體會程序性知識解題的妙處

任瀚旻

一、案例背景

隨著社會的不斷發展，能源始終是人類研究的一個主題，各種綠色化學電源研究應用層出不窮。在高中化學教學中，新課程新教材對化學電源提出了更高、更符合時代發展的要求。在浙江省新課程指導意見中對“化學電源”內容提出了不同的要求：知道常見化學電源的種類，能根據已知的電池總反應式判斷電池的正、負極，書寫電極反應式。發展要求：知道銀鋅紐扣電池、鉛蓄電池、燃料電池的工作原理及其應用價值。新課程背景下，書寫新型電池的電極反應是學生必須攻破的“堡壘”。

二、困難的出現

新課程標準有了明確要求，社會的發展又需要學生學會從本質上去認識各種新電池，但事實上學生能輕松解決這些問題嗎？

案例1.新型電池電極反應方程式的書寫

陌生的化學反應，讓學生無措

[材料]蘇教版化學反應原理教材中的化學電源的“問題解決”版塊中。

（1）銀鋅紐扣電池的電極分別為Ag2O和Zn，電解質溶液為KOH溶液，發生氧化還原反應后生成Ag和ZnO。

（2）堿性鋅錳電池的總反應為：2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+ Zn（OH）2

[問題]請指出上述電池的正、負極，并寫出電池的電極反應式。

[拓展應用]在很多習題中，往往也會出現一些特殊電池的應用。

例：鎂/H2O2酸性燃料電池采用海水作電解質（加入一定量的酸），電池總反應為：Mg+H2O2+2H+=Mg2++2H2O，請寫出電池的電極反應式。

[反饋]大多數學生能指出電池的正負極，但能完全正確寫出電極反應的寥寥無幾。下面是一些學生的部分錯誤答案：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-……從中可以看出，學生錯誤是比較“豐富”的。

三、困難出現的原因分析

從反饋結果可以看出學生對類似題目基本是無解，有些學生碰到即主動放棄，究其原因主要包括以下幾點：

1.陌生、害怕

上述兩個電池雖然在生活中應用非常廣泛，但是在課堂上學生具體的電池沒有看到過，更別說“MnOOH、ZnO、Zn（OH）2”這些陌生的化學式了。所以學生看到這些材料、題目就感到害怕，未戰先敗，肯定無法順利完成題目。

2.無法抓住問題的本質

原電池的本質是氧化還原反應知識，對題目已經產生心理陰影的學生當然談不上去尋找合適的方法解決這個問題，對一些相對優秀的學生來說，他們同樣無法冷靜地、系統地用氧化還原反應知識去分析。例如上面學生錯誤答案中的2MnO2+H2O+4e-=2MnOOH+2OH-表明學生無法正確判斷元素的化合價，以致無法順利地寫出正確的反應式。

3.學生缺少程序性知識

解決一個問題有一定的方法，那么解決同一類問題這個方法往往也是適用的。生活中、生產中有很多固定的程序，用來順利地解決問題，提高效率。如果這個程序是一個知識，那么它就是程序性知識，是指怎樣做的知識，是關于解決問題的操作過程的知識，即關于如何從已知狀態向目標狀態轉化的知識。在化學中，我們有很多程序性知識，如：如何配平化學方程式，如何判斷物質氧化性強弱，如何解決平衡移動問題等。同樣，書寫電化學方程式也有相對固定的程序性知識，很多學生平時缺少對題目的反思與總結，從而積累的這些知識是非常有限的。

四、解決困難

新教材的設計理念、知識應用更體現了社會性和時代性，不管是書本知識內容、課堂的呈現內容、課外出現的一些習題都有更多與社會實際相關聯的內容。隨著教學程度的深入和學生接觸面的擴展，學生對這些習題的陌生度會減輕，直至變得習以為常，所以解決此類問題的關鍵還是積累更多的程序性知識，下面通過案例一中的一個例子呈現解決這類問題的方法。

2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2

[過程]

1.確定電池的正負極和相應的發生氧化還原反應的反應物和產物這是一個氧化還原反應，根據原電池原理負極發生氧化反應，化合價升高；正極發生還原反應，化合價降低。

負極：

正極：

2.利用電荷守衡完善正極的電極反應（負極也可）

判斷溶液的酸堿性，往往用H+或OH-配電荷守衡。當然判斷電解質溶液的酸堿性也有一定的方法，有些題目中明確說明，如上面列舉的例題；有些可以根據產物判斷，如甲烷燃料電池的產物如果是CO2，就說明電解質溶液顯酸性。從該電池總反應的產物可以明確判斷出該電解質溶液顯堿性，所以可以用OH-配平電荷。

