近幾年高考對(duì)電化學(xué)的考查比例有所增大,并且難度也有所增加。從近幾年高考題來(lái)分析,對(duì)兩裝置原理的考查主要集中在裝置判斷、電極判斷、兩極反應(yīng)類型、離子移動(dòng)方向、電子、電流方向。其中以新型電池或組合型裝置為載體進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化分析,電極反應(yīng)分析是近幾年熱門題型,而電化學(xué)的考查對(duì)學(xué)生來(lái)講始終是難點(diǎn),特別是原電池、電解池兩極點(diǎn)擊方程式的書寫,化學(xué)電源工作原理和兩極判斷是學(xué)生最頭疼的。根據(jù)考綱要求,平時(shí)我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)如何復(fù)習(xí),才能讓學(xué)生在高考中立于不敗之地呢?首先,要吃透考試說(shuō)明要求:“了解原電池和電解池工作原理,能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式,了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。”再結(jié)合課本中典型的原電池、電解池的工作原理,抓住兩極變化規(guī)律,以不變應(yīng)萬(wàn)變。
一、對(duì)兩極判斷可先從某一極入手讓學(xué)生來(lái)強(qiáng)化記憶。
在教學(xué)中筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生經(jīng)常把兩極的名稱混淆,一個(gè)是正負(fù)、陰陽(yáng)不分,另一個(gè)是哪一極,是正極、陽(yáng)極,哪一極是負(fù)極、陰極不會(huì)判斷。我就要求學(xué)生兩池的兩極名稱要先區(qū)分清楚,原電池用正負(fù)極表示,而電解池是用陰陽(yáng)極表示,名稱不能弄錯(cuò)。接下來(lái)對(duì)原電池來(lái)講,讓學(xué)生從負(fù)極突破,我總結(jié)了負(fù)極的幾個(gè)特點(diǎn):1.從電極材料來(lái)判斷:一般較活潑的電極在負(fù)極;2.從兩極發(fā)生反應(yīng)來(lái)判斷:發(fā)生氧化反應(yīng)的這一極為負(fù)極;3.從電子、電流流向來(lái)判斷:電子流出的這一極為負(fù)極,電流剛好相反,由正極指向負(fù)極;4.從原電池中電解質(zhì)溶液離子的定向移動(dòng)來(lái)判斷:陰離子向負(fù)極移動(dòng),正極剛好與負(fù)極相反。正常情況下根據(jù)上述4點(diǎn)原電池用正負(fù)極一般都可判斷出來(lái),當(dāng)然也有特殊的情況,如Al-Mg強(qiáng)堿性溶液中,Al比Mg不活潑,但卻在負(fù)極,還有像Fe-Cu濃硝酸溶液中,Cu也在負(fù)極。
對(duì)電解池來(lái)說(shuō),讓學(xué)生從以下幾個(gè)方面入手:1.與直流電源負(fù)極相連的為陰極;2.陽(yáng)離子聚集的這一極為陰極;3.發(fā)生還原反應(yīng)的一極為陰極;4.電子從電源負(fù)極指向陰極。陽(yáng)極也剛好跟陰極相反。最后可簡(jiǎn)單用一句話:“沸(負(fù))羊(陽(yáng))羊(氧化)”來(lái)記住。學(xué)生把這些知識(shí)點(diǎn)歸納之后再來(lái)做題,得分率明顯提高很多。比如(2010·浙江卷)9.Li-Al/FeS電池是一種正在開發(fā)的車載電池,該電池中正極的電極反應(yīng)式為:2Li+FeS+2e=LiS+Fe,有關(guān)該電池下列正確的是( )
A.Li-Al在電池中作為負(fù)極材料,該材料中Li的化合價(jià)為+1價(jià)
B.該電池的電池反應(yīng)式為:2Li+FeS=LiS+Fe
C.負(fù)極的電極反應(yīng)式為Al-3e=Al
D.充電時(shí),陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為:LiS+Fe-2e=2Li+FeS
這道高考題考查了電極判斷和兩極方程式的書寫等問題,我讓學(xué)生從上述的結(jié)論里先判斷原電池的負(fù)極,結(jié)果他們很快就判斷出Al在負(fù)極,失電子,C選項(xiàng)馬上就出來(lái)了,而D選項(xiàng)充電時(shí)應(yīng)該是陽(yáng)極失電子,而不是陰極。這樣,學(xué)生對(duì)這種題目就不會(huì)感到恐懼了。
二、兩極反應(yīng)式的書寫要作為重點(diǎn)來(lái)突破。
