創(chuàng)設(shè)問題情境激活創(chuàng)新思維——以“電化學(xué)”復(fù)習(xí)為例

2018-07-20 03:46:42河北

教學(xué)考試(高考化學(xué)) 2018年4期

河北

顏建河

新的一輪復(fù)習(xí)即將開始，2018年《考試大綱》明確指出：“以能力測(cè)試為主導(dǎo)，將在測(cè)試考生進(jìn)一步學(xué)習(xí)所必需的知識(shí)、技能和方法的基礎(chǔ)上，全面檢測(cè)考生的化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)?！被诖?，在復(fù)習(xí)涉及電化學(xué)核心知識(shí)，特別是可充電電池方面的內(nèi)容時(shí)，要立足基礎(chǔ)，創(chuàng)設(shè)問題情境，充分利用典型例題的講評(píng)，來激活學(xué)生創(chuàng)新思維，最終實(shí)現(xiàn)在運(yùn)用中掌握知識(shí)、提升能力的目標(biāo)。

(1)關(guān)于蓄電池的下列說法，不正確的是__________。

(2)以此蓄電池為電源，用鉑電極電解CuSO4溶液500 mL。當(dāng)蓄電池中電解質(zhì)溶液質(zhì)量減輕0.9 g時(shí)，電解池(不考慮其他損耗)陰極上析出_______，其質(zhì)量為_______g。若原CuSO4溶液的pH為5，電解后溶液體積的變化忽略不計(jì)，則電解后溶液的pH為________。

【問題】這是一道涉及電池信息遷移的題，題目中給出了蓄電池的總反應(yīng)式，并據(jù)此來回答題中的相關(guān)問題，有一定難度。為此，解決好這類問題，教師可通過問題情境的創(chuàng)設(shè)，幫助學(xué)生找到解決問題的關(guān)鍵點(diǎn)。即：一是蓄電池的放電起什么作用？(回答：原電池)；二是蓄電池的充電起什么作用？(回答：電解池)。

(負(fù)極) (正極) (陰極) (陽極)

同時(shí)，從上述電子轉(zhuǎn)移情況及電池相關(guān)知識(shí)，即可迅速寫出原電池和電解池的反應(yīng)式。

【對(duì)策】根據(jù)對(duì)上述問題的分析，結(jié)合案例，不難發(fā)現(xiàn)解決這類問題的關(guān)鍵，就是依據(jù)氧化還原反應(yīng)及電化學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，從電子轉(zhuǎn)移的方向來進(jìn)行切入，學(xué)生就能由題中給出的可逆電池總反應(yīng)來確定出原電池的正、負(fù)極和電解池的陰、陽極，其關(guān)系如下：

(負(fù)極) (正極) (陰極) (陽極)

同時(shí)，從上述電子轉(zhuǎn)移情況及電池相關(guān)知識(shí)，即可迅速寫出原電池和電解池的反應(yīng)式。

根據(jù)上述整合的信息及題中給予的條件，則題中的各個(gè)問題便可迎刃而解。

問題(1):根據(jù)上述電子轉(zhuǎn)移情況,可判斷出原電池的正、負(fù)極和電解池的陰、陽極，并由此判斷出問題①～⑤選項(xiàng)中只有①⑤正確。關(guān)于蓄電池的電極必須浸在堿性電解質(zhì)溶液中，其原因是放電產(chǎn)生Fe(OH)2、Ni(OH)2必須存在于堿性環(huán)境中，且放電過程中產(chǎn)生的H+必須被立即中和掉。

【點(diǎn)評(píng)】針對(duì)上述問題的解決，教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論、交流，結(jié)合問題情境的創(chuàng)設(shè)，可得出如下結(jié)論：

1.可充電電池分為放電和充電兩過程。放電是原電池反應(yīng)，其相關(guān)知識(shí)可依據(jù)原電池原理進(jìn)行分析；充電是電解池反應(yīng)，其相關(guān)知識(shí)可依據(jù)電解池原理進(jìn)行分析。

2.判斷電池放電時(shí)的電極極性和材料，可先標(biāo)出放電(原電池)總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，失去電子的一極為負(fù)極，該物質(zhì)為負(fù)極材料；得到電子的一極為正極，該物質(zhì)為正極材料。判斷電池充電時(shí)的電極極性和材料，方法同前，失去電子的一極為陽極，該物質(zhì)為陽極材料；得到電子的一極為陰極，該物質(zhì)為陰極材料。