正極：2MnO2+2e-→2MnOOH+2OH-

該式子的電荷已經守衡，但是元素還沒有守衡

3.利用元素守衡寫出完整的正極反應式（負極也可）

根據元素守衡寫出完整的反應式時，往往用到是H2O，配平H、O等元素。

正極：2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-

4.利用加減、合并同類項等簡單的數學工具寫出負極（正極）的反應

總反應：2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2

正極：2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-

負極反應=總反應式-正極反應式

負極：Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2

簡單總結這個過程：

寫出發生氧化還原反應的反應物和生成物構成反應的雛形→ 根據溶液的酸堿性配平電荷→往往利用H2O配平元素→檢查、完成。事實上，書寫這個電池的電極反應時，先寫出負極反應會更簡單，因為負極反應的書寫無需第3步過程。選擇正極的原因是為了呈現完整的過程。

五、感受成功

原電池電極反應式書寫本質就是氧化還原反應式，只不過是把一個總反應，拆成兩半書寫，那么，我們可否利用上面的知識書寫完整的氧化還原方程式呢？答案是肯定的。

案例2.利用上述程序性知識解決氧化還原方程式的書寫

[考題呈現]實驗室可由軟錳礦（主要成分為MnO2）制備KMnO4，方法如下：軟錳礦和過量的固體KOH和KClO3在高溫下反應，生成錳酸鉀（K2MnO4）和KCl；用水溶解，濾去殘渣，濾液酸化后，K2MnO4轉變為MnO2和KMnO4；濾去MnO2沉淀，濃縮溶液，結晶得到深紫色的針狀KMnO4。試回答：

（1）軟錳礦制備K2MnO4的化學方程式是 。

（2）K2MnO4制備KMnO4的離子方程式是 。

（3）若用2.5 g軟錳礦（含80%MnO2）進行上述實驗，計算KMnO4的理論產量。

（4）KMnO4能與熱的經硫酸酸化的Na2C2O4反應，生成Mn2+和CO2，該反應的化學方程是 。

（5）上述制得的KMnO4產品0.165 g，恰好與0.335 g純Na2C2O4反應。計算該KMnO4的純度。

該考題中（1）（2）（4）都是氧化還原方程式的書寫，（3）（5）則是根據所寫方程式的計算題。這里涉及的方程式都是教程中沒有的，學無法依靠死記硬背寫出答案，特別是（4）題的方程式較難，學生很難得分，有些學生即使得了分也要花較長時間，那么如何順利寫出這些陌生的氧化還原反應的離子方程式或化學方程式呢？在這里我們同樣可以應用上述總結的知識來解決這個問題，當然這是一個完整的氧化還原反應。

1.確定發生氧化還原反應的反應物和對應的產物

很多較復雜的氧化還原反應，題目往往會告知氧化劑和還原劑及其對應的產物，如這個題目就告訴了我們，當然，有一些沒有告之產物的靠學生平時的積累如Cl2、Fe3+還原產物分別是Cl-和Fe2+；SO2-3和I-的氧化產物分別是SO2-4和I2等。根據題意寫出如下式子：

MnO-4+C2O2-4→Mn2++CO2

2.利用電子得失守衡初步配平式子

氧化還原反應的本質是氧化劑、還原劑間轉移的電子是守衡，那么電子的轉移只發生在氧化劑和還原劑之間，所以我們可以根據電子守衡寫出如下式子：

2MnO-4+5C2O2-4→2Mn2++10CO2

3.利用電荷守衡進一步完善式子

判斷溶液的酸堿性，往往用H+或OH-配電荷守衡，而在高中化學中很多氧化劑的環境往往是酸性的，當然很多時候題目都會提供信息給我們，此題明確告訴我們是酸性環境，因此可以寫出如下式子：2MnO-4+5C2O2-4+16H+→2Mn2++10CO2

4.利用元素守衡寫出完整的反應式

根據元素守衡寫出完整的反應式時，與電極反應一樣，H2O往往就是最終配平反應式所需的“棋子”，寫出如下完整的離子方程式：

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

最后根據離子反應式寫出化學方程式應該是水到渠成的。

總結反思是一種有效的教學手段，通過反思可以揚棄我們教學中的不足，使教師學會教學，學生學會學習；通過反思可以開闊我們的思路，發現知識的聯結點和生長點，將這些知識的聯結點進一步整理，使知識集成，生長點延伸，實現知識的嫁接、能力的轉換。總之，反思可以使更多的陳述性知識更有效地衍變為程序性知識，從而更有效地幫助教師的教與學生的學。

參考文獻：

周娟.新型原電池電極反應式的書寫技巧[J].數理化學習：教育理論，2012.

編輯 段麗君