性透过能力的高分子薄膜。在应用时主要利用它的离子选择透过性，由于制膜的主要原料是离子交换树脂，故又称为离子交换（树脂）膜。
1.功能
使离子选择性定向迁移，目的是平衡整个溶液中的离子浓度及电荷。 2.类型
根据透过的微粒种类、功能和结构的不同，离子交换膜可以分为多种，在高考考查中常见的有阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜和特殊离子交换膜等。
（1）阳离子交换膜：是对阳离子具有选择透过性，通常为磺酸型阳离子交换膜。由于阳离子交换膜带负电荷，所以在电场作用下，带有正电荷的阳离子可以透过阳离子交换膜，而带负电荷的阴离子因为同性排斥而无法通过。即阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过。
（2）阴离子交换膜：是对阴离子具有选择透过性，只允许阴离子通过。
（3）质子交换膜：是对质子（H ）导通，对电子绝缘的选择透过性膜，只允许质子（H ）通过。质子交换膜是燃料电池中的核心元件，同时起到分隔燃料和氧化剂、传导质子的双重作用。
工业上在电解制取某物质的时候应当正确选择交换膜，比如这几年高考题中出现用电化学原理制备某些化工产品的时候，用了离子交换膜。
环节二：常见高考题
【引入】近幾年高考中，关于电化学中离子交换膜的考题是频繁出现，例如：
【2018国乙27】（3）制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_________________。电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
【问】请同学们完成要求。
【学生活动】学生读题、审题、做题。
【引导】请化学小组长帮忙解答各组问题。
【学生解答】请一名化学小组长上台解答。学生从审题角度，电极反应原理，溶液中离子移动等角度分析并得出结论。
【教师讲解】阳极附近是稀H2SO4，SO42-的放电顺序位于H2O电离的OH-之后，阳极发生电极反应：2H2O-4e-=4H O2↑，H 通过阳离子交换膜进入a室，与a室的Na2SO3结合，生成NaHSO3;阴极是H2O电离的H 放电，OH-浓度增大，与NaHSO3反应生成Na2SO3，所以电解后a室的NaHSO3浓度增加，故答案为：2H2O-4e-=4H O2↑;a。
环节三：总结提升，归纳解题模型
【引导】请同学们思考一下，做这类题需要注意些什么呢？
【学生活动】思考、交流、讨论。
【学生讲解】做这类题，归根结底是电化学原理的应用，应先判断是什么池（原电池或电解池），再判断电极，分析离子移动方向，离子交换膜类型，离子放电顺序，根据题目要求书写电极反应式，最后分析或计算电解质中各粒子浓度变化等。
【教师点评】总结归纳非常有序和完整。
【板书设计】
1.氯碱工业
2.离子交换膜
3.解题一般思路：
（1）XX池→X极反应→X离子移动→溶液中电解液变化，产物是什么？
（2）离子交换膜的用途：
①用于物质的分离和提纯;
②用于物质的制备。
六、教学效果与反思
电化学在新课标中占有十分重要的地位，从近几年命题分析看已成为各地高考试卷中的稳定题型。不仅考查电化学基础知识，还考查电化学应用。试题的深度和广度可能加大，尤其是电学知识的迁移更能测试综合能力。
进入高三，有的学生脱离教材，一味看资料、做习题，以资料代替教材，不深入钻研教材，结果是本末倒置。全面阅读教材，反复阅读重点，认真钻研教材，善于归纳总结。本文从分析教材中“氯碱工业”反应原理，分析溶液中离子成分，离子放电顺序，电极反应方程式的书写。学生在小组内讨论交流，小组长帮学帮教等环节中，总结和分享了关于电化学原理，以及工业生产中关于“离子交换膜”应用的解题思路和解题模型。以基础知识为铺垫，设计情景，提出问题，形成分析模型，形成解题的一般方法，迁移应用，解决问题，收到了良好的教学效果。
参考文献：
朱鹏飞，陈凯，徐惠.培养学生技术素养设计：以“电解池的工作原理及应用”为例[J].化学教育（中英文），2017，38（19）：23-27.
