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视频课题：【视频实录+课件+说课稿】《模拟工业化电镀锌的实验探究》第8届全国中小学实验教学说课活动
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【视频实录+课件+说课稿】《模拟工业化电镀锌的实验探究》2020年第8届全国中小学实验教学说课活动
模拟工业化电镀锌的实验探究说课稿
一、
使用教材
本实验选自2019人教版高中化学选择性必修一化学反应原理第四章实验活动四《简单的电镀实验》
二、
实验器材
学生探究实验:
电镀液:（1mol/L ZnCl
2溶液 0.5mol/L ZnCl
2溶液 0.1mol/L ZnCl
2溶液 KCl固体. 30g/L硼酸溶液. ）
电极:铜片, 锌片, 烧杯, 导线, 学生直流电源
原理教学实验:
电镀液:（15g ZnCl
2固体, 50g KCl固体, 7.5g硼酸固体）
电极:锌板,石墨板,铜片
赫尔槽. 导线学生直流电源.
应用创新实验:
电极:铜片, 锌片, 树叶
电镀液1:（硫酸铜, 稀硫酸, 乙醇）
电镀液2:（氯化锌, 氯化钾, 硼酸）
导电石墨漆, 烧杯, 导线, 学生直流电源
三、
实验改进要点
(一）
改变的电极反应
图一
教材中的实验方法:以硫酸铜溶液做电镀液,待镀铁制品做阴极,铜片做阳极。该实验不仅难以看到均一光滑的电镀层,学生也会有疑问:铁在常温下即可从硫酸铜溶液中置换出铜,不一定是电镀的作用,因此“铁制品镀铜”难以使学生信服。在实际操作中,为了增强说服力,我将实验改为在铜板上电镀锌.在生产实际中,电镀锌也有着广泛的应用,其优势总结如下:
（1） 抗腐蚀性好,结合细致均匀.
（2） 可钝化成多种颜色,具有装饰性.
（3） 延展性好,不易掉落.
因此结合生产实际,设计装置图如下
图二
（二）“特殊”的电镀装置
利用赫尔槽进行原理实验演示
赫尔槽是1939年英国人R.O.Hull发明的一种小型电镀试验槽.可以较好在短时间内确定获得外观合格镀层的电流密度及其他工艺条件,如温度,PH值等.用于研究电镀溶液中主要组分和添加剂的相互影响,帮助分析电镀溶液产生故障的原因。
图三
赫尔槽在电镀实验研究和现场生产质量控制方面得到了广泛的应用.
（三）“交换”的电极材料
教学演示实验中,为了让学生更直观感受电镀过程中电子的转移方向。
第一次实验:锌板做阳极,石墨做阴极
第二次实验:第一次实验中镀上锌层的石墨做阳极 ,铜板做阴极
实验解释:在第一次实验中,肉眼难以明显观察到锌板被溶解的过程,因此我设计了简单易行的转换电极实验,学生看到第二次实验的阳极刚刚镀上的一层锌再次溶解,露出了底部的石墨板.实验效果更明显,直观地反应出当用活性电极发生电解时,活性电极本身会被腐蚀失去电子.
（四）
创意实验
在树叶上进行电镀,激发学生探索热情
图四
四、
实验教学目标
1. 能依据电解原理预测并写出对应的电解反应式,并可以利用教师提供试剂. 仪器设计相关实验;
2. 可以从实验现象推理出电镀过程,由点及面的学习,学会从化学视角发现问题,解决问题,培养科学探究素养;
3. 通过课题生成和探究过程,培养将化学知识应用于生产. 生活实践的意识,发展科学态度. 社会责任素养;
五、
实验设计思路
1. 学生小组合作设计电镀装置,完成电镀锌实验，发现问题,师生合作改进
2. 利用赫尔槽进行教学实验演示
3. 创新实践:电镀树叶,学以致用
4. 实验室废水处理:提升环保意识
六、
实验教学过程
电镀锌实验教学过程具体呈现如下:
（一）从原理出发,讲述电解池在工业生产中的用途,引出电镀的应用,感知电镀的原理.
学生活动:复习回想电解池的阴阳极反应类型并书写符合本节实验课程原理的电极反应式
阳极:Zn -2e
-=Zn
2+
阴极:Zn
2++2e
-=Zn
学生设计实验
根据教师提供试剂及仪器,选择合适的药品设计实验过程,小组合作完成应用广泛的电镀锌实验.
