如何設(shè)計(jì)化學(xué)電源

孔吉鵬 張維平

摘 要：原電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，原電池知識(shí)是高考化學(xué)考查的重點(diǎn)，尤其是給定了化學(xué)反應(yīng)方程式，讓學(xué)生設(shè)計(jì)原電池這一類自主探究性題目對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)束手無(wú)策，本文從原電池的本質(zhì)、反應(yīng)條件、反應(yīng)原理、設(shè)計(jì)步驟入手粗淺論述自己的一點(diǎn)體會(huì)。

關(guān)鍵詞：氧化還原反應(yīng);原電池;設(shè)計(jì)

原電池知識(shí)是高考化學(xué)考查的重點(diǎn)，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，尤其是給定了化學(xué)反應(yīng)方程式，讓學(xué)生設(shè)計(jì)原電池這一類自主探究性的題目，大部分學(xué)生感到老虎吃天無(wú)從下手，但細(xì)細(xì)琢磨還是有法可循。下面我就這一類題目的做法淺談一些體會(huì)。

一、明反應(yīng)，抓實(shí)質(zhì)

原電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，既然與電流有關(guān)，結(jié)合物理學(xué)知識(shí)定有電流流過(guò)，必定有電子的定向移動(dòng)，而原電池能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，說(shuō)明此反應(yīng)的過(guò)程中肯定有電子的轉(zhuǎn)移問(wèn)題，回顧我們所學(xué)的化學(xué)反應(yīng)，只有氧化還原反應(yīng)才有電子的轉(zhuǎn)移問(wèn)題，所以原電池反應(yīng)的本質(zhì)就是氧化還原反應(yīng)，明白這一點(diǎn)至關(guān)重要。

二、明條件，熟原理

設(shè)計(jì)原電池除明白其實(shí)質(zhì)外，還應(yīng)明白原電池的形成條件，對(duì)原電池的形成條件可以簡(jiǎn)單的概括為“兩極”、“一線”、“一溶液”、“自發(fā)”。所謂“兩極”指的是原電池的正負(fù)極通常情況下選擇活潑性不同的兩種金屬或一種是金屬另一種是非金屬，通?；顫娊饘僮髫?fù)極，不活潑金屬作正極;“一線”是指用導(dǎo)線將兩極連接起來(lái)形成閉合回路;“一溶液”是指要有電解質(zhì)溶液;“自發(fā)”是指負(fù)極材料能與電解質(zhì)溶液能夠進(jìn)行氧化還原反應(yīng)（這里燃料電池除外）。除了明白原電池的形成條件外，還應(yīng)該熟悉兩極上的電極反應(yīng)，通常情況下原電池的負(fù)極本身發(fā)生氧化反應(yīng)，（這里燃料電池除外）如電極反應(yīng)式為（M-ae-=Ma+，其中M代表金屬，a代表電子個(gè)數(shù)）。正極上發(fā)生還原反應(yīng)，但應(yīng)明白發(fā)生還原反應(yīng)的不是正極本身而是正極附近電解質(zhì)溶液里的陽(yáng)離子，陽(yáng)離子得到的電子是負(fù)極失去的電子，電子是通過(guò)導(dǎo)線傳到了正極上。故正極附近溶液里的陽(yáng)離子發(fā)生了還原反應(yīng)，如電極反應(yīng)式為（Aa++ae-=A其中Aa+表示溶液里的陽(yáng)離子，a表示陽(yáng)離子得到的電子個(gè)數(shù)）。以上兩極反應(yīng)的原理簡(jiǎn)記為“負(fù)氧正還”（其含義為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)）總反應(yīng)是將兩個(gè)電極反應(yīng)在得失電子數(shù)目相等的前提下，將正負(fù)極的電極反應(yīng)相加即可。

三、剖反應(yīng)、巧設(shè)計(jì)

