（1.西华师范大学化学教育研究所 四川南充 637001；2.遂宁市第六中学 四川遂宁 629014）

　　“电解饱和食盐水”是人教版选择性必修第一册第四章第二节的内容，是在完成“电解原理”教学后的新授课[1]。《普通高中化学课程标准(2017年版)》要求能充分利用电解饱和食盐水案例素材发展学生对电解池工作原理的认识，促使学生认识电解过程中的基本要素[2]，因此可以对教材中的“氯碱工业”进行深入挖掘。氯碱工业被称为中国现代化工之母，是基本的无机化工之一，在国民经济和国防建设中占有重要地位，也是高中化学中出现的为数不多的重要化工知识之一。本节课以“氯碱工业发展史”为情境主线，开展实验探究教学。主要内容包括：（1）氯碱工业的发展史；（2）电解饱和食盐水的实验原理、常规装置、改进实验和操作方法等；（3）电解饱和食盐水的微观实质和应用价值；（4）隔膜法、水银法、离子交换膜法在氯碱工业中的应用。

　　“电解饱和食盐水”属于电解原理的应用之一，所占篇幅不大。在实际的教学过程中教师通常将“电解原理的应用”设计为一个课时，时间较紧，不利于学生对电解原理实质的认识；教师授课时过分关注知识及结论的传授，缺乏与社会生活的紧密联系。鉴于“电解饱和食盐水”在教材和化工生产中的重要地位，笔者在实际的教学中将其单独列为一个课时进行教学。

　　检索文献发现有关“电解饱和食盐水”的教学设计较少，多数为实验改进。在已有的教学设计中袁青云[3]强调开展化学研究性学习，关注氯碱工业的发展，让学生在自主探究中体验科学探究的方法，培养学生的创新能力和探索精神；李晓明[4]侧重于认知模型的修正与重构，以高三复习课的形式展开，尝试在实验、自主探究等活动中提升学生对已有的电解认知模型的修正与重构；孔祥斌[5]等运用“支架式”教学理论，通过优化课堂结构、采取问题驱动的教学形式，让学生体验不同的科学方法、激发创新思维，围绕模型建构培养学生的化学学科核心素养。综上研究与教学实际，仍有2个问题值得关注：（1）纯粹的知识性教学，缺少对教材的深度挖掘和学科育人思想的渗透。（2）传统的课堂教学模式，缺乏有效的实验探究活动，不利于发展学生的化学学科核心素养。因此在实际的教学中，以氯碱工业发展史创设丰富且有意义的情境，让学生体验到电解饱和食盐水在化学学科及化工生产上的重要价值和意义；开展实验探究活动，巩固学生对电解原理的认识。

　　基于真实情境的教学已成为发展学生核心素养、培养未来人才的重要举措。化工发展史情境体现着化学的学科特质，是凸显化学为人类社会发展和进步服务的典型真实情境。在电解饱和食盐水的教学中融入氯碱工业发展史，有助于学生体验学科价值。基于氯碱工业发展史创设情境，提出具有思考价值的问题；引导学生沿着科学家的研究历程，围绕问题展开实验探究；从实验探究中获取证据，进一步推理而得出结论，最终实现知识的主动建构。

　　以氯碱工业发展史为主线，让学生置身于氯碱工业发展的历史进程中，实现对制法、原理、条件、综合利用、环保等问题的有效探究，培养学生信息处理、应用与创新、问题探究、表达与交流等化学学科关键能力。在教学过程中让学生与科学家一起面对困惑与矛盾，不仅能再现氯碱工业的动态演变过程，而且可以揭示氯碱工业背后所蕴含的科学思想和方法。氯碱工业发展时间表如图1所示。

　　由18世纪两种物质的制备方法到19世纪电解法的问世，引导学生开展验证电解饱和食盐水产物的实验探究，根据实验结论，书写电极反应式。利用手持技术获取实验过程中的数据和曲线，引导学生从宏观、微观、符号、曲线的角度建立对电解饱和食盐水的实质认识。从实验室装置到化工生产，依次探究隔膜电解法、水银电解法、离子交换膜电解法的原理。在一系列的实验探究活动中，巩固电解原理，提高思维创新和解决实际问题的能力。

　　（1）通过氯碱工业发展史和实验探究，能初步建立起运用电解原理解决实际问题的思维模型，进一步认识到电解饱和食盐水在化工生产中的重要性，加深对科学本质的认识，感悟化学学科价值。

　　（4）通过列表分析不同时期氯碱工业的原理和分享我国氯碱工业发展历史和现状等活动，了解电解饱和食盐水在化工生产中的应用价值，体会化学与生产生活、环境保护的关系，培养社会责任感，树立可持续发展观，提升爱国情怀。

　　【情境导入】NaOH和Cl2在生产和生活中有着极其重要的作用，目前主要通过氯碱工业来获得这两种物质。氯碱工业是最基本的无机化工之一，在国民经济和国防建设中占有重要地位。

