试论电化学学习中“懂而不会”现象的有效策略

作者: 来源: 发布时间:2018年10月12日 点击数:

试论电化学学习中懂而不会现象的有效策略

                                   张晓   

摘要:电化学是《化学反应原理》的核心内容之一,也是高考中把化学用于联系生活和生产的桥梁之一。在教学中应重视基本知识的落实,突破重难点,实现学生知识应用能力的提升,从而突破学生“懂而不会”的困境。

关键词:原电池  电解池   

  • 考情分析

高考中电化学是高频率出现的考点之一,因为电化学是化学在生活生产中应用比较广泛的知识点,2017年全国高考化学考试大纲中要求:理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式(曾经的“了解”变“理解”);了解常见化学电源的种类及其工作原理。可见高考对电化学的要求逐渐提高,而且电化学与化学相关知识联系较为紧密,诸如氧化还原反应,元素化合物知识。

例  (2018.4•浙江选考节选)以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料,通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH],装置如图1所示。

(1) 收集到(CH3)4NOH的区域是______(填a、b、c或d)。

(2) 写出电池总反应________。

 

 

点评:2018浙江卷中根据阳离子交换膜只允许阳离子通过,可知四甲基氯化铵是离子化合物,故此题相当于电解食盐水(背景材料来源于教材),所以收集到产物(CH3)4NOH(相当于NaOH)的区域是d,根据所给信息,阴极发生2H2O+2e=H2↑+2OH-  阳极发生2Cl-﹣2e=Cl2↑。根据参与电极反应的物质实际是H2O和(CH3)4NCl,把(CH3)4N+看成是Na+,则产物是(CH3)4NOH,H2和Cl2。写出电池总反应2(CH3)4NCl+2H2O2(CH3)4NOH+H2↑+Cl2↑(类似教材中电解食盐水的总反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑)此题启示我们高考复习必须回归教材。

  二、考情解密

电化学怎么考,难度多少?关键还是熟练掌握电化学的基本原理,这是分析电化学的依

据。原电池的基本知识1.工作原理,盐桥的作用;2.形成条件;3.正负极的判断和电子流向的判断;4.电解质溶液中离子的移动方向;5.电极反应式书写;6.各种类型的化学电源及设计简单原电池。电解池的基本知识:1.工作原理;2.形成条件;3.阴阳极的判断和电子的流向判断;4.电解质溶液中离子的移动方向;5.电极反应式书写 ;6.掌握活性电极和惰性电极及阴阳离子在两极的放电顺序; 7.电解类型及电解应用。高考中无论题型的变化还是题目难易的变化,课本中最基本、最核心的内容依然是高考的重点。但是纯粹的知识性题目比例较少,而是需要把课本知识与生活、生产、社会热点、环境联系起来,达到知识的应用的目的,从而提升学生的能力。

  • 判断池型
  1. 原电池和电解池的判断;2.原电池的正负极判断及反应;3.电解池的阳阴极判断及反应。

这些判断较为简单。原电池和电解池统称为电池,如果将多个电池串联在一起,综合考查电化学知识是近年来高考命题的热点,该类题目能够考查学生对解题方法的掌握情况,需要学生具有缜密的思维能力及巧妙的处理数据的能力。串联电池首先要判断电池类型:有外接电源的为电解池;无外接电源电源的如果能自发发生氧化还原反应的为原电池,不能自发发生氧化还原的为电解池。池型的判断是解题的首要前提。

例  某同学按下图所示的装置进行实验。A,B为两种常见金属,它们的硫酸盐可溶于水,当K闭合时,Y极上产生黄绿色气体。下列分析正确的是(  )

A.溶液中c(A2+)减小

B.B极的电极反应:B-2e=B2+

C.Y电极上有Cl2产生,发生还原反应

D.反应初期,X电极周围出现白色胶状沉淀

 

