巧用氧化還原反應(yīng)原理解決電化學(xué)相關(guān)問題

涂妮陜西省商洛市柞水縣柞水中學(xué)

巧用氧化還原反應(yīng)原理解決電化學(xué)相關(guān)問題

涂妮
陜西省商洛市柞水縣柞水中學(xué)

摘要：在人類的生活和生產(chǎn)中存在著多種化學(xué)反應(yīng)，其中氧化還原反應(yīng)就是一個重要的分支。電化學(xué)是研究電能與化學(xué)能相互關(guān)系的科學(xué)，而氧化還原反應(yīng)正是學(xué)習(xí)電化學(xué)知識的基礎(chǔ)，兩者在高考中均占據(jù)著相當(dāng)重要的地位，所以在高中的化學(xué)學(xué)習(xí)中要解決好電化學(xué)問題，首先要理清氧化還原反應(yīng)的原理，再將此原理應(yīng)用到電化學(xué)中的原電池和電解池工作原理分析，是非常必要的。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；氧化還原反應(yīng)；原電池；電解池；電極反應(yīng)式

一、高考考試說明透漏的信息

根據(jù)教育部考試中心《2016年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱》考試說明要求，高考化學(xué)既要考察考生對中學(xué)化學(xué)知識的掌握程度，又要考查學(xué)生進(jìn)入高等學(xué)校繼續(xù)學(xué)習(xí)的潛能，而高考命題的導(dǎo)向也在推動新課程的課堂教學(xué)改革。從以上信息可知，教師在日常的教學(xué)工作中，研究知識的內(nèi)在聯(lián)系，把握好知識講授、問題引導(dǎo)和學(xué)生探究能力、分析能力的培養(yǎng)才是硬道理。

二、氧化還原反應(yīng)與電化學(xué)基礎(chǔ)

1.氧化還原反應(yīng)與電化學(xué)知識在高考中的地位

從近三年高考（新課標(biāo)全國卷）有關(guān)氧化還原反應(yīng)和電化學(xué)知識考題分析，其中考查氧化還原反應(yīng)方程式書寫、電子轉(zhuǎn)移數(shù)目的計算、氧化還原反應(yīng)的配平和原電池、電解池原理及電化學(xué)腐蝕的考題有上十道題之多，可見這部分知識的重要性。如（15課標(biāo)全國卷Ⅰ第11題）（15年課標(biāo)全國卷Ⅱ26題）（14年課標(biāo)全國卷Ⅰ第27題）（14課標(biāo)全國卷Ⅱ12題、27題)（13年課標(biāo)全國卷Ⅰ第10題、27題）（13年課標(biāo)全國卷Ⅱ第11題）。電化學(xué)部分知識是學(xué)生易弄錯易弄混的難點知識內(nèi)容，學(xué)習(xí)的過程中不宜趕進(jìn)度，要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真閱讀教材，深入思考核心知識內(nèi)容，讓學(xué)生自己理解記憶。

2.氧化還原反應(yīng)與電化學(xué)知識的聯(lián)系

在化學(xué)反應(yīng)中，能量是可以相互轉(zhuǎn)化的，比如化學(xué)能與電能之間的轉(zhuǎn)化。將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置是原電池，組成原電池的條件之一就是有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)；將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置是電解池，組成電解池的條件之一是有外加的直流電源。無論是原電池還是電解池，在正負(fù)極或者陰陽極都發(fā)生了得電子的還原反應(yīng)和失去電子的氧化反應(yīng)，所以氧化還原反應(yīng)知識的學(xué)習(xí)是電化學(xué)知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，而電化學(xué)知識的應(yīng)用是對氧化還原反應(yīng)知識的升華。

三、應(yīng)用氧還原反應(yīng)知識解答電化學(xué)問題的策略

1.明確氧化還原反應(yīng)的規(guī)律

根據(jù)：升失氧，降得還，要看劑，兩相反的十二字規(guī)律可判斷氧化還原反應(yīng)中的某元素價態(tài)的變化，以及反應(yīng)的類型，為電化學(xué)電極反應(yīng)的書寫打好基礎(chǔ)，此處要求熟悉常見元素的化合價，并能判斷化合物中元素的化合價變化，進(jìn)而分析電極反應(yīng)式，判斷正負(fù)極和陰陽極。

2.掌握電化學(xué)部分的考查重點和題型

原電池部分主要從原電池的組成、電極反應(yīng)（或原電池反應(yīng)）、電流方向（或電子流向）等多方面來考查原電池的基本原理；電解池主要考查，電解池電極材料的選擇，電解后電解質(zhì)溶液pH變化，電極反應(yīng)式，陰陽極的放電順序，轉(zhuǎn)移電子數(shù)的計算等，電化學(xué)知識在多年來高考題中時有出現(xiàn)，體現(xiàn)了對基礎(chǔ)知識和能力的考查。