编辑 冯志强
关键词：电解池;氯碱工业;电极反应式;工业生产
一、教学主题内容及教学的现状分析
1.教学主题内容
电化学的内容是高考全国卷历年重要的考点之一，主要以选择题和电极反应方程式书写的形式出现，在近几年的高考中，在电解池和原电池中涉及离子交换膜的试题较多，已经形成了常考常新的特点，题目难度中等。本文结合例题，和学生一起认识各种交换膜，并学会辨识各种交换膜，理解和掌握交换膜在电化学中的重要应用。
2.教学现状分析
本周针对“电化学中离子交换膜的应用”的疑问，让学生掌握离子交换膜的使用，巩固电化学中电极反应方程式的分析与书写，了解离子交换膜在工业生产中的应用。通过解决具体的习题，总结归纳，建立解题模型，解决问题。
二、教学思想与创新点
电化学是研究化学能与电能相互转化的装置、过程和效率的科学，在分析、合成等领域应用很广，由此形成的工业也很多，如电解、电镀、电冶金、电池制造等。从知识功能上，电化学研究的是能量的轉化问题;从知识的内容上，电化学研究的是氧化还原原理的应用，在中学教材中，电化学的教学内容在安排上呈现螺旋上升的形态，此外有关电化学的问题分析还是帮助学生形成正确的微粒观、能量观、转化观的绝好素材。
让学生学会从化学的视角对生产、生活、科研等实际问题进行思考，养成提出问题进而分析问题、解决问题的习惯，培养和发展学生的科学探究能力。
三、教学目标
（考纲要求）
1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。
2.了解常见化学电源种类及其工作原理。
3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及防止金属腐蚀的措施。
教学重点：电解池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。
教学难点：电极反应式的书写，电化学装置的应用。
四、教学流程
教学环节有：
环节一：创设情景，引入课题
环节二：设计问题，探究原理
环节三：总结归纳，建立模型
环节四：应用模型，解决问题
环节五：课堂反馈，及时检测
在教学过程中，将自主探究、合作交流、小组展示、“一题两讲”等教学方法融汇贯穿于各个教学环节。学生进行小组内讨论交流、现场讲解、合作展示正确分析审题、分析氯碱工业和电解池原理，分析离子迁移，书写电极反应式等。分享解题思路，建立解题模型。
五、教学实录
引入：本周针对同学们提出“电化学中离子交换膜的应用”的疑问，了解离子交换膜在工业生产中的应用。这堂课从复习氯碱工业的原理[1]入手，复习掌握电化学的有关原理和重点知识内容。
环节一：
【展示】氯碱工业。
【提问】请同学们写出电极反应式和总反应式。
【学生活动】学生书写电极反应式。
【提问】氯碱工业的产品是什么？
【学生回答】产品有Cl2、H2和NaOH。
【教师强调】精制的饱和食盐水进入阳极室，纯水（含少量NaOH的水）加入阴极室，在电解过程中，阴极室与阳极室的变化如下。
通电时，H2O在阴极表面放电生成了H2，Na 穿过离子交换膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH。即H2和NaOH是阴极产品。
Cl-则在阳极表面放电生成了Cl2，电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水。即Cl2是阳极产品。
【提问】1.产品中氯气与氢氧化钠不能直接接触，为什么？2.氢气和氯气也不能接触，为什么？
【学生活动】讨论、交流。
【学生回答】Cl2可与NaOH反应，生成NaCl与NaClO，使产品NaOH不纯;H2和Cl2混合遇火或强光会爆炸。
【又问】那么如何将产品Cl2与NaOH，H2和Cl2隔离呢？
【展示】展示PPT，工业中氯碱工业的原理图。
【学生回答】使用阳离子交换膜。
【教师强调】可以看出，阳离子交换膜只允许阳离子（Na ）通过，把电解槽隔成了阴极室（精制饱和NaCl）和阳极室（含少量NaOH的水），而阻止阴离子（Cl-、OH-）和气体通过。
由此得出，阳离子交换膜在氯碱工业中的三个作用是：
①防止氯气与氢气混合而引起爆炸;②避免氯气与氢氧化钠反应生成NaClO影响而NaOH的产量;③避免Cl-进入阴极区影响NaOH的纯度。