提供电镀液:（1mol/LZnCl
2溶液 0.5mol/LZnCl
2溶液 0.1mol/LZnCl
2溶液 4mol/L KCl溶液. 或者硼酸30g/L
电极:铜片,锌片
仪器:烧杯, 学生电源,导线, 鳄鱼夹, 玻璃棒, 磁力搅拌器
学生活动:大部分同学连接出简单装置进行实验后,发现实验效果并不好.具体发现了以下几个问题
（1）观察不到明显镀层以及镀层无金属光泽, 发黑
（2）电镀液的成分及含量不同时,电镀效果不同
（3）两个电极没有平行放置时,靠近阳极一端的阴极片的一端出现镀层过厚的“长毛”现象
（4）部分同学尝试加入盐酸后阴极片上产生气泡,使镀层内部疏松易脱落
并提出了下面两个问题:
（1）工业生产中如何使锌层光亮平整？
（2）在实验过程中,锌电极看不到明显的溶解现象,如何证明电极是否参加了反应？
师生分析实验现象:
针对上述（1）(2)两个问题,我们可以得到的结论是:仅仅用ZnCl
2溶液做电解液时,在工业生产中得不到良好致密的镀层,通过共同查阅资料发现,在化工生产中,电镀液中往往要加入下面几种成分
|
主盐 |
提供电沉积金属的离子,它以络合离子形式或水化离子 |
|
导电盐 |
从而扩大允许使用的电流密度范围 |
|
缓冲剂 |
用来调节和控制溶液酸碱度的物质 |
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添加剂 |
润湿剂 |
作用是加你各地金属和溶液间的界面张力. |
|
整平剂 |
能够改变金属表面的微观平整性 |
|
应力消除剂 |
则能降镀层的内应力,提高镀层的韧性.
|
|
光亮剂 |
主要用来增加镀层的光亮度,少去了抛光的工序 |
表一
针对上述第3个问题,电极的间距可以影响镀层厚度
针对上述第4个问题,溶液的酸碱度可以影响镀层现象
因此,综上所述电镀液的组分. 浓度. 溶液的酸碱度,两电极间间距,温度,是否搅拌等均会影响镀层效果.
在这里,我们选择下面三种因素进行小组探究,每组选择一个实验方案进行探究
1.
电镀液的组成
尝试在电镀液中分三次加入氯化钾改变组成,每次10g
实验现象:随着氯化钾的加入镀层稍显光亮
实验解释:在ZnCl
2中加入KCl溶液后,主要发生的离子反应是:Zn
2＋＋2Cl
－＋H
2O=[ZnCl
2(OH)
2]
2－＋2H
＋,该平衡实际上可以看作是水解以及Zn
2＋形成
配合物的过程.可以使得Zn
2＋浓度降低,可以得到稍微好一些的镀层.
2.
氯化锌的浓度
分别选择1mol/LZnCl
2溶液 0.5mol/LZnCl
2溶液 0.1mol/LZnCl
2 溶液进行电镀
实验现象:控制其他量不变的情况下浓度越大电镀速率越高,但1mol/LZnCl
2溶液镀层颗粒较粗,质量不高,综上所述,0.5mol/LZnCl
2溶液效果更好
实验解释:其他条件不变的情况下,浓度增大,阴极极化下降,镀层结晶变粗
3.
溶液的酸碱度
使用浓度为0.5mol/LZnCl
2溶液电镀,加入盐酸调节酸碱度,分别控制PH为2. 5. 9时进行实验
实验现象: PH=2时,阴极产生气泡
PH=5时,镀层现象良好
PH=9时,溶液显碱性,产生较多Zn(OH)
2沉淀,干扰镀层现象
经第二组同学再次细化,又经多次实验,发现PH介于5~6之间的镀层效果最好
教师实验解释: 当溶液呈现明显酸性时,为何至少在铜表面会产生气泡,影响电镀质量.当通过查询电极电位可知,同浓度H
＋的氧化性比Zn
2＋氧化性强,因此气泡是溶液中H
＋放电产生的氢气.
4.
其他因素:
（1）电极间间距
（2）温度
（3）是否搅拌
也可以影响镀层质量,留给学生自行探究.
最终将实验现象汇总，满分为100分进行打分。利用正交设计助手求得最合适的条件是：
0.5mol/LZnCl2 加入30gKCl，在PH为5左右进行实验
（二）教师进行改良演示教学实验
根据正交设计助手结果，选用最佳条件，由教师操作演示
同时为了回答同学提出的第二个问题,我还设计了如下实验来解决.
1.
优化电镀液的配方:先向烧杯中加入15g ZnCl
2,50g KCl,7.5g硼酸,搅拌使之溶解,调节溶液的PH为5-6,再加入蒸馏水配制成250ml溶液.
2.
互换电极的电镀操作:赫尔槽中加入电镀液,用锌片作阳极,石墨板做阴极,用3伏直流电源电镀5分钟,观察现象.
实验现象:石墨镀上明显一层银白色的锌。
接下来调换镀上锌层的石墨板做阳极,铜片做阴极,电镀至锌层溶解
实验现象:石墨阳极板上锌层迅速溶解,阴极铜板上镀上一层光亮的锌
实验效果:石墨镀锌效果良好,在调换电极后更是可以明显看到做阳极的石墨上锌层逐渐溶解.
（三）应用实践:电镀树叶,永久保存
同学们在实践中提出,可以利用电镀原理把自己喜欢的工艺品重新装饰.受此启发,我们决定尝试用树叶做电镀工艺品.
1. 首先就是要解决树叶不导电问题,多次尝试后,我选择用石墨导电漆喷涂的方式使其形成一层导电“衬衣”;
2. 再利用镀铜装置给树叶镀上一层铜“外衣”;
3. 再尝试将镀铜和镀锌
（五）
废水处理
选择工业上混凝沉淀法对废水进行处理。
七、
效果评价
1. 学生自行探究,将所学应用于实际,帮助理解电解原理
2. 所用仪器试剂简单易得
3. 改良实验效果更明显
4. 从课堂到装饰品的应用,激发学生探究热情
5. 培养了环保意识
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