張泉

【摘 要】模型認(rèn)知是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的一個重要方面，教師在引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)電化學(xué)時，可以采用模型思想，對原電池和電解池進(jìn)行解析，總結(jié)出一般模型，應(yīng)用于各種復(fù)雜的化學(xué)電源和新型的電解設(shè)備的解題教學(xué)中。

【關(guān)鍵詞】模型認(rèn)知；電化學(xué)；氧化還原反應(yīng)

【中圖分類號】G633.8? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2020）34-0089-02

“模型認(rèn)知”是教育部頒布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中提出的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的一個方面，在高三化學(xué)復(fù)習(xí)方面具有指導(dǎo)性意義。電化學(xué)考題中的對象往往形式多變，這會給學(xué)生的解題增加難度，原因在于教材中呈現(xiàn)的電化學(xué)裝置過于基礎(chǔ)，對理解工作原理有幫助，但直接應(yīng)用于解決包含各種復(fù)雜電化學(xué)裝置的題型又有一定的局限性。因此，教師在引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)這部分內(nèi)容時，可以采用模型思想，對裝置進(jìn)行剖析，總結(jié)出一般規(guī)律，應(yīng)用于各種復(fù)雜的化學(xué)電源和新型的電解設(shè)備的解題教學(xué)中。

1? ?“模型認(rèn)知”的概念

模型既是對原型的抽象化，也是對理論的具體化，是將復(fù)雜的研究對象和抽象的科學(xué)理論聯(lián)系在一起的紐帶。通過將對象模型化，總結(jié)出一般規(guī)律，能達(dá)到突破難點(diǎn)的目的。模型認(rèn)知是指利用模型認(rèn)識事物，通過構(gòu)建模型促進(jìn)問題解決的能力。在高中化學(xué)教學(xué)中，利用模型認(rèn)知的例子隨處可見。除了物質(zhì)模型，人們也常用思維模型認(rèn)知很多微觀且晦澀難懂的內(nèi)容，如用元素符號、結(jié)構(gòu)式、電子式、熱化學(xué)方程式表征物質(zhì)及其變化的規(guī)律。模型認(rèn)知作為高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，對于解決化學(xué)學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)有著不可替代的作用。

2? ?模型在原電池復(fù)習(xí)中的建立與應(yīng)用

2.1? 模型的建立

復(fù)習(xí)原電池要把握好本質(zhì)，構(gòu)建正確的模型。蘇教版《化學(xué) 必修2》（2014年第5版）和《化學(xué)反應(yīng)原理》（2014年第5版）分別采用了圖1和圖2（已簡化）兩種模型。

圖1中，該模型簡潔直觀，適用于一些簡單金屬電極單液原電池。該模型的缺點(diǎn)：表述還不夠清晰，易使學(xué)生產(chǎn)生諸多誤解。如對電流方向和特點(diǎn)（既可通過導(dǎo)線又可通過溶液）、電子流動方向和特點(diǎn)（只可通過導(dǎo)線不可通過溶液）、離子遷移方向和特點(diǎn)（只可通過溶液不可通過導(dǎo)線）、電極與電極上的反應(yīng)無法合理區(qū)別。產(chǎn)生這些問題的最根本原因在于學(xué)生并不能根據(jù)原模型真正理解原電池的本質(zhì)內(nèi)涵。

雖然后續(xù)版本的教材在圖1模型的基礎(chǔ)上加設(shè)了鹽橋，但學(xué)生對于原電池的認(rèn)知大體相同。筆者認(rèn)為原電池的復(fù)習(xí)中可以將自發(fā)的氧化還原反應(yīng)具體化為還原性最強(qiáng)的微粒和氧化性最強(qiáng)的微粒之間的反應(yīng)，從而為學(xué)生鋪設(shè)一條尋找反應(yīng)對象的道路，且與氧化還原反應(yīng)的規(guī)律結(jié)合得更加密切。如圖2的思維模型所示，電極是電子交換場所，突破不同電極材料的原電池；外電路是電子通道，突破外電路材料的變化不影響原電池的氧化還原本質(zhì)；內(nèi)電路是離子通道，突破不同電解質(zhì)組合或混合的本質(zhì)；強(qiáng)弱律突破自發(fā)的氧化還原反應(yīng)和多裝置組合的判斷；守恒律突破計算；平衡律突破電解質(zhì)離子移動的本質(zhì)，解決各類鹽橋或膜型原電池。

