陳謙明

[摘? ?要]電化學(xué)是高中化學(xué)的重要內(nèi)容之一，主要研究對(duì)象是原電池和電解池，對(duì)兩者電極的正確判斷和電極反應(yīng)的熟練掌握有助于學(xué)生解決復(fù)雜的電化學(xué)題目，提高解題效率，同時(shí)，能使其更好地理解電化學(xué)在生產(chǎn)生活中的實(shí)際應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。

[關(guān)鍵詞] 電化學(xué);化學(xué)教學(xué);高中化學(xué)

[中圖分類號(hào)]? ? G633.8? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）15-0062-02

在高中階段的化學(xué)課程體系中，電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)是重要內(nèi)容之一。電化學(xué)知識(shí)的研究對(duì)象主要是原電池和電解池。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)一個(gè)電池主要包括兩個(gè)電極以及電極之間的電解質(zhì)。因此，電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)主要包括兩大部分：（1）關(guān)于電解質(zhì)的內(nèi)容，即電解質(zhì)的導(dǎo)電性以及相關(guān)離子的性質(zhì)。（2）關(guān)于電極的內(nèi)容，主要研究電極平衡以及通電后的極化性質(zhì)，即電極、電解質(zhì)界面處的電化學(xué)行為。不管是研究電解質(zhì)還是電極，都需要用到熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及材料學(xué)方面的知識(shí)。

一、高中電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1.電極的判斷

在現(xiàn)階段使用的高中化學(xué)課本中，電極名稱在原電池和電解池中明顯不同。前者的電極分為正極和負(fù)極，而后者分為陽(yáng)極和陰極。原電池電極的判斷方法主要有以下四種：（1）根據(jù)構(gòu)成原電池的電極材料判斷：活潑金屬作負(fù)極，較不活潑金屬或?qū)щ姷姆墙饘偌敖饘傺趸镒髡龢O。（2）根據(jù)電子流向或電流流向判斷：電子流出或電流流入的電極為負(fù)極，反之為正極。（3）根據(jù)原電池的反應(yīng)進(jìn)行判斷：發(fā)生氧化反應(yīng)的為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的為正極。（4）根據(jù)兩極現(xiàn)象判斷：溶解或質(zhì)量減少的一極為負(fù)極，質(zhì)量增加或有氣泡產(chǎn)生的一極為正極。電解池電極的判斷方法：和電源負(fù)極相連的是電解池的陰極，和電源正極相連的是電解池的陽(yáng)極。

2.電極反應(yīng)

在電化學(xué)中，原電池、電解池中都會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，即氧化還原反應(yīng)。依據(jù)反應(yīng)中的電子得失情況，我們將原電池中得到電子的一極叫做正極，失去電子的一極叫做負(fù)極。而在電解池中我們將失去電子的一極叫做陽(yáng)極，得到電子的一極叫做陰極。一般情況下，當(dāng)兩電極的活性存在較大差異時(shí)，原電池中具有較強(qiáng)活性的電極會(huì)失去電子成為負(fù)電極;但是，也可能存在特殊情況。例如，活性金屬鎂、鋁作為電極，氫氧化鈉溶液作為電解質(zhì)組成原電池，雖然鎂的活性比鋁強(qiáng)，但鋁在氫氧化鈉溶液中的活性卻比鎂強(qiáng)，因此鋁作為電池負(fù)極：2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O;鎂作為電池正極：6H2O-6e-=3H[2↑]+6OH-，電極總反應(yīng)為：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2[↑]?？梢?jiàn)鎂、鋁在強(qiáng)堿性環(huán)境下的活性和平時(shí)不同。又如，銅、鋁電極和濃硝酸構(gòu)成原電池，負(fù)極反應(yīng)：Cu-2e-=Cu2+;正極反應(yīng)：4HNO3+2e-=2NO-3+2NO2+2H2O;總反應(yīng)：Cu+4HNO3=Cu（NO3）2+2NO2+2H2O。其中鋁在濃硝酸溶液中發(fā)生鈍化，此時(shí)銅的活性比鋁強(qiáng)，因此作為電池負(fù)極。教師可以結(jié)合這兩個(gè)典型的原電池構(gòu)成及其相關(guān)電極反應(yīng)讓學(xué)生明白原電池電極的判斷和電解質(zhì)溶液有關(guān)，不同的電解質(zhì)溶液中，同一種電極材料的活性會(huì)發(fā)生變化，甚至惰性電極也可能會(huì)發(fā)生反應(yīng)。在實(shí)踐中常用的惰性電極材料有石墨、金屬鉑，惰性電極一般不參與反應(yīng)，但也存在特例，如在工業(yè)中制備鋁金屬時(shí)可以利用石墨作電極電解熔融Al2O3來(lái)制取，其相關(guān)電極反應(yīng)為，陽(yáng)極：[6O2--12e-=3O2];陰極：[4Al3++12e-=4Al]，而在高溫環(huán)境下，C可以和O2反應(yīng)生成CO2，可見(jiàn)石墨作為電極并不是任何條件下都不會(huì)發(fā)生反應(yīng)，因此在工業(yè)生產(chǎn)中，石墨會(huì)有耗損，需要持續(xù)補(bǔ)充。

