巧用氧化還原反應原理解決電化學相關問題

涂妮陜西省商洛市柞水縣柞水中學

巧用氧化還原反應原理解決電化學相關問題

涂妮
陜西省商洛市柞水縣柞水中學

摘要：在人類的生活和生產中存在著多種化學反應，其中氧化還原反應就是一個重要的分支。電化學是研究電能與化學能相互關系的科學，而氧化還原反應正是學習電化學知識的基礎，兩者在高考中均占據著相當重要的地位，所以在高中的化學學習中要解決好電化學問題，首先要理清氧化還原反應的原理，再將此原理應用到電化學中的原電池和電解池工作原理分析，是非常必要的。

關鍵詞：高中化學；氧化還原反應；原電池；電解池；電極反應式

一、高考考試說明透漏的信息

根據教育部考試中心《2016年普通高等學校招生全國統一考試大綱》考試說明要求，高考化學既要考察考生對中學化學知識的掌握程度，又要考查學生進入高等學校繼續學習的潛能，而高考命題的導向也在推動新課程的課堂教學改革。從以上信息可知，教師在日常的教學工作中，研究知識的內在聯系，把握好知識講授、問題引導和學生探究能力、分析能力的培養才是硬道理。

二、氧化還原反應與電化學基礎

1.氧化還原反應與電化學知識在高考中的地位

從近三年高考（新課標全國卷）有關氧化還原反應和電化學知識考題分析，其中考查氧化還原反應方程式書寫、電子轉移數目的計算、氧化還原反應的配平和原電池、電解池原理及電化學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課標全國卷Ⅰ第11題）（15年課標全國卷Ⅱ26題）（14年課標全國卷Ⅰ第27題）（14課標全國卷Ⅱ12題、27題)（13年課標全國卷Ⅰ第10題、27題）（13年課標全國卷Ⅱ第11題）。電化學部分知識是學生易弄錯易弄混的難點知識內容，學習的過程中不宜趕進度，要引導學生認真閱讀教材，深入思考核心知識內容，讓學生自己理解記憶。

2.氧化還原反應與電化學知識的聯系

在化學反應中，能量是可以相互轉化的，比如化學能與電能之間的轉化。將化學能轉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進行的氧化還原反應；將電能轉化為化學能的裝置是電解池，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，在正負極或者陰陽極都發生了得電子的還原反應和失去電子的氧化反應，所以氧化還原反應知識的學習是電化學知識學習的基礎，而電化學知識的應用是對氧化還原反應知識的升華。

三、應用氧還原反應知識解答電化學問題的策略

1.明確氧化還原反應的規律

根據：升失氧，降得還，要看劑，兩相反的十二字規律可判斷氧化還原反應中的某元素價態的變化，以及反應的類型，為電化學電極反應的書寫打好基礎，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，進而分析電極反應式，判斷正負極和陰陽極。

2.掌握電化學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（或原電池反應）、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，電解后電解質溶液pH變化，電極反應式，陰陽極的放電順序，轉移電子數的計算等，電化學知識在多年來高考題中時有出現，體現了對基礎知識和能力的考查。

3.巧妙運用氧化還原知識解答電化學問題

（1）原電池電極反應式書寫思路：以氧化還原反應的概念入手，有電子轉移的反應叫氧化還原反應，若能使氧化過程和還原過程分開進行，并使轉移的電子從導線中流過就會有電流產生。一般的電池，應先根據總的電池反應找出相關元素化合價的升降變化，判斷出電池的正極材料和負極材料，再根據負極失電子發生氧化反應寫出負極電極反應，最后根據電子守恒，用總電池反應減去負極的電極反應可得正極電極反應，有必要時可以化簡，但必須考慮電解質的性質（電解質的酸堿性不同，則電極反應式有所不同）。若為燃料電池，一般先根據電解質的酸堿性，寫出總的電池反應，比如：同樣是甲烷燃料電池，在酸性環境中，甲烷與氧氣反應的生成物是二氧化碳和水；但在堿性環境中，甲烷與氧氣反應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）得電子發生還原反應的電極反應，最后用總電池反應減去正極反應可得負極反應（因為燃料電池的正極反應物氧氣具有普遍性，而負極可燃物會有變化，所以先寫正極反應比較容易）。

（2）積累各種電池電極反應式

雖然掌握了原電池電極反應的書寫方法，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，所以作為知識的補充，以下幾種電池反應式書寫及正負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）條件下的反應及電極反應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別就在于有了外加電源。電解，是在直流電的作用下，電解質溶液或熔融電解質在陰陽兩極發生氧化還原反應的過程（也叫離子放電），在電解時電解池的陽與電源正極相連，陰極與電源負極相連，若陽極是活性電極，則陽極本身會發生失去電子的氧化反應；若兩級均為惰性電極，就要判斷是溶液中的那種離子優先放電了，要完成此題目就要先準確判斷溶液中離子的種類，其次就是記準離子的放電順序，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電解為例，引導學生自己進行總結，歸納出四類電解質水溶液電解規律，包括電解產物、方程式、適用范圍、溶液pH變化等。

（4）積累電解原理的應用實例

電解方面的應用主要包括：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。將電化學知識的核心內容融會貫通，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，落實電化學知識點

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

參考文獻：

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

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