１教学背景分析
１．１学习内容分析铜的溶解是中学元素化合物复习中比较简单的知识,“腐蚀电路板中裸露的铜”这一问题情境,从物质转化的角度学生可以说出很多种方法,如浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸、三氯化铁、电解、双氧水但这次我们没有停留在纸上谈兵的程度,而是让学生选择方案进行实验,当学生自己实验时,学生的独立思考能力和运用所学知识分析问题、解决问题的能力及见解或意识被大大激发了,为学生创设了更大的思考空间和展示个性才华的平台．１．２学生情况分析学生已经完成了高三元素化合物的一轮复习,基本建构了含有同种元素但具有不同化合价物质的转化关系,也具备了从类别、氧化还原、水溶液的离子平衡等角度认识物质性质及转化的基础．但面对具体问题,在未知角度的前提下,如何分析复杂情境,发现问题,主动使用氧化还原、化学平衡、元素周期律等原理对化学现象进行解释说明及对实验方案进行分析、评价和创新的学科能力有待训练．
２教学目标设计
２．１知识与技能１)基于物质性质,选择溶解铜的试剂或方法．２)利用氧化还原原理、速率平衡原理预测物质的性质,调控化学反应的发生．３)以刻蚀废液中FeCl２的电解处理为例,解释说明电解原理．２．２过程与方法１)通过对电路板刻蚀速率的调控,学会基于科学推理的实验分析方法,提高分析问题、解决问题的能力．２)通过废液的处理引导学生更深入地了解运用化学的知识和原理解决地球有限资源再生利用的重要意义,向学生传递化学资源环境保护的重要作用．２．３情感态度与价值观赞赏化学对社会发展的重大贡献,能运用已有知识和方法综合分析化学可能对自然带来的各种影响,引导学生积极参与有关化学问题的讨论．
３教学重难点
１)重点:利用氧化还原反应原理来预测物质的性质,调控化学反应的发生．２)难点:电解池的工作原理．
４教学过程设计
环节１课前任务———电路板的制作(去除印好电路的覆铜板上裸露的铜)．【课题引入】展示电路板,介绍电路板制作的过程,提供印有线路的覆铜板,请同学们设计实验方案,除去裸露的铜．【学生活动】拿到任务后,思考、设计实验方案,写出需要的试剂、仪器．【教师活动】将学生按所选方案分组:氯化铁组、双氧水组、硝酸组、硫酸组、电解组．提供实验仪器、试剂．(设计意图:利用所学元素化合物知识解决具体问题———溶解铜,选择合适的氧化剂或方法,在实施的过程中培养学生主动探索、主动思考、主动实践的能力以及发现问题、应用知识解决实际问题的能力,突出化学的学科作用．)环节２实验组汇报展示．【氯化铁组】介绍试剂选择的思路———常见氧化剂,阐述FeCl３刻蚀的优点,讲述实验过程,展示成品,反思实验改进(设计成原电池反应速率还可以更快)．【硫酸组】先加热氧化覆铜板,再浸入硫酸中,灼烧过程中油墨线路被烧,改用浓硫酸后,常温无明显变化,加热后油墨、树脂基板均被腐蚀,溶液变黑,实验失败．【硝酸组】怕反应速率太快,侵蚀电路,因此考虑通过调节硝酸浓度来控制反应速率．先是将３５mL蒸馏水与５mL１２molL－１的浓硝酸混合,放入覆铜板,无明显变化,然后通过每次加入５mL浓硝酸逐渐调高硝酸浓度,当物质的量浓度为６molL－１时,反应速率适中,且始终未见红棕色气体产生．找到合适的反应浓度后,重新在通风橱中完成实验,耗时约１５min,得到产品及蓝色溶液．【双氧水组】双氧水的氧化性随酸性增强而增大,通过查阅资料可知,工业用蒸馏水、３０％H２O２、浓盐酸按４∶２∶２混合可以加快反应速率．实验中按此比例,向烧杯中分别加入４０、２０、２０mL溶液混合,放入覆铜板,溶液变绿,有一定量气泡逸出,分析原因可能是生成的铜离子催化了双氧水的自身分解,很快反应速率大大减慢,不得已又加入１０mL双氧水,有少量刺激性气味气体产生,可能是氯气(需要后继的实验研究),铜板很快溶解,总耗时约５min,得到产品及绿色溶液．反思１)该方案中双氧水的原子利用率不高,很多双氧水都在铜离子催化下自身分解了．