二、電化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用

1.原電池的應(yīng)用

在學(xué)習(xí)電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)，教師要讓學(xué)生意識(shí)到原電池是電化學(xué)中非常關(guān)鍵的內(nèi)容。原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的一種裝置。當(dāng)將兩個(gè)電極置于電解質(zhì)中，連通形成閉合電路時(shí)，原電池電極將發(fā)生氧化還原反應(yīng)形成電流，這樣一來(lái)化學(xué)能就轉(zhuǎn)化成了電能。原電池的應(yīng)用主要有兩類。一類是利用原電池發(fā)生氧化還原反應(yīng)的原理，改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如在鋼中加入Cr、Ni制取不銹鋼;利用電鍍方法在鋼鐵表明形成保護(hù)金屬的一層氧化膜，起到防腐蝕的作用。另一類是用作化學(xué)電池，原電池的氧化還原基本不可逆，因此反應(yīng)結(jié)束后，電池不可重復(fù)充電使用，這也是原電池名稱的由來(lái)。在高中化學(xué)教學(xué)中，當(dāng)講解到電化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用類題目時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用電化學(xué)知識(shí)和相關(guān)反應(yīng)原理分析問(wèn)題，解決問(wèn)題。在高中化學(xué)學(xué)習(xí)中電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用通常與化學(xué)電源有關(guān)，如鋅-錳干電池、鉛蓄電池、鋅-銀紐扣電池和燃燒電池的相關(guān)應(yīng)用問(wèn)題等。

2.電解池及其應(yīng)用

電解池和原電池相反，它是一種將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。電解池中的電化學(xué)反應(yīng)需要外接電源，形成閉合電路才能發(fā)生。電解池知識(shí)在高中化學(xué)題目中的應(yīng)用主要集中在放電順序的判定以及電解規(guī)律的分析上。在電解池應(yīng)用題中，電鍍和氯堿工業(yè)的應(yīng)用問(wèn)題比較常見(jiàn)，這類問(wèn)題通常出現(xiàn)在綜合分析題中，分值占比相對(duì)較大。因此，學(xué)生要重視對(duì)這部分知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握。

三、高中電化學(xué)題目的解題方法

1.解題基本步驟

在比較復(fù)雜的電化學(xué)題目中，基本的解題步驟和思路是先確定題目中提到的電化學(xué)反應(yīng)裝置是原電池還是電解池，確定后再判斷電極名稱，書寫電極反應(yīng)式，結(jié)合反應(yīng)產(chǎn)物、電子轉(zhuǎn)移以及離子傳輸判斷電極反應(yīng)類型，掌握其中規(guī)律，最后根據(jù)相關(guān)現(xiàn)象的描述和解釋進(jìn)行計(jì)算，求解出問(wèn)題答案。

2.判斷電極名稱

如上所述，在解答電化學(xué)題目時(shí)，我們需要判斷電極名稱，一般可以結(jié)合電極材料的活性強(qiáng)弱以及連接電極的外部電源的極性來(lái)判斷電極名稱，還可以依據(jù)電子的轉(zhuǎn)移方向或電極電勢(shì)的高低等電化學(xué)知識(shí)來(lái)判定電極名稱。此外，根據(jù)電極自身發(fā)生的的是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)也能知道電極離子的移動(dòng)情況，從而判斷出電極名稱。

3.書寫原電池電極反應(yīng)式的方法

原電池的負(fù)極發(fā)生的是失去電子的氧化反應(yīng)，正極發(fā)生的是得到電子的還原反應(yīng)，兩個(gè)電極之間得失電子數(shù)必定相等。正極、負(fù)極的兩個(gè)電極反應(yīng)相加得到電池的總反應(yīng)式。假如溶液中存在氫氧根離子且該離子參與電極反應(yīng)，則氫氧根離子必然會(huì)出現(xiàn)在負(fù)極中。如果溶液中的氫離子數(shù)量增加，則溶液的酸性增強(qiáng)，pH值降低;如果氫氧根離子增加，則溶液堿性增強(qiáng)，pH會(huì)升高。

綜上所述，電化學(xué)是重要的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，在實(shí)際生活和生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，學(xué)生必須掌握好電化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)才能有效解決原電池和電解池的相關(guān)問(wèn)題，從而取得優(yōu)異的化學(xué)成績(jī)。

[? 參? ? 考? ? 文? ? 獻(xiàn)? ]

[1]? 趙欣. 高中生電化學(xué)相關(guān)概念的學(xué)習(xí)研究[D]. 揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)， 2012.

[2]? 趙國(guó)敏， 孫可平. 概念轉(zhuǎn)變理論指導(dǎo)下的高中電化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐[J]. 化學(xué)教育， 2014 （13）：11-15.

[3]? 周玉芝. 厘清核心概念及其學(xué)習(xí)進(jìn)程：分析教材的新視角——以中學(xué)化學(xué)“電化學(xué)基礎(chǔ)”教學(xué)內(nèi)容為例[J]. 化學(xué)教育， 2014 （13）：7-10.

[4]? 郭志東. 基于學(xué)本課堂的高中化學(xué)問(wèn)題導(dǎo)學(xué)案設(shè)計(jì)研究——以電化學(xué)復(fù)習(xí)課為例[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（z1）：12-14.

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