2.2? 模型在有關(guān)原電池解題中的應(yīng)用

例1（2018年浙江4月選考，17）：鋰（Li）—空氣電池的工作原理如圖3所示。下列說法不正確的是（? ）。

A.金屬鋰作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)

B.Li+通過有機(jī)電解質(zhì)向水溶液處移動

C.正極的電極反應(yīng)：O2+4e-=2O2-

D.電池總反應(yīng)：4Li+O2+2H2O=4LiOH

[分析]將這個鋰—空氣電池與總結(jié)的模型結(jié)合起來，該自發(fā)的氧化還原反應(yīng)是4Li+O2+2H2O=4LiOH。金屬鋰作負(fù)極，通氧氣的一極是正極，外電路電子由負(fù)極到正極，形成電流，內(nèi)電路Li+由負(fù)極到正極，也就是通過有機(jī)電解質(zhì)向水溶液處移動。電子和離子的定向移動，使兩極的電荷保持平衡。

例2（2018年浙江11月選考，17）：最近，科學(xué)家研發(fā)了“全氫電池”，其工作原理如圖4所示。下列說法不正確的是（? ）。

A.右邊吸附層中發(fā)生了還原反應(yīng)

B.負(fù)極的電極反應(yīng)式是H2-2e-+2OH-=2H2O

C.電池的總反應(yīng)是2H2+O2=2H2O

D．電解質(zhì)溶液中Na+向右移動，ClO4-向左移動

[分析]全氫電池不同于常見電池，其本質(zhì)是電池中兩極存在的電勢差促使兩極得失電子。本例題若套用上述研究模式可以輕松解決。根據(jù)電子移動方向判斷正負(fù)極和離子移動方向，電極反應(yīng)式書寫的部分，按照列物質(zhì)、標(biāo)得失、選離子和水配電荷守恒和原子守恒這幾步來解決。

例3：某原電池裝置如圖5所示，電池總反應(yīng)為2Ag

+Cl2=2AgCl。下列說法正確的是（? ）。

A．正極反應(yīng)AgCl+e-=Ag+Cl-

B．放電時，交換膜右側(cè)溶液中有大量白色沉淀生成

C．若用NaCl溶液代替鹽酸，則電池總反應(yīng)隨之改變

D．當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.01??mole-時，交換膜左側(cè)溶液中約減少0.02??mol離子

[分析]該題中，根據(jù)總反應(yīng)式和兩極電極材料，可判斷AgCl/Ag為負(fù)極，Ag-e-+Cl-=AgCl；Pt為正極，Cl2+2e-=2Cl-。陽離子通過交換膜H+使兩極室保持電中性，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.01??mole-時，負(fù)極室減少了0.02??mol負(fù)電荷（失去了0.01??mole-和0.01??molCl-）。為了保持電中性，需要減少0.02??mol正電荷，因此就有0.02??molH+轉(zhuǎn)移到正極室。再看正極室，生成了0.02??molCl-，即增加了0.02??mol負(fù)電荷，加上從負(fù)極遷移來的0.02??molH+，也就使正極保持了電中性。

3? ?教學(xué)啟示與反思

對原電池和電解池進(jìn)行解析，總結(jié)出一般模型，能使學(xué)生以后遇到原電池問題時，積極利用模型，分解與概括復(fù)雜的問題，并在知識建構(gòu)與模型認(rèn)知中培養(yǎng)化學(xué)核心素養(yǎng)。這樣，學(xué)生在解決化學(xué)問題中形成的建模能力是建立在正確表征化學(xué)問題的基礎(chǔ)上的，有助于他們運(yùn)用數(shù)理方法或邏輯方法將化學(xué)實(shí)際問題抽象成用化學(xué)語言表述的模型，并將之運(yùn)用于對模型進(jìn)行檢驗，提升解決相關(guān)化學(xué)實(shí)際問題的能力［1］。

【參考文獻(xiàn)】

[1]袁野.什么是高中生化學(xué)問題解決中的建模能力[J].化學(xué)教與學(xué),2010(3).