２)溶液显绿色可能是由于铜离子浓度高所致,为验证猜想,向该绿色溶液中加入蒸馏水,随蒸馏水的加入溶液变蓝色．【电解组】将铜单质溶解即转化为铜离子,需加入氧化剂,考虑到电解是最强力、方便便宜的氧化还原手段,故选用电解的方案．实验中用覆铜板作为阳极,石墨作为阴极,稀硫酸(１∶４)作为电解液,将电压调为６V进行电解,反应初始观察到阴极有大量气泡产生,阳极铜板逐渐溶解,并有部分碎屑掉落,像粗铜精炼中掉落的阳极泥,溶液逐渐变蓝,开始在阴极有红色铜析出,反应逐渐停止后,有部分斑驳的铜未溶解,更换夹持位置后又部分溶解,但始终有少量铜未溶解,实验失败．反思可能是裸露的树脂将部分铜板变为“孤岛”,变成断路,反应停止．(设计意图:在实施实验方案时,学生会遇到很多意想不到的问题,分析解决问题的过程就是学生运用所学知识的过程,培养了学生主动探索、主动思考、主动实践的能力,以及发现问题、应用知识解决实际问题的能力,突出化学的学科作用．)环节３质疑讨论．【学生提问１】氯化铁组的溶液为什么是黑色的?【实验组】所配溶液很浓(将氯化铁固体溶于浓盐酸后稀释,浓度大概有３molL－１),颜色是深红棕色．【学生提问２】电解组电解时,油墨能否保护电路?【实验组】可以．(展示产品,尽管有铜斑未溶解,但抠除油墨,电路完好．)【教师解释】电解质溶液导电与金属导体导电方式不同,电解质溶液与导体必须接触才能完成得失电子的过程,若金属表面被绝缘层覆盖,可以保护铜．【学生提问３】双氧水组反应后溶液的体积是大于硝酸组的,刻蚀的铜的物质的量应该差不多,应该是双氧水组的铜离子浓度更小些,溶液绿色是因为铜离子浓度变大吗?【讨论】是不是温度的原因?是不是有亚铜离子?【教师引导】分析反应过程中的热变化,回顾降温前后溶液颜色无明显变化,亚铜离子在酸性环境下不稳定,会歧化为铜离子和单质．【学生】估计是阴离子的缘故,以前见过硫酸铜晶体和硝酸铜晶体都是蓝色的,氯化铁晶体是绿色的．【教师】展示资料卡片:“氯化铜溶液颜色多变的原因”———[Cu(H２O)４]２＋＋４Cl－⇌[CuCl４]２－＋４H２O．【双氧水组】重新解释绿色溶液稀释变蓝的原因———平衡移动．【教师提问】电解组未刻蚀完全是因为电流断路了吗?【学生讨论】甲:应该不会断路,尽管铜变成“孤岛”,但溶液中的离子会起到导体的作用．乙:可能是断路了吧,毕竟溶液里电阻很大图１【教师引导】为了验证是否会断,我们可以做个简单实验———展示实验装置如图１,请预测实验现象．【学生讨论】若铜丝上有气泡,则是通路．【实验现象】靠近石墨阳极一端的铜丝端有气泡逸出．【学生解释说明】溶液中的离子起到导体作用,在电场力作用下定向移动,遇到导体,发生电子得失,导体中电子定向运动．【学生提问】若是将铜丝竖过来呢?【讨论】阳极端电势高,铜丝右侧做阴极,有气泡产生,铜丝左侧电势相对石墨阴极电势高,做阳极,铜丝溶解,电解一段时间,铜丝右侧又会有铜析出．【教师引导】那么我们再来反思一下,电解组没成功的原因可能是什么呢?【学生】孤岛铜可能一边溶解一边析出;或者是因为电解池串联了无数个微小的电解池,电压总和不变,每处电解池的电压太小．(设计意图:通过质疑讨论引导学生深刻思考和积极反思,在解决实际问题的过程中超越对具体知识的追求,发展“学科观念”．)环节４废液回收处理方案讨论．【总结】若你作为总设计师,会选择哪种刻蚀方案?简述理由．【学生】氯化铁组,因为条件简单,无尾气、原料无毒、废液可回收处理．【教师】展示“绿色化学”的设计原则,肯定学生想法．请设计回收处理废液的流程．(设计意图:体会化学给生产生活带来的改变．)
５教学设计特色说明
本节课通过具体任务,让学生合作、探究促进学习的发生．在任务实施、反思的过程中培养学生在实验过程中提出问题的能力,培养学生通过权衡不同方案,产生新想法或发现新途径来解决复杂问题的能力．通过不断解决问题,运用相关的知识技能、思维模式或探究技能以及态度和价值观等内在的动力系统,培养学生的核心素养．
作者：胡晓红
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