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摘要:两池即原电池、电解池,属于电化学知识,是无机中很重要的知识,历年高考经常出现。它们的本质都是氧化还原反应,往往学生容易混淆两池的概念性质,碰到电化学的它们就产生怕的心理。针对如何更好地展开两池的教学,让学生更轻松地掌握其中的知识点,提出了几点感受。
关键词:原电池 ;电解池;氧化还原反应
两池即原电池与电解池在《化学2》及《化学反应原理》中均涉及,后者在前者的基础上进一步加深。这在高考中属于常考的内容!如何让学生更好地掌握两池的性质特点,本人有以下几点感受!
一、关于原电池及电解池的形成条件的处理方法
本人认为可稍微拓展课本实验的基础上,并进行相关解说,能让学生更深刻认识其中的原因所在。
通过对照实验的现象,比较后可容易得出条件:①要有导线连接形成闭合回路;②要有两根不同活泼性的电极。并加以解释:要形成闭合回路,不但上要合,下也要合。否则就断路,即使有电流也无法通过。所以还需条件:③溶液需为电解质。而实验5,虽没导线,但也形成闭合回路。这意味着,不一定需要靠导线连接,比如还可用盐桥(这里可稍介绍盐桥的做法)加在实验4上,也可让它有电流通过。由于原电池是化学能转化为电能的装置。要先有化学能就意味着要有能自发进行的反应,再依照实验2的现象可推出反应原理,进而得出本质为氧化还原反应。所以还需条件④:能自发进行的氧化还原反应。 最后可通过一道相关的习题加以巩固。
关于电解池的条件可参照原电池,并加以比较。(1)因是电能转化为化学能,所以要有电源。而原电池是化学能转化为电能,其实就是电源。(2)同样是电路,所以仍要形成闭合回路,溶液仍需电解质。(3)两个电极材料可相同,而原电池要求两个活泼性不同的能导电的电极。(4)本质仍是氧化还原反应,但为非自发。而原电池为自发。
二、关于原电池的正负极、电解池的阴阳极、电子流动方向、离子移动方向,我觉得可牢记课本中的典型例子,然后加以迁移
先用简画画出原电池(电解池)的形状,并标上电极材料及电解质名称。如:
2、书写各极的电极方程式并发现规律。如: 原电池
Zn片(负):Zn―2e- == Zn2+
Cu片(正):2H+ +2e- ==H2
电解池阴极:Cu2+ +2e- ==Cu阳极:2Cl- ―2e- == Cl2从方程式中可发现如下规律:(“+”表电子流入,即得电子;“―”表电子流出,即失电子)(正负极反应类型相反,阴阳极反应类型相反)
原电池电解池
负极失电子,发生氧化反应,即“氧负”阳极失电子,发生氧化反应,即“阳氧”
H+在正极上反应,即阳离子移向正极Cu2+在阴极反应,即阳离子移向阴极
负极Zn变成Zn2+,即负极质量变小;正极通常有气体产生或质量增加阴极Cu2+变成Cu,即通常阴极质量增加
Zn比Cu活泼,作为负极,所以一般较活泼的作为负极
与电源正极相连接的为阳极,与电源负极相连的为阴极
关于“氧负”就如“养父”;“阳氧”就如“饶痒痒”,这样学生比较容易记得!在原电池与电解池中阳离子均移向得电子的一极。
三、关于书写原电池与电解池方程式的一些心得
1、关于原电池方程式的书写(1)由于原电池的本质是能自发进行的氧化还原反应,所以我认为可先找出该反应然后改写成离子方程式即为总反应式。如:
自发进行的反应:(因铝钝化)Cu + 4HNO3===Cu(NO3)2 + 2NO2+ 2H2O离子方程式(总反应式):Cu + 4H+ + 2NO-3 === Cu 2+ + 2NO2+ 2H2O ①(2)先找出较容易书写的一极方程式,然后依据总=正+负,求出另一极方程式。由于是Cu反应,且Cu变成Cu2+,失电子,发生氧化反应,即作为负极。则Cu片(负极):Cu ―2e- == Cu2+②把①―② 得:Al片(正极)4H+ + 2NO- 3+2e- ==2NO2 + 2H2O或2H+ + NO- 3+ e- == NO2 + H2O③注意:相加减的时候,同种物质前的系数要与总方程式中的一样,若不一样要加以变形。如把③直接加上②不等于①。因为两极的得失电子数要相等。从该例子也可看出,并不是活泼的金属就一定做负极!判断正负极的材料,最根本还得从自发进行的氧化还原反应入手。2、关于电解池方程式的书写。关于电解池方程式的书写方式,我认为要与原电池的书写顺序相反。由于电解池是电能转化为化学能,通常总反应式是非自发进行的氧化还原反应!所以最好先写阴阳极,再写总反应式。分析模式:看电极看离子选择强弱阴阳极方程式总反应式阳极:若为活泼性电极材料,则阳极上的金属材料参与反应。(因为金属的还原性较强先被氧化);若为惰性电极,则看阴离子放电顺序:S2- > I- > Br - > Cl- > OH- >含氧酸根离子阴极:不用考虑电极材料,因为阴极上发生的是还原反应,金属单质不可能被降为负价。所以可直接看阳离子放电顺序(一般与金属活动性顺序表相反)如:电解饱和食盐水 分析如下:
根据放电顺序可得出阳极: 2Cl-―2e- ==Cl2 ①阴极:2H+ + 2e- == H 2②①+②得 2HCl== Cl2 + H2 ,但这不是总反应式因为所给物质不是HCl,所以应把Cl-和H+还原到所给的物质。Cl-来自NaCl,要有2个Cl-则要有2个NaCl;同样道理2个H+要有2个H2O!还应注意反应条件!即2 NaCl+2H2O通电2NaOH+H2+ Cl2
四、在二次电池中,原电池与电解池的联系
原电池中负极发生氧化,正极发生还原;电解池中阳极发生氧化,阴极发生还原。由于二次电池中,放电方向表示原电池,充电方向表示电解池;两个方向是可逆的。所以原电池负极的氧化产物为电解池的阴极反应物,即负极方程式与阴极方程式相反。如:铅蓄电池Pb+PbO2+2H2SO4 放电充电2PbSO4+2H2O放电时 Pb作为负极:Pb―2e- + SO2-4 == PbSO4充电时 PbSO4 作为阴极:PbSO4 + 2e- == Pb+ SO2-4
五、原电池与电解池的共同点与不同点
将两池进行比较能促使学生更深刻地认识电学原理,掌握其中的知识点。1、形成条件的异同。这在前面第一部分里面已讲到。2、电极名称不同。原电池分正负极,电解池分阴阳极。3、负极和阳极失去电子、发生氧化反应;正极和阴极得到电子、发生还原反应。
4、电解质中阳离子本质都是往得电子的方向移动。5、因都是氧化还原反应,所以都应遵循电子守恒。原电池中,负极失电子数=正极得电子数=外电路中转移电子数;电解池中,阳极失电子数=阴极得电子数=外电路中转移电子数6、原电池电极方程式,一般先总再分;而电解池一般先分再总。以上是我关于两池在教学上的几点建议。在高一阶段,我主要侧重于讲解书本中的例子,即Zn--Cu―H2SO4 原电池、电解CuCl2溶液,从中贯彻教参中要求的知识点,不进行深化。而在高二阶段,我加入了几个典型的例子,重点训练学生在掌握知识点的情况下熟练迁移运用。学生大部分能轻松掌握两池的性质特点并加以运用。当然学无止境,方法是在问题的基础上逐渐完善的,我也将进一步完善。
(作者单位:福建省泉州市永春第三中学362609)