体会程序性知识解题的妙处

任瀚旻

一、案例背景

随着社会的不断发展，能源始终是人类研究的一个主题，各种绿色化学电源研究应用层出不穷。在高中化学教学中，新课程新教材对化学电源提出了更高、更符合时代发展的要求。在浙江省新课程指导意见中对“化学电源”内容提出了不同的要求：知道常见化学电源的种类，能根据已知的电池总反应式判断电池的正、负极，书写电极反应式。发展要求：知道银锌纽扣电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理及其应用价值。新课程背景下，书写新型电池的电极反应是学生必须攻破的“堡垒”。

二、困难的出现

新课程标准有了明确要求，社会的发展又需要学生学会从本质上去认识各种新电池，但事实上学生能轻松解决这些问题吗？

案例1.新型电池电极反应方程式的书写

陌生的化学反应，让学生无措

[材料]苏教版化学反应原理教材中的化学电源的“问题解决”版块中。

（1）银锌纽扣电池的电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，发生氧化还原反应后生成Ag和ZnO。

（2）碱性锌锰电池的总反应为：2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+ Zn（OH）2

[问题]请指出上述电池的正、负极，并写出电池的电极反应式。

[拓展应用]在很多习题中，往往也会出现一些特殊电池的应用。

例：镁/H2O2酸性燃料电池采用海水作电解质（加入一定量的酸），电池总反应为：Mg+H2O2+2H+=Mg2++2H2O，请写出电池的电极反应式。

[反馈]大多数学生能指出电池的正负极，但能完全正确写出电极反应的寥寥无几。下面是一些学生的部分错误答案：2MnO2+ H2O+e-=2MnOOH，2MnO2+2H2O=2MnOOH+2OH-，2MnO2+H2O+4e-=2MnOOH+2OH-，2MnO2+2H++2e-=2MnOOH，Ag2O+H2O+2e-=2Ag+ OH-，Ag2O+2e-=2Ag+H2O+2OH-……从中可以看出，学生错误是比较“丰富”的。

三、困难出现的原因分析

从反馈结果可以看出学生对类似题目基本是无解，有些学生碰到即主动放弃，究其原因主要包括以下几点：

1.陌生、害怕

上述两个电池虽然在生活中应用非常广泛，但是在课堂上学生具体的电池没有看到过，更别说“MnOOH、ZnO、Zn（OH）2”这些陌生的化学式了。所以学生看到这些材料、题目就感到害怕，未战先败，肯定无法顺利完成题目。

2.无法抓住问题的本质

原电池的本质是氧化还原反应知识，对题目已经产生心理阴影的学生当然谈不上去寻找合适的方法解决这个问题，对一些相对优秀的学生来说，他们同样无法冷静地、系统地用氧化还原反应知识去分析。例如上面学生错误答案中的2MnO2+H2O+4e-=2MnOOH+2OH-表明学生无法正确判断元素的化合价，以致无法顺利地写出正确的反应式。

3.学生缺少程序性知识

解决一个问题有一定的方法，那么解决同一类问题这个方法往往也是适用的。生活中、生产中有很多固定的程序，用来顺利地解决问题，提高效率。如果这个程序是一个知识，那么它就是程序性知识，是指怎样做的知识，是关于解决问题的操作过程的知识，即关于如何从已知状态向目标状态转化的知识。在化学中，我们有很多程序性知识，如：如何配平化学方程式，如何判断物质氧化性强弱，如何解决平衡移动问题等。同样，书写电化学方程式也有相对固定的程序性知识，很多学生平时缺少对题目的反思与总结，从而积累的这些知识是非常有限的。

四、解决困难

新教材的设计理念、知识应用更体现了社会性和时代性，不管是书本知识内容、课堂的呈现内容、课外出现的一些习题都有更多与社会实际相关联的内容。随着教学程度的深入和学生接触面的扩展，学生对这些习题的陌生度会减轻，直至变得习以为常，所以解决此类问题的关键还是积累更多的程序性知识，下面通过案例一中的一个例子呈现解决这类问题的方法。

2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2

[过程]

1.确定电池的正负极和相应的发生氧化还原反应的反应物和产物这是一个氧化还原反应，根据原电池原理负极发生氧化反应，化合价升高；正极发生还原反应，化合价降低。

负极：

正极：

2.利用电荷守衡完善正极的电极反应（负极也可）

判断溶液的酸碱性，往往用H+或OH-配电荷守衡。当然判断电解质溶液的酸碱性也有一定的方法，有些题目中明确说明，如上面列举的例题；有些可以根据产物判断，如甲烷燃料电池的产物如果是CO2，就说明电解质溶液显酸性。从该电池总反应的产物可以明确判断出该电解质溶液显碱性，所以可以用OH-配平电荷。

