高中化學(xué)教學(xué)中關(guān)于原電池與電解池的綜合分析

摘要： 原電池和電解池是氧化還原反應(yīng)原理的具體應(yīng)用，探究電極反應(yīng)發(fā)生的原因， 是理解及應(yīng)用原電池、電解池的前提和關(guān)鍵。因此，在分析、研究原電池或電解池的問題時(shí)，要緊緊抓住氧化還原反應(yīng)這一主線索。

關(guān)鍵詞： 原電池 電解池 電極 電極反應(yīng) 綜合應(yīng)用

一、原電池與電解池的區(qū)別與判斷

在“原電池”與“電解池”的教學(xué)中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)一些學(xué)生不會區(qū)別與判斷原電池與電解池，這與學(xué)生缺乏感性知識，以及知識上的遺忘有很大的關(guān)系。盡管這兩部分內(nèi)容教材中都安排了演示實(shí)驗(yàn)，但這兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的能見度比較低，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置都是小型的，后排學(xué)生不能清楚地看到實(shí)驗(yàn)裝置，因此印象不深，記憶不牢。再則學(xué)生高二學(xué)原電池，高三才學(xué)電解池，相隔半年，一些學(xué)生不能把前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的記憶與半年后的眼前的實(shí)驗(yàn)裝置來加以對比、區(qū)別，這就造成在以后的練習(xí)題中無法根據(jù)課本知識來加以區(qū)別與判斷。解決這個(gè)問題比較好的方法是將教師演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，并且兩套實(shí)驗(yàn)同時(shí)做，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析、研究相似點(diǎn)與不同點(diǎn)，總結(jié)它們的根本不同點(diǎn)在于電解池是一定要有外接電源，而原電池是不需要外接電源的。這種實(shí)驗(yàn)探究法效果較好，學(xué)生的遺忘率也大大降低。

二、原電池正負(fù)極的判斷與電極反應(yīng)的書寫

關(guān)于電源正負(fù)極的判斷一定要求學(xué)生明確：當(dāng)正負(fù)極都由金屬組成時(shí)，則誰是活潑金屬，誰就為負(fù)極。這樣，學(xué)生就能很容易地運(yùn)用金屬活動順序表來正確判斷原電池的正負(fù)極，從而能正確地書寫電極反應(yīng)式，同時(shí)還要強(qiáng)調(diào)負(fù)極的金屬總是失去電子，即：M-ne ＝M 。而原電池正極上的電極反應(yīng)則必須根據(jù)電解液的成分來決定，電解液成分不同，在正極上的電極反應(yīng)也不同。例如在鋅錳干電池中，用鋅片做負(fù)極，碳棒為正極，氯化銨飽和溶液為電解液。這時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)當(dāng)然是：Zn－2e ＝Zn ，但正極的電極反應(yīng)卻是：2NH+2e ＝2NH ↑+H ↑；如果氯化鈉飽和溶液電解液，則正極的電極反應(yīng)卻是：2H +2e ＝H ↑。

三、電解池中陰陽極的判斷

在電解池中，陰陽極的判斷就方便多了。因?yàn)椴徽摵畏N情況，不論電極材料由什么組成或電解液是什么，與外接電源正極相聯(lián)的一定是陽極，而陽極的電極反應(yīng)一定是氧化反應(yīng)，即一定是電極材料失電子而被消耗的反應(yīng)（金屬材料為電極）；或是電解液中的陰離子移動到陽極（隋性材料為電極）上失去電子生成相應(yīng)的電解產(chǎn)物。與外接電源負(fù)極相聯(lián)接的就一定是陰極，而陰極起的電極反應(yīng)一定是還原反應(yīng)，即一定是電解液中的陽離子移動到陰極上得到電子，生成相應(yīng)的還原產(chǎn)物。

四、電解池中電極材料、電解液與電解產(chǎn)物的關(guān)系

電解池的電極材料與電解液的被電解有密切的關(guān)系，分兩種情況：

（一）電極材料為惰性電極，如鉑電極、碳棒等。惰極電極可不必考慮其參加反應(yīng)，而只須考慮電解液中各種陰陽離子在電極上的反應(yīng)。在相同電解條件下，如果電解液中幾種金屬陽離子同時(shí)存在，則可按金屬活動順序表，越不活潑的金屬離子越容易在陰極上獲得電子析出；如果電解液中有幾種陰離子同時(shí)存在時(shí)，則可按S ＞I ＞Br ＞Cl ＞OH ＞NO＞SO的順序在陽極上放電析出。

（二）電極材料為非惰性材料時(shí)，既要考慮電極的材料，又要考慮電解液中的離子。這也分兩種情況：

當(dāng)陰陽兩極的電極材料與溶液中陽離子是同種元素時(shí)，這可以應(yīng)用到電解精煉方面。例如電解粗銅制精銅。含有雜質(zhì)的銅為陽極，純銅薄片為陰極，銅鹽溶液為電解液，通電后兩極發(fā)生如下的反應(yīng)：

