近幾年高考對電化學的考查比例有所增大,并且難度也有所增加。從近幾年高考題來分析,對兩裝置原理的考查主要集中在裝置判斷、電極判斷、兩極反應類型、離子移動方向、電子、電流方向。其中以新型電池或組合型裝置為載體進行能量轉化分析,電極反應分析是近幾年熱門題型,而電化學的考查對學生來講始終是難點,特別是原電池、電解池兩極點擊方程式的書寫,化學電源工作原理和兩極判斷是學生最頭疼的。根據(jù)考綱要求,平時我們在教學中應如何復習,才能讓學生在高考中立于不敗之地呢?首先,要吃透考試說明要求:“了解原電池和電解池工作原理,能寫出電極反應和電池反應方程式,了解常見化學電源的種類及其工作原理。”再結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,以不變應萬變。
一、對兩極判斷可先從某一極入手讓學生來強化記憶。
在教學中筆者發(fā)現(xiàn)學生經(jīng)常把兩極的名稱混淆,一個是正負、陰陽不分,另一個是哪一極,是正極、陽極,哪一極是負極、陰極不會判斷。我就要求學生兩池的兩極名稱要先區(qū)分清楚,原電池用正負極表示,而電解池是用陰陽極表示,名稱不能弄錯。接下來對原電池來講,讓學生從負極突破,我總結了負極的幾個特點:1.從電極材料來判斷:一般較活潑的電極在負極;2.從兩極發(fā)生反應來判斷:發(fā)生氧化反應的這一極為負極;3.從電子、電流流向來判斷:電子流出的這一極為負極,電流剛好相反,由正極指向負極;4.從原電池中電解質溶液離子的定向移動來判斷:陰離子向負極移動,正極剛好與負極相反。正常情況下根據(jù)上述4點原電池用正負極一般都可判斷出來,當然也有特殊的情況,如Al-Mg強堿性溶液中,Al比Mg不活潑,但卻在負極,還有像Fe-Cu濃硝酸溶液中,Cu也在負極。
對電解池來說,讓學生從以下幾個方面入手:1.與直流電源負極相連的為陰極;2.陽離子聚集的這一極為陰極;3.發(fā)生還原反應的一極為陰極;4.電子從電源負極指向陰極。陽極也剛好跟陰極相反。最后可簡單用一句話:“沸(負)羊(陽)羊(氧化)”來記住。學生把這些知識點歸納之后再來做題,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式為:2Li+FeS+2e=LiS+Fe,有關該電池下列正確的是( )
A.Li-Al在電池中作為負極材料,該材料中Li的化合價為+1價
B.該電池的電池反應式為:2Li+FeS=LiS+Fe
C.負極的電極反應式為Al-3e=Al
D.充電時,陰極發(fā)生的電極反應式為: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,我讓學生從上述的結論里先判斷原電池的負極,結果他們很快就判斷出Al在負極,失電子,C選項馬上就出來了,而D選項充電時應該是陽極失電子,而不是陰極。這樣,學生對這種題目就不會感到恐懼了。
二、兩極反應式的書寫要作為重點來突破。
前面所做的都是為這環(huán)節(jié)做鋪墊的,考試中重點是在這個環(huán)節(jié),成敗在此一舉。如果你會判斷兩極,但不能寫出來也沒用,所以要更重視兩極的書寫。在原電池兩極反應式的書寫教學中我通常按這幾步來:先從價態(tài)確定反應物、產(chǎn)物,化合價升高的為負極反應物,化合價降低的為正極反應物;再寫出反應物及對應的產(chǎn)物,并標明電子得失,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;在堿性介質中用OH來配平,酸性條件下要加H來配平,根據(jù)電荷守恒、電子守恒、質量守恒來配平,最后把兩極相加即得到總反應式。或者寫出其中一級,再用總反應式相減,即可得出另一極,在相加減時一定要注意電子守恒。如甲烷燃料電池(電解質為KOH)的總反應:CH+2O+2OH=CO+3HO中,可以從價態(tài)確定CH為負極反應物,再根據(jù)在堿性介質中負極方程式就可寫出來:CH+10OH-8e=CO+7HO,則正極用總反應式相減,也可出來:2O+4HO+8e=8OH,若甲烷燃料電池(電解質為硫酸)總反應:CH+2O=CO+2HO,則負極:CH+2HO-8e=CO+8H,正極:2O+8H+8e=4HO;再如氫氧燃料電池電解質是酸,其負極反應可表示為:2H-4e=4H,則其正極反應式為:O+4e+4H=2HO。若電解質是堿,其正極反應式為:O+2HO+4e=4OH,則其負極反應可表示為:2H-4e+4OH=4HO,總反應都可以表示為2H+O=2HO。最后根據(jù)甲烷燃料電池再擴展到甲醇、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中,我正常情況下是按兩極的放電順序來要求學生書寫,對陽極來說:若是活性電極(除Au、Pt外)則活性電極先放電,如Cu做陽極,則Cu放電:Cu-2e=Cu;若是陽極為惰性電極,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,陽極電極反應式:2Cl-2e=Cl↑;對陰極來說,按常見陽離子放電順序:Ag>Fe>Cu>H>Fe>Zn>Al>Mg>Na,離子氧化性越強,反應越容易。如還是以石墨為電極電解氯化銅溶液,陰極上:Cu>H,故電極反應式:Cu+2e=Cu。若有涉及可充放電的電池反應,則要求學生先從放電入手,放電相當于原電池的工作原理,充電為電解池工作原理,相當于原電池兩極工作的逆反應,而原電池的負極判斷及電極方程式書寫是比較容易的,這樣再結合上述幾個步驟就比較不會感到很棘手了。如鉛蓄電池總化學方程式:PbO+Pb+2HSO 2PbSO+2HO。放電時的電極反應:負極:Pb+SO-2e=PbSO,則正極:PbO+4H+SO+2e=PbSO+2HO;充電時的電極反應就把放電時的電極反應逆過來:負極: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)代生活中有廣泛應用。已知某鎳鎘電池的電解質溶液為KOH溶液,其充、放電按下式進行:
Cd+2NiOOH+2HO Cd(OH)+2Ni(OH)有關該電池
A.充電時陽極反應:Ni(OH)-e+OH=NiOOH+HO
B.充電過程是化學能轉化為電能的過程
C.放電時負極附近溶液的堿性不變
D.放電時電解質溶液中的OH向正極移動
根據(jù)上述知識學生從放電入手,可知Cd為負極,電極反應式為:Cd-2e+2OH=Cd(OH),正極:NiOOH+HO+e=Ni(OH)+OH,其逆反應就是充電時陽極反應,故A正確。
綜上所述,在電化學教學復習中,不管原電池還是電解池,它們兩極都有各自的特點及書寫規(guī)律。只要我們在教學復習中從兩極入手,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出現(xiàn),學生都要以不變應萬變,從容應考。</