變式訓練在電化學教學中的應用

摘要：在教學過程中，教師如能多角度變換形式組織教學，則有利于學生觸類旁通提高應變能力，但變式也要根據學生的具體情況和教材的內在聯系去設計，把握變中求不變 以不變應萬變，最終使學生既學到知識，又培養能力。

關鍵詞：變式訓練；電化學；應用

文章編號：1005－6629(2008)01－0069－03中圖分類號：G632.479 文獻標識碼：B

在化學教學中，特別是教學理論性較強章節時，教師如能精選練習，多角度變換形式進行訓練，則既能培養學生的能力促進知識和方法的遷移，又能使學生觸類旁通提高應變能力。筆者在電化學的教學過程中進行如下多視角的變式訓練，收到了較好的教學效果。

1 變電極材料

例1. 25℃時，用鉑電極電解一定物質的量濃度的硫酸鈉飽和溶液，通電一段時間后，陰極上逸出amol氣體，同時又有wgNa2SO4·10H2O晶體析出，若溫度不變，則剩余溶液中溶質的質量分數為

解析：陽極反應：4OH--4e-=2H2O+O2↑；陰極反應：4H++4e-=2H2↑，電解總反應式：2H2O

2H2↑+O2↑。陰極上逸出amolH2，則溶液中消耗amol H2O。將18ag H2O和wgNa2SO4·10H2O混合可得該溫度下的飽和溶液，溶質的質量分數為w× ，故選D。

變式訓練：把上題中的兩個鉑電極換成兩個Cu電極，（其余條件不變），則剩余溶液中溶質的質量分數為多少？

解析：陽極反應： Cu-2e-=Cu2+，陰極反應：2H++2e-=H2↑，

電解總方程式：Cu+2H2OH2↑+Cu(OH)2。 陰極上逸出amol H2，則溶液中消耗2amol H2O。將36a g H2O和w gNa2SO4·10H2O混合得該溫度下的飽和溶液， 溶質的質量分數為w× =w× 。

2變電解質溶液

例2．原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關。指出下列原電池的負極并書寫負極反應式：

①由Mg、Al、稀硫酸組成的原電池；

②由Al、Cu、稀硫酸組成的原電池；

解析：① 負極為Mg，負極反應式：Mg－2e-＝Mg2+

② 負極為Al，負極反應式：Al－3e－＝Al3+

變式訓練：把上題電解質溶液分別變為NaOH溶液和濃HNO3，指出原電池負極并書寫負極反應式：

①由Mg、Al、NaOH溶液組成原電池；

②由Al、Cu、濃硝酸組成原電池。

解析：①負極為Al，負極反應式：Al－3e-+4OH-－＝AlO2-+2H2O

②負極為Cu，負極反應式：Cu－2e-＝Cu2+

3變給定條件

例3．將1L含有0.400mol Cu(NO3)2和0.400mol KCl的水溶液，用惰性電極電解一段時間后，在一個電極上有0.200mol Cu析出，則此時另一電極上產生的氣體在標準狀況下的體積為多少？

解析：陰極反應式：Cu2++2e-=Cu，陽極反應式：2Cl--2e-=Cl2，當陰極有0.200mol Cu2+獲得0.400mol 電子生成0.200mol Cu時，陽極上有0.400mol的Cl-失去0.400mol電子析出0.200mol Cl2，標準狀況下V(Cl2)=4.48L。

變式訓練：其余給定條件不變，若在一個電極上有0.300molCu析出，則在另一極上產生的氣體在標準狀況下的體積為多少？

解析：當陰極有0.300mol Cu2+獲得0.600mol電子生成Cu時，陽極上首先有0.400mol的Cl-失去0.400mol電子析出0.200mol Cl2，而后發生反應4OH--4e-=2H2O+O2↑；當再失去0.200mol電子時，陽極又生成0.050 mol的O2，所以陽極共產生0.250mol氣體，標況下體積為5.60L。

4變探究角度

例4．銀鋅電池廣泛用于各種電子儀器的電源，它充電和放電過程可以表示為Ag2O+Zn+H2O

2Ag +Zn(OH)2。放電時參與正極反應的物質是

A．Ag2O B.Zn(OH)2 C. ZnD. H2O、 Ag2O

解析：銀鋅原電池在放電時，負極反應式： Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2， 正極反應式： Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-， 所以正極材料是Ag2O，參與正極反應的物質是H2O、 Ag2O，故選D ，(不能選A)

變式訓練：充電時陰陽極附近的pH變化如何？

解析：充電代電池處于電解狀態，陽極反應式：2Ag+2OH--2e- = Ag2O+H2O， 陰極反應式:Zn(OH)2 + 2e- = Zn +2OH-，故陽極附近pH變小，陰極極附近pH變大。

例6．下圖裝置a、b、c、d都是惰性電極 ，通電一段時間后，d極附近溶液呈紅色，下列說法正確的是

A.X是正極，Y是負極；

B. X是負極，Y是正極；

C.CuSO4溶液的pH逐漸減?。?/p>

D.CuSO4溶液的pH保持不變。

解析：顯然X是正極，Y是負極，電極反應式分別為a：4OH--4e-=2H2O+O2↑，b：2Cu2++4e-= 2Cu，c：4OH--4e-=2H2O+O2↑，d：4H++4e-=2H2↑兩電池的總反應式分別是：2CuSO4+2H2O