正极：2MnO2+2e-→2MnOOH+2OH-

该式子的电荷已经守衡，但是元素还没有守衡

3.利用元素守衡写出完整的正极反应式（负极也可）

根据元素守衡写出完整的反应式时，往往用到是H2O，配平H、O等元素。

正极：2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-

4.利用加减、合并同类项等简单的数学工具写出负极（正极）的反应

总反应：2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2

正极：2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-

负极反应=总反应式-正极反应式

负极：Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2

简单总结这个过程：

写出发生氧化还原反应的反应物和生成物构成反应的雏形→ 根据溶液的酸碱性配平电荷→往往利用H2O配平元素→检查、完成。事实上，书写这个电池的电极反应时，先写出负极反应会更简单，因为负极反应的书写无需第3步过程。选择正极的原因是为了呈现完整的过程。

五、感受成功

原电池电极反应式书写本质就是氧化还原反应式，只不过是把一个总反应，拆成两半书写，那么，我们可否利用上面的知识书写完整的氧化还原方程式呢？答案是肯定的。

案例2.利用上述程序性知识解决氧化还原方程式的书写

[考题呈现]实验室可由软锰矿（主要成分为MnO2）制备KMnO4，方法如下：软锰矿和过量的固体KOH和KClO3在高温下反应，生成锰酸钾（K2MnO4）和KCl；用水溶解，滤去残渣，滤液酸化后，K2MnO4转变为MnO2和KMnO4；滤去MnO2沉淀，浓缩溶液，结晶得到深紫色的针状KMnO4。试回答：

（1）软锰矿制备K2MnO4的化学方程式是 。

（2）K2MnO4制备KMnO4的离子方程式是 。

（3）若用2.5 g软锰矿（含80%MnO2）进行上述实验，计算KMnO4的理论产量。

（4）KMnO4能与热的经硫酸酸化的Na2C2O4反应，生成Mn2+和CO2，该反应的化学方程是 。

（5）上述制得的KMnO4产品0.165 g，恰好与0.335 g纯Na2C2O4反应。计算该KMnO4的纯度。

该考题中（1）（2）（4）都是氧化还原方程式的书写，（3）（5）则是根据所写方程式的计算题。这里涉及的方程式都是教程中没有的，学无法依靠死记硬背写出答案，特别是（4）题的方程式较难，学生很难得分，有些学生即使得了分也要花较长时间，那么如何顺利写出这些陌生的氧化还原反应的离子方程式或化学方程式呢？在这里我们同样可以应用上述总结的知识来解决这个问题，当然这是一个完整的氧化还原反应。

1.确定发生氧化还原反应的反应物和对应的产物

很多较复杂的氧化还原反应，题目往往会告知氧化剂和还原剂及其对应的产物，如这个题目就告诉了我们，当然，有一些没有告之产物的靠学生平时的积累如Cl2、Fe3+还原产物分别是Cl-和Fe2+；SO2-3和I-的氧化产物分别是SO2-4和I2等。根据题意写出如下式子：

MnO-4+C2O2-4→Mn2++CO2

2.利用电子得失守衡初步配平式子

氧化还原反应的本质是氧化剂、还原剂间转移的电子是守衡，那么电子的转移只发生在氧化剂和还原剂之间，所以我们可以根据电子守衡写出如下式子：

2MnO-4+5C2O2-4→2Mn2++10CO2

3.利用电荷守衡进一步完善式子

判断溶液的酸碱性，往往用H+或OH-配电荷守衡，而在高中化学中很多氧化剂的环境往往是酸性的，当然很多时候题目都会提供信息给我们，此题明确告诉我们是酸性环境，因此可以写出如下式子：2MnO-4+5C2O2-4+16H+→2Mn2++10CO2

4.利用元素守衡写出完整的反应式

根据元素守衡写出完整的反应式时，与电极反应一样，H2O往往就是最终配平反应式所需的“棋子”，写出如下完整的离子方程式：

2MnO-4+5C2O2-4+16H+=2Mn2++10CO2+8H2O

最后根据离子反应式写出化学方程式应该是水到渠成的。

总结反思是一种有效的教学手段，通过反思可以扬弃我们教学中的不足，使教师学会教学，学生学会学习；通过反思可以开阔我们的思路，发现知识的联结点和生长点，将这些知识的联结点进一步整理，使知识集成，生长点延伸，实现知识的嫁接、能力的转换。总之，反思可以使更多的陈述性知识更有效地衍变为程序性知识，从而更有效地帮助教师的教与学生的学。

参考文献：

周娟.新型原电池电极反应式的书写技巧[J].数理化学习：教育理论，2012.

编辑 段丽君