3.巧妙運用氧化還原知識解答電化學(xué)問題

（1）原電池電極反應(yīng)式書寫思路：以氧化還原反應(yīng)的概念入手，有電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)叫氧化還原反應(yīng)，若能使氧化過程和還原過程分開進(jìn)行，并使轉(zhuǎn)移的電子從導(dǎo)線中流過就會有電流產(chǎn)生。一般的電池，應(yīng)先根據(jù)總的電池反應(yīng)找出相關(guān)元素化合價的升降變化，判斷出電池的正極材料和負(fù)極材料，再根據(jù)負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)寫出負(fù)極電極反應(yīng)，最后根據(jù)電子守恒，用總電池反應(yīng)減去負(fù)極的電極反應(yīng)可得正極電極反應(yīng)，有必要時可以化簡，但必須考慮電解質(zhì)的性質(zhì)（電解質(zhì)的酸堿性不同，則電極反應(yīng)式有所不同）。若為燃料電池，一般先根據(jù)電解質(zhì)的酸堿性，寫出總的電池反應(yīng)，比如：同樣是甲烷燃料電池，在酸性環(huán)境中，甲烷與氧氣反應(yīng)的生成物是二氧化碳和水；但在堿性環(huán)境中，甲烷與氧氣反應(yīng)的生成物是碳酸根和水；然后分析得失電子情況，先寫出正極（通入空氣或氧氣的一極）得電子發(fā)生還原反應(yīng)的電極反應(yīng)，最后用總電池反應(yīng)減去正極反應(yīng)可得負(fù)極反應(yīng)（因為燃料電池的正極反應(yīng)物氧氣具有普遍性，而負(fù)極可燃物會有變化，所以先寫正極反應(yīng)比較容易）。

（2）積累各種電池電極反應(yīng)式

雖然掌握了原電池電極反應(yīng)的書寫方法，能夠解答此類題目，但高考除了考知識運用能力也在考察考生的答題速度，所以作為知識的補(bǔ)充，以下幾種電池反應(yīng)式書寫及正負(fù)極判斷的熟練掌握也很有必要，主要有：一次電池（堿性鋅錳電池）、二次電池（鉛蓄電池）的充放電情況；常見燃料電池（氫氧燃料電池，甲烷、甲醇等燃料電池）在（酸性或堿性）條件下的反應(yīng)及電極反應(yīng)式書寫的正誤判斷等。

（3）辨別電解池與原電池的不同

電解池與原電池最大的區(qū)別就在于有了外加電源。電解，是在直流電的作用下，電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)在陰陽兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程（也叫離子放電），在電解時電解池的陽與電源正極相連，陰極與電源負(fù)極相連，若陽極是活性電極，則陽極本身會發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)；若兩級均為惰性電極，就要判斷是溶液中的那種離子優(yōu)先放電了，要完成此題目就要先準(zhǔn)確判斷溶液中離子的種類，其次就是記準(zhǔn)離子的放電順序，其中：陽離子在陰極的放電順序正好與金屬活動順序相反，但三價鐵的位置特殊，在陽極陰離子的放電順序記住Cl->OH->NO3-，最后再以具體的電解質(zhì)電解為例，引導(dǎo)學(xué)生自己進(jìn)行總結(jié)，歸納出四類電解質(zhì)水溶液電解規(guī)律，包括電解產(chǎn)物、方程式、適用范圍、溶液pH變化等。

（4）積累電解原理的應(yīng)用實例

電解方面的應(yīng)用主要包括：電解飽和食鹽水、電鍍池（鍍銅）電冶金、電解精煉銅的工作原理等。將電化學(xué)知識的核心內(nèi)容融會貫通，就能解答好各種類型的題，找到解題的樂趣。

四、把握高考動向，落實電化學(xué)知識點

對于電化學(xué)專題，除了上述幾方面外，涉及金屬腐蝕與防護(hù)的知識點就相對簡單了，但是涉及新能源、實物圖電池、環(huán)境保護(hù)、工業(yè)生產(chǎn)等熱點問題有可能出現(xiàn)，與此同時將電化學(xué)有關(guān)知識應(yīng)用在化學(xué)實驗現(xiàn)象的判斷和分析、離子方程式的書寫、氧化還原反應(yīng)問題分析、化學(xué)計算等方面，是高考命題的一個新的變化，應(yīng)引起足夠的重視。

參考文獻(xiàn)：

[1]強(qiáng)亮生，徐崇全.工科大學(xué)化學(xué)》（第二版）.高等教育出版社：第五章氧化還原反應(yīng)與電化學(xué)

[2]朱志江.課堂教學(xué)難點突破策略例談[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2004（1~2）