巧用氧化还原反应原理解决电化学相关问题

2016-07-12涂妮陕西省商洛市柞水县柞水中学

科学中国人 2016年15期

涂妮陕西省商洛市柞水县柞水中学

巧用氧化还原反应原理解决电化学相关问题

涂妮
陕西省商洛市柞水县柞水中学

摘要：在人类的生活和生产中存在着多种化学反应，其中氧化还原反应就是一个重要的分支。电化学是研究电能与化学能相互关系的科学，而氧化还原反应正是学习电化学知识的基础，两者在高考中均占据着相当重要的地位，所以在高中的化学学习中要解决好电化学问题，首先要理清氧化还原反应的原理，再将此原理应用到电化学中的原电池和电解池工作原理分析，是非常必要的。

关键词：高中化学；氧化还原反应；原电池；电解池；电极反应式

一、高考考试说明透漏的信息

根据教育部考试中心《2016年普通高等学校招生全国统一考试大纲》考试说明要求，高考化学既要考察考生对中学化学知识的掌握程度，又要考查学生进入高等学校继续学习的潜能，而高考命题的导向也在推动新课程的课堂教学改革。从以上信息可知，教师在日常的教学工作中，研究知识的内在联系，把握好知识讲授、问题引导和学生探究能力、分析能力的培养才是硬道理。

二、氧化还原反应与电化学基础

1.氧化还原反应与电化学知识在高考中的地位

从近三年高考（新课标全国卷）有关氧化还原反应和电化学知识考题分析，其中考查氧化还原反应方程式书写、电子转移数目的计算、氧化还原反应的配平和原电池、电解池原理及电化学腐蚀的考题有上十道题之多，可见这部分知识的重要性。如（15课标全国卷Ⅰ第11题）（15年课标全国卷Ⅱ26题）（14年课标全国卷Ⅰ第27题）（14课标全国卷Ⅱ12题、27题)（13年课标全国卷Ⅰ第10题、27题）（13年课标全国卷Ⅱ第11题）。电化学部分知识是学生易弄错易弄混的难点知识内容，学习的过程中不宜赶进度，要引导学生认真阅读教材，深入思考核心知识内容，让学生自己理解记忆。

2.氧化还原反应与电化学知识的联系

在化学反应中，能量是可以相互转化的，比如化学能与电能之间的转化。将化学能转化为电能的装置是原电池，组成原电池的条件之一就是有自发进行的氧化还原反应；将电能转化为化学能的装置是电解池，组成电解池的条件之一是有外加的直流电源。无论是原电池还是电解池，在正负极或者阴阳极都发生了得电子的还原反应和失去电子的氧化反应，所以氧化还原反应知识的学习是电化学知识学习的基础，而电化学知识的应用是对氧化还原反应知识的升华。

三、应用氧还原反应知识解答电化学问题的策略

1.明确氧化还原反应的规律

根据：升失氧，降得还，要看剂，两相反的十二字规律可判断氧化还原反应中的某元素价态的变化，以及反应的类型，为电化学电极反应的书写打好基础，此处要求熟悉常见元素的化合价，并能判断化合物中元素的化合价变化，进而分析电极反应式，判断正负极和阴阳极。

2.掌握电化学部分的考查重点和题型

原电池部分主要从原电池的组成、电极反应（或原电池反应）、电流方向（或电子流向）等多方面来考查原电池的基本原理；电解池主要考查，电解池电极材料的选择，电解后电解质溶液pH变化，电极反应式，阴阳极的放电顺序，转移电子数的计算等，电化学知识在多年来高考题中时有出现，体现了对基础知识和能力的考查。

3.巧妙运用氧化还原知识解答电化学问题

（1）原电池电极反应式书写思路：以氧化还原反应的概念入手，有电子转移的反应叫氧化还原反应，若能使氧化过程和还原过程分开进行，并使转移的电子从导线中流过就会有电流产生。一般的电池，应先根据总的电池反应找出相关元素化合价的升降变化，判断出电池的正极材料和负极材料，再根据负极失电子发生氧化反应写出负极电极反应，最后根据电子守恒，用总电池反应减去负极的电极反应可得正极电极反应，有必要时可以化简，但必须考虑电解质的性质（电解质的酸碱性不同，则电极反应式有所不同）。若为燃料电池，一般先根据电解质的酸碱性，写出总的电池反应，比如：同样是甲烷燃料电池，在酸性环境中，甲烷与氧气反应的生成物是二氧化碳和水；但在碱性环境中，甲烷与氧气反应的生成物是碳酸根和水；然后分析得失电子情况，先写出正极（通入空气或氧气的一极）得电子发生还原反应的电极反应，最后用总电池反应减去正极反应可得负极反应（因为燃料电池的正极反应物氧气具有普遍性，而负极可燃物会有变化，所以先写正极反应比较容易）。

（2）积累各种电池电极反应式

虽然掌握了原电池电极反应的书写方法，能够解答此类题目，但高考除了考知识运用能力也在考察考生的答题速度，所以作为知识的补充，以下几种电池反应式书写及正负极判断的熟练掌握也很有必要，主要有：一次电池（碱性锌锰电池）、二次电池（铅蓄电池）的充放电情况；常见燃料电池（氢氧燃料电池，甲烷、甲醇等燃料电池）在（酸性或碱性）条件下的反应及电极反应式书写的正误判断等。

（3）辨别电解池与原电池的不同

电解池与原电池最大的区别就在于有了外加电源。电解，是在直流电的作用下，电解质溶液或熔融电解质在阴阳两极发生氧化还原反应的过程（也叫离子放电），在电解时电解池的阳与电源正极相连，阴极与电源负极相连，若阳极是活性电极，则阳极本身会发生失去电子的氧化反应；若两级均为惰性电极，就要判断是溶液中的那种离子优先放电了，要完成此题目就要先准确判断溶液中离子的种类，其次就是记准离子的放电顺序，其中：阳离子在阴极的放电顺序正好与金属活动顺序相反，但三价铁的位置特殊，在阳极阴离子的放电顺序记住Cl->OH->NO3-，最后再以具体的电解质电解为例，引导学生自己进行总结，归纳出四类电解质水溶液电解规律，包括电解产物、方程式、适用范围、溶液pH变化等。

（4）积累电解原理的应用实例

电解方面的应用主要包括：电解饱和食盐水、电镀池（镀铜）电冶金、电解精炼铜的工作原理等。将电化学知识的核心内容融会贯通，就能解答好各种类型的题，找到解题的乐趣。