如何快速讓學(xué)生掌握原電池原理及電極方程式的書寫

郭娜

摘要：一場疫情，讓全國各地的學(xué)校開始了網(wǎng)上教學(xué)。但網(wǎng)上授課有它的局限性，上傳的膠囊課內(nèi)容學(xué)生掌握的情況如何？無法準(zhǔn)確體現(xiàn)。自律性差的學(xué)生不能及時面對面把它存在的問題與老師進行溝通。

關(guān)鍵詞：原電池;電極方程式

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻標(biāo)識碼：B ? ?文章編號：1672-1578（2020）26-0215-02

由于我們學(xué)校整合了必修二和選修四的原電池知識，原電池屬于氧化還原反應(yīng)原理的應(yīng)用。一部分同學(xué)在必修一的時候，氧化還原反應(yīng)這部分知識點就不過關(guān)。學(xué)習(xí)這一章的狀態(tài)可想而知。針對班里邊這部分學(xué)生，先引導(dǎo)他們重新溫習(xí)必修一氧化還原反應(yīng)學(xué)案。然后幫助他們把原電池原理及電極方程式的書寫進行了重新梳理和歸類。

1.原電池的知識規(guī)律

1.1 能量轉(zhuǎn)化：化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能。

1.2 原電池的構(gòu)成原理：放熱的氧化還原反應(yīng)。

1.3 構(gòu)成原電池的條件：

（1）兩個活性不同的電極。（兩種活性不同的金屬，或金屬和能導(dǎo)電的非金屬。燃料電池例外，燃料電池的兩極材料可以相同。）

（2）兩電極必須浸在電解質(zhì)溶液中。（可以是水溶液;或熔融的鹽;或熔融的氧化物。）

（3）兩極之間要用導(dǎo)線連接，構(gòu)成閉合回路。

1.4 兩極名稱：正極、負極。

1.5 兩極反應(yīng)：

1.6 電池反應(yīng)：將負極和正極的電極反應(yīng)相加，得到的即為原電池的總反應(yīng)。

1.7 謹(jǐn)記：電子在導(dǎo)線中流動，離子在溶液中遷移。即”電子不下水，離子不上岸”。

小結(jié)：（以銅鋅原電池為例）

2.原電池正、負極的判斷方法

2.1 根據(jù)組成原電池的兩級材料判：一般是活潑性較強的金屬為負極;活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。但不要形成“活潑金屬一定做負極”的思維定勢。如：

甲圖中稀硝酸作電解質(zhì)溶液，金屬鐵比銅活潑，所以Fe作負極;乙圖中，鐵在濃HNO3中鈍化，銅在濃HNO3中發(fā)生氧化還原反應(yīng)失電子作負極。

2.2 根據(jù)原電池兩極發(fā)生反應(yīng)的類型來判斷：原電池的負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)。

2.3 根據(jù)電子流動方向或電流方向判斷：

電子：負極→正極 ?電流：正極→負極

2.4 根據(jù)原電池中電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向移動方向判斷：

2.5 根據(jù)電極的質(zhì)量變化或電池中的現(xiàn)象判斷：工作之后電極質(zhì)量增加或有氣泡產(chǎn)生的電極通常為正極。電極質(zhì)量減輕的通常為負極。但也有例外：比如鉛酸蓄電池工作之后，兩電極的質(zhì)量均增加。而氫氧燃料電池，工作之后兩電極的質(zhì)量都不會發(fā)生改變。

3.原電池原理的應(yīng)用

3.1 比較金屬的活動性：通常比較活潑的金屬作負極。

3.2 比較陽離子的氧化性：

3.3 加快化學(xué)反應(yīng)速率：鋅與稀硫酸反應(yīng)制H2時，加入少量CuSO4溶液或Cu粉或CuO。均可使反應(yīng)速率加快。因為Zn置換出來的Cu在H2SO4溶液中構(gòu)成了銅鋅原電池。能形成原電池的氧化還原反應(yīng)比普通的氧化還原反應(yīng)速率要快。

3.4 制作化學(xué)電源：一次電池、二次電池（可充電電池）、燃料電池。

4.電極方程式書寫方法：（1）反應(yīng)式的相減法。（2）守恒法。

4.1 反應(yīng)式相減法：用電池總反應(yīng)式減去正極（負極）的電極方程式，可得出負極（正極）的電極方程。此法適用于其中一極的電極方程式較容易寫出，而另一極不易寫出的情況，利用反應(yīng)式相減法。先寫出易寫的一極電極反應(yīng)，再用總反應(yīng)減去寫出的這級電極方程式，即得到較難寫的另一極電極方程式。如：

NH3燃料電池（堿性介質(zhì)）：

總反應(yīng)：4NH3+3O2=2N2+6H2O

正極反應(yīng)： 3O2+12e-+6H2O=12OH- （容易寫出）（2）

（1）-（2）得負極反應(yīng)： 4NH3+12OH- -12e-=2N2+12H2O

4.2 守恒法：按電子守恒→電荷守恒→原子守恒的“三恒”順序。

首先由總反應(yīng)確立元素化合價升高的數(shù)值（降低的數(shù)值），進而確立失去的電子數(shù)（得到的電子數(shù)）;再由電荷守恒確定參與反應(yīng)的介質(zhì)（H+或OH-或H2O）物質(zhì)的量;最后由原子守恒得出完整的電極方程式。如：

N2H4燃料電池（堿性介質(zhì)）.

Ⅰ.依據(jù)總反應(yīng)：N2H4+O2=N2+2H2O （1） 可知：

Ⅱ.平衡電荷：左邊失4e-帶4個單位正電荷，右邊電中性。故左邊加4個單位負電荷，或右邊加4個單位正電荷，均可使左右達到電荷守恒。但題中給的是堿性電解質(zhì)，提供帶負電荷的OH-離子，只能選擇左邊加4個單位負電荷，即4OH-。 N2H4-4e-+4OH-→N2

Ⅲ.根據(jù)N、H、O原子個數(shù)守恒配平左右兩邊： N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O （2）

（1）-（2）得正極反應(yīng)：O2+2H2O+4e-=4OH-

總之，課堂來不得半點虛假，熟能生巧，天道酬勤。原理記牢，勤寫多練。那么原電池知識無論怎么抽象困難，都能迎刃而解。

參考文獻：

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[2] 馮存良，吳冬生.掌握兩池，突破電化學(xué)[J].求學(xué)，2018（37）：3-3.

[3] 郭小明.原電池電極反應(yīng)式的書寫方法[J].科技風(fēng)，2018（30）：1-1.