2Cu+2H2SO4+ O2↑，2H2O 2H2↑+O2↑選A、C。

變式訓練：不交待a、b是否為惰性電極，（其余內容不變），則正確的為上述哪個選項？

解析：當a、b是惰性電極時解答如上；當a、b是Cu電極時，a：Cu-2e-=Cu2+，左側裝置相當于電鍍池，CuSO4溶液的濃度保持不變，pH保持不變，選A、D；由于本題沒有說明a、b是否為惰性電極，故本題只能選A，C和D均不能選。

5變觀測時機

例7．用石墨電極電解足量的下列溶液一段時間后，再加入一定量的另外一種物質（方括號中），溶液能恢復與原來溶液一樣的是

A.CuCl2 [ CuCl2]B. NaOH [NaOH]

C. NaCl [HCl] D.CuSO4[Cu(OH)2]

解析：溶液能恢復與原來溶液一樣不僅指溶質恢復相同，而且濃度也恢復一致。電解CuCl2溶液屬于電解溶質型，故應加入一定量的CuCl2。電解NaOH溶液屬于電解溶劑型，故應加入一定量的H2O。電解NaCl溶液析出H2、Cl2，故應通入一定量的HCl。電解CuSO4溶液析出Cu、O2，故應加入一定量的CuO(也可加入CuCO3)，能使溶液復原。故選A、C。

變式訓練：用石墨電極電解CuSO4溶液一段時間后， 向電解后剩余溶液中加入1molCu(OH)2， 能使溶液恢復到電解前的組成與濃度，則轉移電子的物質的量為

A. 1mol B.2molC. 3mol D.4mol

解析：加入1mol Cu(OH)2， 發生反應Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O， 而CuO+H2SO4=CuSO4+H2O。顯然，當CuSO4不完全電解時，加入1molCu(OH)2雖能恢復到原溶質，但因多生成了 1mol H2O 而使溶液變稀， 濃度不符合題意。 可見， 變換 CuO(CuCO3) 為 Cu(OH)2相當于觀測時機延后，不僅 CuSO4 電解完全且又電解消耗了1molH2O，原溶質CuSO4僅含1mol?？梢婋娊馔?mol CuSO4后又繼續電解了1mol H2O，前后共轉移4mol電子， 故選D

6變題設要求

例8、粗銅中往往含有Fe、Zn、Ni 、Cu、Ag、Au等多種雜質。關于電解法精煉銅，下列說法正確的是

A.粗銅作陰極，純銅薄片作陽極，CuSO4溶液作電解質；

B.在電解過程中， CuSO4溶液濃度始終保持不變；

C.分離提純陽極泥可得到金銀等貴重金屬；

D.陽極電極反應式只有Cu-2e-=Cu2+，陰極電極反應式是Cu2++2e-=Cu。

解析：粗銅作陽極，純銅薄片作陰極，當含有雜質Fe、Zn、Ni 、Cu、Ag、Au的銅在陽極不斷溶解時，位于金屬活動順序表銅之前的金屬如Fe、Zn、Ni等也會同時失去電子，如：Zn-2e-=Zn2+， Fe-2e-=Fe2+，Ni-2e-=Ni2+，但它們的陽離子比銅離子難還原，所以它們不在陰極上獲得電子析出，只留在溶液中。而位于金屬活動順序表銅之后的銀、金等雜質，因為給出電子的能力比銅弱，難以在陽極失去電子變成陽離子而溶解，當陽極銅失去電子變成陽離子后，它們便以金屬單質的形式沉積在電解槽底部，形成陽極泥，故選C。

變式訓練：金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質，可用電解法制備高純度的鎳。下列敘述正確的是（已知：氧化性Fe2+＜Ni2+＜Cu2+

A．陽極發生還原反應，其電極反應式：Ni2++ 2e-=Ni；

B．電解過程中，陽極質量的減少與陰極質量的增加相等；

C．電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2+ 和Zn2+；

D．電解后，電解槽底部的陽極泥中只有Cu和Pt。

解析：粗鎳作陽極，純鎳薄片作陰極，用含鎳的可溶性鹽溶液作電解質。根據還原性Zn>Fe>Ni >Cu>Pt，陽極電極反應式為：Zn-2e-=Zn2+，Fe-2e-=Fe2+，Ni-2e-=Ni2+。由于Cu、Pt位于Ni后，給出電子的能力比Ni弱，Cu、Pt將落在陽極底部成為陽極泥。由于氧化性Fe2+＜Ni2+，所以陰極反應式為Ni2++2e-=Ni，電解后溶液中存在的金屬陽離子除Fe2+和Zn2+外還應該有少量的Ni2+，否則陰極將會析出其他金屬而變得不純，故選D。

在化學教學過程中組織有效的變式訓練，可以拓展學生的思維空間，培養學生的應變能力。但變式也要根據學生的具體情況和教材的內在聯系去設計，把握變中求不變 以不變應萬變，最終使學生既學到知識，又培養能力。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>