点评:根据Y极有黄绿色气体生成,Y极电极反应为2Cl-2e=Cl2↑,即Y为电解池的阳极,那么左边装置图为原电池,右边装置图为电解池。自然判断出B为原电池的正极,A为原电池的负极。故A极的电极反应为A-2e=A2+,溶液中c(A2+)增大,A错误;B极为正极,发生还原反应,B错误;右边U形管中最初为电解AlCl3溶液,X电极为H放电,c(H)减小,c(OH)增大,且Al3+移向X极,因此会产生Al(OH)3白色胶状沉淀,D正确。在这道题目中还涉及到了隔膜,隔膜又叫离子交换膜,由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类:(1)阳离子交换膜,简称阳膜,只允许阳离子通过,即允许H和其他阳离子通过,不允许阴离子通过。(2)阴离子交换膜,简称阴膜,只允许阴离子通过,不允许阳离子通过。(3)质子交换膜,只允许H通过,不允许其他阳离子和阴离子通过。隔膜主要起到了两点作用(1)能将两极区隔离,阻止两极区产生的物质接触,防止发生化学反应。(2)能选择性的通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

四、电极反应(包括充放电时的电极反应式的书写)

近几年高考中的新型电池种类繁多,“储氢电池”、“高铁电池”、“海洋电池”、“燃料电池”、“锂离子电池”等,解析这类考题,除了理解常见的化学电源种类及原电池的工作原理,还要会书写电极反应式等。书写原电池或电解池的电极反应,首先根据电池的工作原理准确判断正负极或阴阳极,然后结合电解质溶液确定电极产物,最后根据质量守恒和电荷守恒写出电极反应式。

例  (2016�浙江,28节选)研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在      极,该电极反应式是_______________________________       。

点评:根据题意,二氧化碳在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,CO2中C呈+4价,CH3OH中C呈-2价,结合反应前后碳元素化合价变化,可知碳元素的化合价降低,得到电子,故该电极为阴极,电极反应式为CO2+6H+6e===CH3OH+H2O。

  • 定量计算

考查定量计算一般涉及到较难书写的电极反应式。定量计算综合考查了学生提取信息

的能力,判断能力和知识的迁移能力。原电池和电解池的相关计算通常涉及以下几方面:①电子转移的量;②两极产物的物质的量或质量;③溶液pH的变化;⑤根据电极反应求算能让电解质溶液恢复原样的所需物质的物质的量等。

例   用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为(    )

A.0.4 mol   B.0.5 mol     C.0.6 mol   D.0.8 mol

点评:电解硫酸铜时,硫酸铜和水反应生成铜、氧气和硫酸,反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复原电解质溶液。而题中加入的是碱式碳酸铜能恢复到电解前的浓度,说明后来还电解水生成氢气与氧气。相当于加入了0.2 mol氧化铜和0.1 mol水,而0.1 mol水是第二阶段的反应所消耗的,该阶段转移了0.2 mol电子,第一阶段转移了0.4 mol电子,即一共转移了0.6 mol电子,C项正确。电化学计算我们可以从以下几个方面入手1.根据总反应计算:先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。2.根据电子得失守恒计算。根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。如以通过4 mol e为桥梁可构建如下关系式:4e--2Cl2(Br2、I2)-O2-2H2-2Cu-4Ag。

该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。

  • 设计原电池或电解池

根据题目给定的已知条件,要求学生设计一个原电池或者电解池是高中化学学习的重点,

也是高考的考点,此类题目主要考查学生对金属活动顺序的应用,同时又考查了学生对电池电极的选择,因此属于综合性题目。

如:2015年中美专家研制出可在一分钟内完成充电的超常性能铝离子电池,分别以金属铝和石墨为电极,用AlCl4-、A12C17-和有机阳离子

组成电解质溶液,其放电工作原理如右图所示。下列说法不正确的是             

A.放电时,铝为负极、石墨为正极

B.充电时的阳极反应为:Cn+ AlCl4--e-= Cn AlCl4

C.放电时的负极反应为:Al-3e-+7 AlCl4-===4A12C17-

D.放电时,有机阳离子向铝电极方向移动

点评:此题考查了原电池和电解池两电极的判断、原电池中离子移动方向、电极反应式的书写的技巧(从正极很快推知阳极的电极反应式)从而快速获得本题答案D

  总之,电化学的知识点如何考查,指挥我们教学方向和重点的是高考。如何做好这一类题目要求我们强化基础知识的巩固,培养学生知识的应用能力,这样才能消除:“懂而不会”的现象。

参考文献:

1.杨万栓.从高考题谈电化学的教学策略 [J].教学文萃,2017(12):82

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