前面所做的都是為這環(huán)節(jié)做鋪墊的,考試中重點(diǎn)是在這個(gè)環(huán)節(jié),成敗在此一舉。如果你會(huì)判斷兩極,但不能寫出來(lái)也沒用,所以要更重視兩極的書寫。在原電池兩極反應(yīng)式的書寫教學(xué)中我通常按這幾步來(lái):先從價(jià)態(tài)確定反應(yīng)物、產(chǎn)物,化合價(jià)升高的為負(fù)極反應(yīng)物,化合價(jià)降低的為正極反應(yīng)物;再寫出反應(yīng)物及對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物,并標(biāo)明電子得失,得電子用“+”,失電子用“-”;然后要注意是在什么樣的環(huán)境下:堿性溶液中CO不可能存在,也不可能有H參加反應(yīng);在堿性介質(zhì)中用OH來(lái)配平,酸性條件下要加H來(lái)配平,根據(jù)電荷守恒、電子守恒、質(zhì)量守恒來(lái)配平,最后把兩極相加即得到總反應(yīng)式。或者寫出其中一級(jí),再用總反應(yīng)式相減,即可得出另一極,在相加減時(shí)一定要注意電子守恒。如甲烷燃料電池(電解質(zhì)為KOH)的總反應(yīng):CH+2O+2OH=CO+3HO中,可以從價(jià)態(tài)確定CH為負(fù)極反應(yīng)物,再根據(jù)在堿性介質(zhì)中負(fù)極方程式就可寫出來(lái):CH+10OH-8e=CO+7HO,則正極用總反應(yīng)式相減,也可出來(lái):2O+4HO+8e=8OH,若甲烷燃料電池(電解質(zhì)為硫酸)總反應(yīng):CH+2O=CO+2HO,則負(fù)極:CH+2HO-8e=CO+8H,正極:2O+8H+8e=4HO;再如氫氧燃料電池電解質(zhì)是酸,其負(fù)極反應(yīng)可表示為:2H-4e=4H,則其正極反應(yīng)式為:O+4e+4H=2HO。若電解質(zhì)是堿,其正極反應(yīng)式為:O+2HO+4e=4OH,則其負(fù)極反應(yīng)可表示為:2H-4e+4OH=4HO,總反應(yīng)都可以表示為2H+O=2HO。最后根據(jù)甲烷燃料電池再擴(kuò)展到甲醇、乙醇這一類的燃料電池電極方程式書寫都相似。
在電解池兩極方程式書寫的教學(xué)中,我正常情況下是按兩極的放電順序來(lái)要求學(xué)生書寫,對(duì)陽(yáng)極來(lái)說(shuō):若是活性電極(除Au、Pt外)則活性電極先放電,如Cu做陽(yáng)極,則Cu放電:Cu-2e=Cu;若是陽(yáng)極為惰性電極,則按溶液中陰離子的放電順序:S>I>Br>Cl>OH>含氧酸根>F,如以石墨為電極電解氯化銅溶液,陽(yáng)極電極反應(yīng)式:2Cl-2e=Cl↑;對(duì)陰極來(lái)說(shuō),按常見陽(yáng)離子放電順序:Ag>Fe>Cu>H>Fe>Zn>Al>Mg>Na,離子氧化性越強(qiáng),反應(yīng)越容易。如還是以石墨為電極電解氯化銅溶液,陰極上:Cu>H,故電極反應(yīng)式:Cu+2e=Cu。若有涉及可充放電的電池反應(yīng),則要求學(xué)生先從放電入手,放電相當(dāng)于原電池的工作原理,充電為電解池工作原理,相當(dāng)于原電池兩極工作的逆反應(yīng),而原電池的負(fù)極判斷及電極方程式書寫是比較容易的,這樣再結(jié)合上述幾個(gè)步驟就比較不會(huì)感到很棘手了。如鉛蓄電池總化學(xué)方程式:PbO+Pb+2HSO 2PbSO+2HO。放電時(shí)的電極反應(yīng):負(fù)極:Pb+SO-2e=PbSO,則正極:PbO+4H+SO+2e=PbSO+2HO;充電時(shí)的電極反應(yīng)就把放電時(shí)的電極反應(yīng)逆過(guò)來(lái):負(fù)極:PbSO+2e=Pb+SO,正極:PbSO+2HO-2e=PbO+4H+SO。
再如(2008·江蘇卷)鎳鎘(Ni-Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液,其充、放電按下式進(jìn)行:
Cd+2NiOOH+2HO Cd(OH)+2Ni(OH)有關(guān)該電池
A.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng):Ni(OH)-e+OH=NiOOH+HO
B.充電過(guò)程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程
C.放電時(shí)負(fù)極附近溶液的堿性不變
D.放電時(shí)電解質(zhì)溶液中的OH向正極移動(dòng)
根據(jù)上述知識(shí)學(xué)生從放電入手,可知Cd為負(fù)極,電極反應(yīng)式為:Cd-2e+2OH=Cd(OH),正極:NiOOH+HO+e=Ni(OH)+OH,其逆反應(yīng)就是充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng),故A正確。
綜上所述,在電化學(xué)教學(xué)復(fù)習(xí)中,不管原電池還是電解池,它們兩極都有各自的特點(diǎn)及書寫規(guī)律。只要我們?cè)诮虒W(xué)復(fù)習(xí)中從兩極入手,抓住它們的書寫規(guī)律,突破原電池和電解池的兩極,不管高考怎樣考,不管以哪一種新型電池或組合型裝置為載體來(lái)出現(xiàn),學(xué)生都要以不變應(yīng)萬(wàn)變,從容應(yīng)考。</