电解法制备氢氧化铝

北京市东直门中学(100007) 窦金雨 王广利

让学生的学习产生实质性的变化，是新课程教育改革的重点。促使学生在学习的过程中使其主体性、能动性、独立性不断得到张扬、发展、提升，并在此过程中，让学生发现问题、提出问题并解决问题。通过学生自己动手实践、自主探索与合作交流构建起化学学习方式，逐步将课堂的中心转向学生，培养学生科学探究与创新意识的学科核心素养，促进学生创新意识与实践能力的综合发展。

1 问题提出

化学是一门能够创造新物质的科学，而化学学科让学生能够发散性地探究创造物质的过程。在传统教学中，教师和学生都过于拘泥于教材并受到模块之间的限制，从而难以打破模块之间的壁垒。本实验则注重传授学生应用所学知识改进传统的实验条件和方法，通过模块之间的联系去解决实际问题。

元素化合物知识是高中化学学习的重要部分，也是学生学习化学学科的基础。但是学生在学习过“化学反应原理”后，很难联系实际运用电化学方法制备物质。

2 教材呈现

氢氧化铝的制备是2019年人教版必修第1册第4章第2节“元素周期律”中实验探究“第三周期元素性质递变”的内容，也是2007年新课标人教版化学1(必修)中第3章第2节“铝的重要化合物”的部分内容。

教材中的实验是传统无机制备方法，即用可溶性铝盐和弱碱完成制备。鉴于此，可在学生学习完“电化学基础”内容后进行教学，发散学生的思维，凸显电解池的作用。

3 实验仪器及试剂

为了环保和生活化改进实验，本实验选材均为生活中易得或实验室中的常见物质。

3.1 实验仪器

学生电源、导线若干、瓶盖、硬质塑料盖、砂纸。

3.2 实验试剂

氨水、碳棒(可用铅笔芯代替)。

4 实验装置

实验装置图如图1所示。

5 实验原理

本实验的实验原理为Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+，故以此作为电解池的总反应，确定电解池的阴、阳两极以及电解质溶液。电解池阳极金属失去电子得到金属阳离子，所以用打磨后的铝片充当电解池阳极，发生Al-3e-+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+的反应；碳棒做阴极，发生2H++2e-=H2↑的反应。用氨水作为电解质溶液即可完成总反应。

阴极参与反应的H+为外加电压后，促进水解所得；由于在电解过程中，氨水会不断被消耗导致浓度降低，但在本实验设计中阴极消耗H+使溶液中整体酸碱性保持恒定，能够长时间地制得氢氧化铝。

6 实验步骤及现象

(1)在硬质塑料盖上打两个小孔，一个用于插入铅笔芯，另一个用于插入铝片。

(2)在瓶盖中加入氨水。

(3)将铝片打磨备用，安装好铅笔芯。

(4)用学生电源连接两电极，正极(电解池阳极)为打磨后的铝片，负极(电解池阴极)为碳棒(可用铅笔芯代替)。

(5)打开电源，开始实验。

(6)一段时间后，观察到铅笔芯表面有气泡冒出，打磨后的铝片上及铝片附近有白色固体生成，同时伴随产生气泡(此气体通过理论分析为氧气，反应原理为：4OH--4e-=O2+2H2O)。

7 实验设计特色

(1)本实验设计绿色化和生活化，由于实验中用到的氨水有难闻气味且传统试管实验用量为4 mL左右，实验中采用类似盖板的硬质塑料盖防止氨水挥发出刺激性气味，此外将氨水置入瓶盖(约1.5 mL)中有效地减少了氨水的用量。

(2)充分地发散学生思维，增强对于电解知识的应用，尝试利用电解池制备无机化合物，让学生全面掌握氢氧化铝的制备知识，能够落实学生科学探究与创新意识的化学学科核心素养。

(3)该实验装置实验仪器和实验操作步骤简单，改进后的实验现象明显。

(4)从学习者的角度，打破了模块之间的界限，融合了模块与模块间的基础知识，以目标产物氢氧化铝为线索讨论其制备方法，较大限度地启发了学生的化学思维。