　　【史料1】1774年，瑞典化学家C.W.Scheele[6]将软锰矿与浓盐酸混合加热，得到了一种黄绿色、有刺激性气味的气体，后来这种气体被命名为氯气。这个时期的人们用Na2CO3与Ca(OH)2反应制备NaOH，这方法被称为苛化法（化学法）。

　　【教师】由化学反应方程式可知，这个时期的Cl2和NaOH是分开制备的，这种方法在实际生产中原材料价格高、产量和产品纯度都比较低；直到19世纪电解法的问世，实现了同时制备两种物质。

　　【史料2】1800年英国化学家William Cruikshank[7]尝试用伏打电池电解食盐水，发现电解食盐水可同时制备出Cl2和NaOH，为氯碱工业打下了理论和实验基础。虽然在19世纪初电解食盐水的方法已经提出，但直到19世纪末大功率发电机研制成功，才使得这种方法工业化。

　　【任务1】根据电解原理，猜想阳极产物是Cl2，阴极产物是NaOH和H2。猜想是否正确，需要通过实验验证，设计验证电解产物的实验方案。

　　【学生】阴极：溶液变红，石墨棒上产生大量气泡，有无色气体生成，将收集的气体靠近火焰有爆鸣声，证明有NaOH和H2生成。阳极：石墨棒上产生大量气泡，有气体生成，湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，证明是Cl2（见图3）。

　　【教师】紫甘蓝色素的变色范围较大，在不同的pH时可以呈现出多种颜色，同时pH传感器也可以实时定量检测阴阳极溶液pH的变化。

　　【演示实验】电解滴有紫甘蓝色素的饱和食盐水，并利用pH传感器分别检测阴阳极溶液的pH数据变化。发现阳极溶液pH降低，阴极溶液pH增大。实验现象（见图5）。

　　【学生】阳极：紫色®红色®无色，pH曲线下降；阴极：紫色®蓝色®绿色®，pH曲线】从宏观、微观、符号、曲线个方面对电解饱和食盐水进行分析。

　　【归纳总结】通过两个实验探究，分别从宏观、微观、符号、曲线的角度探究了电解饱和食盐水的过程，理解到了氯碱工业的原理。溶液中的NaCl电离成Na

　　和Cl-，H2O部分电离成H+和OH-。H+向阴极移动，得到e-变为H2。Cl-向阳极移动，失去e-变为Cl2。Cl2极易溶于水变为HClO和HCl，为了减少Cl2的溶解，所以氯碱工业采用精致的饱和食盐水进行电解。

　　5.3 基于化工生产，体验氯碱工业发展【提问】把实验室电解饱和食盐水的装置投入到化工生产中会出现哪些问题呢？

　　提出利用隔膜将阳极和阴极产物分开，这种方法被称为隔膜电解法。1890年德国Griesheim化工厂和MatthesandWeher公司合作开发了水泥隔膜电解槽来隔开阳极、阴极产物，英国则用石棉隔膜电解槽[8]。【教师】隔膜将电解槽分为了两个部分，一部分是阴极室，另一部分为阳极室，以阻止电解产物相互作用。同时，隔离层还让离子自由通过，使电解能正常运转。但是在电解过程中，食盐不能完全分解，隔膜法制得的NaOH溶液中含有一定量食盐。此时，NaOH产品不纯的问题依旧没有解决，并且采用石棉隔膜会对环境造成很大的污染。

　　+比H+容易放电，Na+获得e-生成金属钠，钠与汞再生成钠汞合金。将钠汞合金导入解汞槽中，钠与水反应生成氢氧化钠，放出氢气，留下汞，汞再回到电解槽循环使用。【提问】思考水银法的优缺点是什么？

　　对于NaOH是有效的成分。从离子的角度来看，生产的NaOH不纯净，就是因为其中混有了Cl-。可以增加一个装置阻止Cl-进入阴极附近，允许Na+自由移动。因此，20世纪离子交换膜电解法应运而生，离子交换膜分为阳离子交换膜和阴离子交换膜。【任务5】在氯碱工业生产中应该选择哪种离子交换膜呢？并画出原理图。

　　自由移动，阻碍了Cl-进入阴极。为了保证阴极产物NaOH溶液的浓度足够高，则需要阴极槽里面不能存在Cl-，所以在阳极槽里面通入精致的饱和食盐水、阴极槽里面通入水进行电解，最终可以持续不断地获得NaOH、H2和Cl2。原理如图7所示。

　　等人和Hooker化学公司的S.G.Osborne[7]发明了离子交换膜，此法用阳离子膜隔离阴、阳极室，可直接制得NaCl含量极低的浓碱液。1975年离子交换膜电解法在日本和美国实现工业化。【教师】由于离子膜法综合了隔膜法和水银法的优点，产品质量高，能耗低，又无水银、石棉等公害，被公认是现代氯碱工业的发展方向。

　　5.4 基于氯碱工业，体会电解价值【教师】氯碱工业从实验室到化工生产，从隔膜电解法、水银电解法再到离子交换膜电解法，科学家们经历了长时间的探索过程。在解决不同问题的过程中，氯碱工业在不断地发展。

　　【教师】化学是一门和生产、生活密切联系的学。