在原電池內(nèi)容的教學(xué)中，要求層次比較高的一類題目是將所給的化學(xué)反應(yīng)方程式設(shè)計(jì)成原電池。此類題目的頻繁出現(xiàn)非常符合當(dāng)今高中化學(xué)新課程改革的要求，充分體現(xiàn)了化學(xué)教學(xué)中自主性和探究性的統(tǒng)一，但就是這樣一類題目是學(xué)生們的弱點(diǎn)，教師教學(xué)的難點(diǎn)，可是細(xì)細(xì)品味仍有規(guī)律可循。下面以2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2為例說(shuō)明設(shè)計(jì)化學(xué)電源的具體步驟。

（一）抓基礎(chǔ)、看變化、定兩極

前面我們已經(jīng)分析了原電池反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。所以一定要抓住氧化還原反應(yīng)這個(gè)基礎(chǔ)，找出氧化還原反應(yīng)中的前后變化，把氧化還原反應(yīng)分解為氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)從而確定原電池的正極負(fù)極。如在2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2中先析元素化合價(jià)的變化銅元素的化合價(jià)Cu0失e-Cu+2Cl2（發(fā)氧化反應(yīng)）作原電池的負(fù)極，鐵元素的化合價(jià)F+3eCl3得e-Fe+2Cl2（發(fā)生還原反應(yīng)）作原電池的正極。

（二）確定電極材料及電解質(zhì)溶液

上面我們已經(jīng)明白了兩個(gè)半反應(yīng)且確定了正負(fù)極，現(xiàn)在再結(jié)合形成原電池的條件，在此基礎(chǔ)上確定電極材料及電解質(zhì)溶液就易如反掌，如上述實(shí)例中，負(fù)極材料為Cu，正極材料可以為石墨或鉑或比Cu不活波的其他金屬。電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液，一切問(wèn)題迎刃而解。

（三）畫示意圖，用原理檢驗(yàn)

明確了正負(fù)極材料及電解質(zhì)溶液后，將設(shè)計(jì)好的原電池畫出示意圖，如上述反應(yīng)實(shí)例的原電池示意圖為：

最后將畫好的示意圖用前面的原電池的兩極反應(yīng)原理“負(fù)氧正還”在草稿本上分別寫出電極反應(yīng)，將兩個(gè)電極反應(yīng)相加所得的就是總反應(yīng)方程，然后檢驗(yàn)寫出的總反應(yīng)方程是否與所給的化學(xué)反應(yīng)方程式一致。如果一致設(shè)計(jì)是正確的否則是錯(cuò)誤的應(yīng)重新設(shè)計(jì)檢查，直到正確為止。

偉大領(lǐng)袖毛主席說(shuō)過(guò)“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，我們的教學(xué)不能僅僅停留在學(xué)生難以理解的理論上，氧化還原反應(yīng)很抽象，是高中教學(xué)的一個(gè)制高點(diǎn)，有時(shí)候只學(xué)會(huì)了理論與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系不上，只能是紙上談兵毫無(wú)實(shí)際意義，培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生就是高分低能是我們教育的失敗和悲哀！如何改變這種現(xiàn)狀和提高教學(xué)的實(shí)效性呢？就要聯(lián)系社會(huì)生活，生活中的化學(xué)電源是如何制造出來(lái)的呢？他們的工作原理又是怎樣的呢？從理論到實(shí)踐，再?gòu)膶?shí)踐到理論的學(xué)習(xí)模式，教學(xué)效果甚好?；瘜W(xué)教學(xué)中類似這樣的問(wèn)題還有很多，只要我們?cè)谄綍r(shí)多留意及時(shí)加以歸納總結(jié)就會(huì)收獲成功，收獲希望。世上無(wú)難事只怕有心人，讓我們從這教學(xué)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴中，與學(xué)生一起合作探究、揚(yáng)帆起航。以上是我實(shí)際教學(xué)中的一點(diǎn)體會(huì)，寫下來(lái)在這里呈上供同仁參考，不當(dāng)之處敬請(qǐng)批評(píng)指正我將不甚感激。

參考文獻(xiàn)：

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