對原電池實施整體化教學(xué)的探索

徐衍華

(山東省日照黃海高級中學(xué) 276800)

一、設(shè)計原電池對化學(xué)反應(yīng)的要求

什么是原電池？原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置.根據(jù)能量轉(zhuǎn)化守恒定律，放熱自發(fā)氧化還原反應(yīng)內(nèi)部的化學(xué)能通過電子定向移動以電能的形式釋放出來.如

ΔH<0

該反應(yīng)可以把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，能設(shè)計成原電池.非氧化還原反應(yīng)無電子轉(zhuǎn)移，無法通過形成電流這種形式實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，不能設(shè)計成原電池.如

ΔH<0

該反應(yīng)雖然對外釋放能量，但不是氧化還原反應(yīng)，無電子轉(zhuǎn)移，化學(xué)能不能直接轉(zhuǎn)化為電能，不能設(shè)計成原電池.所以放熱自發(fā)的氧化還原反應(yīng)是設(shè)計原電池對化學(xué)反應(yīng)的要求.

二、構(gòu)成原電池對硬件設(shè)備的要求

要實現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化，除了對化學(xué)反應(yīng)有要求外，還需要相應(yīng)的硬件設(shè)備：

1.有兩個導(dǎo)電的電極.

一般情況：要有兩個活性不同的電極；特殊情況：若是燃料電池，可以用惰性金屬鉑或石墨作電極，電極材料可以相同.

2.要有電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì).

3.構(gòu)成閉合回路.

上述要素結(jié)合在一起就可實現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化.

三、原電池正負(fù)極的判斷方法(以Cu-Zn-H2SO4原電池為例)

原電池都有正負(fù)極，如何確定正負(fù)極？在銅、鋅硫酸銅構(gòu)成的原電池中，根據(jù)電子的流向可以得出以下結(jié)論：

這一結(jié)論不僅適應(yīng)于銅鋅稀硫酸構(gòu)成的原電池，同樣可以適應(yīng)于其他原電池，因此這一結(jié)論可以推廣運(yùn)用到其他原電池正負(fù)極的判斷.

通常原電池正負(fù)極可從以下五個不同的角度進(jìn)行判斷：

負(fù)極：金屬活性較強(qiáng)的極→失電子的極→電子流出的極→發(fā)生氧化反應(yīng)的極→陰離子移向的極

正極：金屬活性較弱的極→得電子的極→電子流入的極→發(fā)生還原反應(yīng)的極→陽離子移向的極

在判斷原電池的正負(fù)極時，應(yīng)根據(jù)實際反應(yīng)，靈活運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)，從合適的角度做出判斷.

四、原電池外電路的正負(fù)極與內(nèi)電路的陰陽極的對應(yīng)關(guān)系

大家知道：在電解池中，離子移動遵循“陰離子移向陽極，陽離子移向陰極”的規(guī)律.在原電池中離子移動同樣遵循這一規(guī)律.電解池的陽極、陰極分別由外接電源的正極、負(fù)極決定.原電池中內(nèi)外電路共用同一電極，放電時，陰離子移向陽極，也就是外電路的負(fù)極，陽離子移向陰極，也就是外電路的正極.外電路的正極、負(fù)極分別對應(yīng)內(nèi)電路陰極、陽極，這一結(jié)果仍然符合“陰離子移向陽極，陽離子移向陰極”，只是表述角度不同.

外電路 (Cu)正極 (Zn) 負(fù)極

內(nèi)電路 (Cu)陰極 (Zn) 陽極

但要注意陰陽極和正負(fù)極是不同的概念，陰陽極在原電池中用得比較少，主要描述電解池.

五、原電池內(nèi)、外電路的導(dǎo)電微粒

導(dǎo)電情況如圖所示.

在原電池中，外電路為電子導(dǎo)電，內(nèi)電路為陰陽離子導(dǎo)電，導(dǎo)電微粒不能替代，可以簡單理解為“離子不上岸，電子不下水”.

六、原電池電極反應(yīng)式的書寫方法

原電池種類繁多，內(nèi)容多樣，形式千變?nèi)f化，要準(zhǔn)確寫出電極反應(yīng)式?jīng)Q非易事，但這也并非無章可循.筆者根據(jù)多年的教學(xué)感悟覺得可按以下順序分析.

例如鉛蓄電池是最常見的二次電池，放電時總反應(yīng)方程式如下式，利用“單線橋”法標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目:

根據(jù)氧化還原知識容易判斷：Pb失去電子生成Pb2+，是負(fù)極材料.主觀臆想中負(fù)極的電極反應(yīng)式是

書寫電極反應(yīng)式不能憑常規(guī)經(jīng)驗，主觀臆想，必須結(jié)合電解質(zhì)性質(zhì)，從反應(yīng)實際出發(fā).

原電池體系是個系統(tǒng)知識的綜合體，對原電池實施整體化教學(xué)，從多個角度全面把握認(rèn)識原電池，建立各知識點(diǎn)間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，能有效地防止原電池知識的“孤立化、碎片化”.

參考文獻(xiàn)：

[1]曹錫章,宋天佑,王杏喬.無機(jī)化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1994.

[2]江敏.發(fā)現(xiàn)人類思維的脈絡(luò)—“原電池”教學(xué)實踐與思考[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2014(12)：37-38.