3.書寫可充電電池電極反應(yīng)時(shí),一般都是先書寫放電的電極反應(yīng)式。書寫放電的電極反應(yīng)式時(shí)，要遵循以下步驟：第一，先標(biāo)出原電池總反應(yīng)式電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，指出參與負(fù)極和正極反應(yīng)的物質(zhì)；第二，寫出一個(gè)比較容易書寫的電極反應(yīng)式(要注意電極產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液共存)；第三，要在遵循電子守恒的基礎(chǔ)上，用總反應(yīng)式減去寫出的電極反應(yīng)式即得另一電極反應(yīng)式。對(duì)于充電的電極反應(yīng)來說，則其書寫方法與放電的電極反應(yīng)過程相反，即充電的陽極反應(yīng)為放電正極反應(yīng)的逆過程，充電的陰極反應(yīng)為放電負(fù)極反應(yīng)的逆過程。

4.判斷可充電電池的氧化還原過程，可根據(jù)電極反應(yīng)式進(jìn)行分析，放電(原電池)的負(fù)極和充電(電解池)的陽極均失去電子，其變價(jià)元素被氧化，放電(原電池)的正極和充電(電解池)的陰極均得到電子，其變價(jià)元素被還原，發(fā)生了還原反應(yīng)。

5.對(duì)溶液中離子移動(dòng)方向的判斷。放電時(shí)，陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極；充電時(shí)，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。

6.可充電電池充電時(shí)與電源的連接關(guān)系，即可充電電池充電時(shí)，原電池的負(fù)極與外電源的負(fù)極相連，原電池的正極與外電源的正極相連。

【總結(jié)】解決好可充電電池方面的問題，其關(guān)鍵是必須認(rèn)真閱讀題干、理解題示信息，切實(shí)把握好以下幾點(diǎn)：

一、原電池與電解池判斷方法

原電池與電解池因?yàn)樗鼈兘M成相似，電極反應(yīng)的類型相同(均為氧化還原反應(yīng))，以致學(xué)生不能正確判斷哪個(gè)是原電池，哪個(gè)是電解池？如何區(qū)別呢？其方法如下：

1.從能量轉(zhuǎn)化分析

原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，而電解池是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。盡管它們的組成類似，但作用不同，原電池產(chǎn)生電能，而電解池卻要消耗電能。

2.從電極名稱

原電池的兩極分別叫正負(fù)極，兩極名稱由電極材料決定，電極材料多為兩種活動(dòng)性不同的金屬(其中一種也可以是非金屬或氧化物)，相對(duì)活動(dòng)性大的金屬易失去電子為負(fù)極，活動(dòng)性差的難失去電子的為正極。例如，銅鋅原電池，活潑金屬鋅為負(fù)極，不活潑金屬銅為正極。

電解池的兩極分別叫陰陽極，兩極名稱由外接直流電源決定，與外接直流電源負(fù)極相連的一極叫陰極，與外接直流電源正極相連的一極叫陽極。

3.從電極反應(yīng)分析

①以銅鋅原電池和電解氯化銅溶液為例說明：銅鋅原電池如圖1所示。

圖1

②氯化銅電解池(石墨作電極)如圖2所示。

圖2

4.從電子流動(dòng)方向分析

在原電池中，電子從負(fù)極流入正極。在電解池中電子從直流電源負(fù)極流入陰極，電解質(zhì)溶液中的陰離子在陽極失電子，電子從陽極再回到直流電源的正極。

電解氯化銅溶液時(shí)，用石墨作電極，它在一般條件下不參加反應(yīng)，故叫惰性電極。若把電極換成某種金屬，情況就不同了，電極本身要參加反應(yīng)，如在氯化鋅溶液中，用鐵、鋅作電極如圖3所示。

圖3

綜上所述，原電池、電解池、電鍍池三種裝置的區(qū)別弄清楚了，判斷方法就可迎刃而解。

第一種情況，單一裝置：①凡有外加直流電源的裝置，該裝置為電解池。若電極本身參加反應(yīng)，則可能是電鍍池或電解精煉裝置(需具體分析)。②無外加直流電源，兩電極用活潑性不同的金屬或一種非金屬或某些氧化物放在電解質(zhì)溶液里的裝置，就是原電池。用導(dǎo)線把兩極連接，該原電池就可工作，即產(chǎn)生電流。若不用導(dǎo)線把兩極連接，該原電池沒有工作，即不產(chǎn)生電流。像干電池沒有用導(dǎo)線把兩極連接起來，就沒有工作，就不產(chǎn)生電流，它仍然是原電池。

第二種情況，復(fù)合裝置：①若有外加直流電源跟幾個(gè)裝置串聯(lián)或并聯(lián)，則各個(gè)裝置都是電解池，若電極本身參加反應(yīng)，則可能是電鍍池或電解精煉裝置(需具體分析)。②若無外加直流電源，而是用導(dǎo)線把各池的電極串聯(lián)或并聯(lián)起來，要根據(jù)電極材料本身的相對(duì)活動(dòng)性來決定。由于中學(xué)階段不學(xué)電極電位，一般以活動(dòng)性大的金屬為電極的裝置充當(dāng)原電池，與原電池相連的各池是電解池，若電極參加反應(yīng)者，情況如上所述。現(xiàn)以如圖4所示。