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

(遼寧省本溪市高級中學(xué) 遼寧 本溪 117000)

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(diǎn)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(jìn)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(fù)極。

1.5 兩極反應(yīng):

1.6 電池反應(yīng):將負(fù)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(fù)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(qiáng)的金屬為負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)極→正極 電流：正極→負(fù)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(fù)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(fù)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?yàn)閆n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(fù)極)的電極方程式，可得出負(fù)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

(1)

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

(1)-(2)得負(fù)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(jià)升高的數(shù)值(降低的數(shù)值),進(jìn)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)).

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(fù)電荷,或右邊加4個單位正電荷,均可使左右達(dá)到電荷守恒。但題中給的是堿性電解質(zhì)，提供帶負(fù)電荷的OH-離子，只能選擇左邊加4個單位負(fù)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(diǎn)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。