离子交换膜实现了电化学反应器中两极产物的分隔，避免产物不纯。氯碱工业中阳离子交换膜的作用之一就是防止Cl2与NaOH发生反应生成NaClO，从而影响NaOH纯度。
【板书】二、离子交换膜
离子交换膜是具有离子交换性能的，对溶液中的离子具有选择性透过能力的高分子薄膜。在应用时主要利用它的离子选择透过性，由于制膜的主要原料是离子交换树脂，故又称为离子交换（树脂）膜。
1.功能
使离子选择性定向迁移，目的是平衡整个溶液中的离子浓度及电荷。 2.类型
根据透过的微粒种类、功能和结构的不同，离子交换膜可以分为多种，在高考考查中常见的有阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜和特殊离子交换膜等。
（1）阳离子交换膜：是对阳离子具有选择透过性，通常为磺酸型阳离子交换膜。由于阳离子交换膜带负电荷，所以在电场作用下，带有正电荷的阳离子可以透过阳离子交换膜，而带负电荷的阴离子因为同性排斥而无法通过。即阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过。
（2）阴离子交换膜：是对阴离子具有选择透过性，只允许阴离子通过。
（3）质子交换膜：是对质子（H ）导通，对电子绝缘的选择透过性膜，只允许质子（H ）通过。质子交换膜是燃料电池中的核心元件，同时起到分隔燃料和氧化剂、传导质子的双重作用。
工业上在电解制取某物质的时候应当正确选择交换膜，比如这几年高考题中出现用电化学原理制备某些化工产品的时候，用了离子交换膜。
环节二：常见高考题
【引入】近幾年高考中，关于电化学中离子交换膜的考题是频繁出现，例如：
【2018国乙27】（3）制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_________________。电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
【问】请同学们完成要求。
【学生活动】学生读题、审题、做题。
【引导】请化学小组长帮忙解答各组问题。
【学生解答】请一名化学小组长上台解答。学生从审题角度，电极反应原理，溶液中离子移动等角度分析并得出结论。
【教师讲解】阳极附近是稀H2SO4，SO42-的放电顺序位于H2O电离的OH-之后，阳极发生电极反应：2H2O-4e-=4H O2↑，H 通过阳离子交换膜进入a室，与a室的Na2SO3结合，生成NaHSO3;阴极是H2O电离的H 放电，OH-浓度增大，与NaHSO3反应生成Na2SO3，所以电解后a室的NaHSO3浓度增加，故答案为：2H2O-4e-=4H O2↑;a。
环节三：总结提升，归纳解题模型
【引导】请同学们思考一下，做这类题需要注意些什么呢？
【学生活动】思考、交流、讨论。
【学生讲解】做这类题，归根结底是电化学原理的应用，应先判断是什么池（原电池或电解池），再判断电极，分析离子移动方向，离子交换膜类型，离子放电顺序，根据题目要求书写电极反应式，最后分析或计算电解质中各粒子浓度变化等。
【教师点评】总结归纳非常有序和完整。
【板书设计】
1.氯碱工业
2.离子交换膜
3.解题一般思路：
（1）XX池→X极反应→X离子移动→溶液中电解液变化，产物是什么？
（2）离子交换膜的用途：
①用于物质的分离和提纯;
②用于物质的制备。
六、教学效果与反思
电化学在新课标中占有十分重要的地位，从近几年命题分析看已成为各地高考试卷中的稳定题型。不仅考查电化学基础知识，还考查电化学应用。试题的深度和广度可能加大，尤其是电学知识的迁移更能测试综合能力。
进入高三，有的学生脱离教材，一味看资料、做习题，以资料代替教材，不深入钻研教材，结果是本末倒置。全面阅读教材，反复阅读重点，认真钻研教材，善于归纳总结。本文从分析教材中“氯碱工业”反应原理，分析溶液中离子成分，离子放电顺序，电极反应方程式的书写。学生在小组内讨论交流，小组长帮学帮教等环节中，总结和分享了关于电化学原理，以及工业生产中关于“离子交换膜”应用的解题思路和解题模型。以基础知识为铺垫，设计情景，提出问题，形成分析模型，形成解题的一般方法，迁移应用，解决问题，收到了良好的教学效果。
参考文献：
朱鹏飞，陈凯，徐惠.培养学生技术素养设计：以“电解池的工作原理及应用”为例[J].化学教育（中英文），2017，38（19）：23-27.
编辑 冯志强