在陽極：Cu-2e ＝Cu

在陰極：Cu +2e ＝Cu

在相同電解條件下，當(dāng)在陽極不斷溶解時(shí)，一些位于金屬活動順序表中銅以前的雜質(zhì)元素如鐵、鋅、鎳等失去電子變成離子而進(jìn)入溶液，如：Fe-2e ＝Fe ；Ni-2e ＝Ni 等。但當(dāng)它們進(jìn)入溶液處于離子狀態(tài)時(shí)，它們就比Cu 難得到電子，所以只要控制好電解電壓，它們就不能在陰極獲得電子而析出，只能留在溶液里。而位于金屬活動性表中銅以后的雜質(zhì)元素如銀、金等，因?yàn)榻o出電子的能力比銅弱，所以不能失去電子成離子狀態(tài)而進(jìn)入溶液，而只能以金屬單質(zhì)的形式沉落在電解池底部，這部分雜質(zhì)叫做陽極泥。其中包含著多種銅以后金屬。把陽極泥加以處理提煉就能得到金、銀等貴重金屬。

當(dāng)陰陽兩極的電極材料與溶液中陽離子不是同種元素，如陰極上吊鍍件，陽極用耐腐蝕的各種金屬，再配以跟陽極相同元素的電解液，這就是電鍍。

如果把船體接在電池的負(fù)極，電池的正極接碳棒，并將碳棒浸沒在海水中。這樣船體作為陰極被保護(hù)起來不易被海水腐蝕，這稱之為陰極保護(hù)法。簡單地講述上面這些內(nèi)容，對擴(kuò)大學(xué)生的知識面，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣大有裨益。

五、原電池及電解池的綜合應(yīng)用

要正確解答培養(yǎng)能力和發(fā)展智力的綜合題，就必須綜合運(yùn)用原電池與電解池的各方面知識。否則學(xué)生不是束手無策，就錯(cuò)誤百出。

例如：按下圖裝置的實(shí)驗(yàn)，你能回答下列問題嗎？

（1）指出圖中哪個(gè)是原電池，并指出正負(fù)極。

（2）寫出原電池兩極的反應(yīng)式。

（3）寫出（C）池中兩極的反應(yīng)式，指明陰陽極。向池中滴入酚酞劑發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？

（4）如（D）為電鍍池，往鍍件上鍍鋅，鍍件與鋅分別和原電池哪一極相連？電鍍液含什么離子？

分析：

在（A）（B）（C）三池中都有化學(xué)活潑性不同的兩種金屬電極，但（Ｃ）池裝的是氯化鋇溶液，電極材料是Fe與Pt，都不會與電解液起置換反應(yīng)，所以不能構(gòu)成原電池。而（A）池與（B）池都是兩個(gè)我們學(xué)習(xí)過的原電池，而且是串聯(lián)。由此可作如下回答：

（1）圖中（A）（B）為原電池且串聯(lián)成電池組。（A）池中的Cu為電池組的正極，（B）池中的Zn為電池組的負(fù)極。

（2）電極反應(yīng)為：

正極：2H +2e ＝H ↑

負(fù)極：Zn-2e ＝Zn

（3）（C）池此時(shí)已成了電解池，所以電極反應(yīng)如下：

陽極（Pt）：2Cl -2e ＝Cl ↑

陰極（Fe）：2H +2e ＝H ↑

總電解反應(yīng)為：BaCl +2H O＝Ba(OH) +H ↑+Cl ↑

此時(shí)向（3）池中滴入酚酞，陰極附近的水電離出的H 得e 變成了H 而逸出，造成溶液中OH 濃度大于H 濃度，所以當(dāng)?shù)稳敕犹芤簳兗t。

（4）鍍件按在β處與原電池負(fù)極（Zn）相聯(lián)，鍍件為陰極，鋅板接在a處與電池正極（Cu）相連，鋅板為陽極，電鍍液中應(yīng)含有Zn 。

綜上所述，中學(xué)化學(xué)中原電池與電解池部分的內(nèi)容是綜合性的，它涉及幾乎全部常見的金屬陽離子和常見的陰離子的性質(zhì)，還包括一部分有關(guān)電學(xué)方面的知識。這部分教材由于其內(nèi)容與工業(yè)生產(chǎn)及日常生活有較密切的關(guān)系，如電鍍、電冶、防腐、凈化生活用水等，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的良好素材，同時(shí)學(xué)習(xí)這些內(nèi)容對培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，以及學(xué)生在將來的工作中都有重要的作用。我們在教學(xué)中要加以重視。

參考文獻(xiàn)：

［1］傅獻(xiàn)彩，陳瑞華.物理化學(xué).高等教學(xué)出版社，1979.

［2］楊德壬，朱福森，趙泓，林紀(jì)筠.無機(jī)化學(xué).上海科學(xué)技術(shù)出版社，1983.

［3］張茹芬，李志洪等.狀遠(yuǎn)之路（化學(xué)）.北京教育出版社，2007.

［4］鄧均，蔣大鳳.海定名題#8226;聯(lián)通訓(xùn)練.東北師范大學(xué)出版社，2001.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>