創設問題情境 激活創新思維——以“電化學”復習為例

河北

顏建河

新的一輪復習即將開始，2018年《考試大綱》明確指出：“以能力測試為主導，將在測試考生進一步學習所必需的知識、技能和方法的基礎上，全面檢測考生的化學科學素養。”基于此，在復習涉及電化學核心知識，特別是可充電電池方面的內容時，要立足基礎，創設問題情境，充分利用典型例題的講評，來激活學生創新思維，最終實現在運用中掌握知識、提升能力的目標。

(1)關于蓄電池的下列說法，不正確的是__________。

(2)以此蓄電池為電源，用鉑電極電解CuSO4溶液500 mL。當蓄電池中電解質溶液質量減輕0.9 g時，電解池(不考慮其他損耗)陰極上析出_______，其質量為_______g。若原CuSO4溶液的pH為5，電解后溶液體積的變化忽略不計，則電解后溶液的pH為________。

【問題】這是一道涉及電池信息遷移的題，題目中給出了蓄電池的總反應式，并據此來回答題中的相關問題，有一定難度。為此，解決好這類問題，教師可通過問題情境的創設，幫助學生找到解決問題的關鍵點。即：一是蓄電池的放電起什么作用？(回答：原電池)；二是蓄電池的充電起什么作用？(回答：電解池)。

(負極) (正極) (陰極) (陽極)

同時，從上述電子轉移情況及電池相關知識，即可迅速寫出原電池和電解池的反應式。

【對策】根據對上述問題的分析，結合案例，不難發現解決這類問題的關鍵，就是依據氧化還原反應及電化學相關基礎知識，從電子轉移的方向來進行切入，學生就能由題中給出的可逆電池總反應來確定出原電池的正、負極和電解池的陰、陽極，其關系如下：

(負極) (正極) (陰極) (陽極)

同時，從上述電子轉移情況及電池相關知識，即可迅速寫出原電池和電解池的反應式。

根據上述整合的信息及題中給予的條件，則題中的各個問題便可迎刃而解。

問題(1):根據上述電子轉移情況,可判斷出原電池的正、負極和電解池的陰、陽極，并由此判斷出問題①～⑤選項中只有①⑤正確。關于蓄電池的電極必須浸在堿性電解質溶液中，其原因是放電產生Fe(OH)2、Ni(OH)2必須存在于堿性環境中，且放電過程中產生的H+必須被立即中和掉。

【點評】針對上述問題的解決，教師可引導學生進行討論、交流，結合問題情境的創設，可得出如下結論：

1.可充電電池分為放電和充電兩過程。放電是原電池反應，其相關知識可依據原電池原理進行分析；充電是電解池反應，其相關知識可依據電解池原理進行分析。

2.判斷電池放電時的電極極性和材料，可先標出放電(原電池)總反應式電子轉移的方向和數目，失去電子的一極為負極，該物質為負極材料；得到電子的一極為正極，該物質為正極材料。判斷電池充電時的電極極性和材料，方法同前，失去電子的一極為陽極，該物質為陽極材料；得到電子的一極為陰極，該物質為陰極材料。

3.書寫可充電電池電極反應時,一般都是先書寫放電的電極反應式。書寫放電的電極反應式時，要遵循以下步驟：第一，先標出原電池總反應式電子轉移的方向和數目，指出參與負極和正極反應的物質；第二，寫出一個比較容易書寫的電極反應式(要注意電極產物是否與電解質溶液共存)；第三，要在遵循電子守恒的基礎上，用總反應式減去寫出的電極反應式即得另一電極反應式。對于充電的電極反應來說，則其書寫方法與放電的電極反應過程相反，即充電的陽極反應為放電正極反應的逆過程，充電的陰極反應為放電負極反應的逆過程。

4.判斷可充電電池的氧化還原過程，可根據電極反應式進行分析，放電(原電池)的負極和充電(電解池)的陽極均失去電子，其變價元素被氧化，放電(原電池)的正極和充電(電解池)的陰極均得到電子，其變價元素被還原，發生了還原反應。

5.對溶液中離子移動方向的判斷。放電時，陰離子移向負極，陽離子移向正極；充電時，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。

6.可充電電池充電時與電源的連接關系，即可充電電池充電時，原電池的負極與外電源的負極相連，原電池的正極與外電源的正極相連。

【總結】解決好可充電電池方面的問題，其關鍵是必須認真閱讀題干、理解題示信息，切實把握好以下幾點：

一、原電池與電解池判斷方法

原電池與電解池因為它們組成相似，電極反應的類型相同(均為氧化還原反應)，以致學生不能正確判斷哪個是原電池，哪個是電解池？如何區別呢？其方法如下：

1.從能量轉化分析

原電池是把化學能轉化為電能的裝置，而電解池是把電能轉化為化學能的裝置。盡管它們的組成類似，但作用不同，原電池產生電能，而電解池卻要消耗電能。

2.從電極名稱

原電池的兩極分別叫正負極，兩極名稱由電極材料決定，電極材料多為兩種活動性不同的金屬(其中一種也可以是非金屬或氧化物)，相對活動性大的金屬易失去電子為負極，活動性差的難失去電子的為正極。例如，銅鋅原電池，活潑金屬鋅為負極，不活潑金屬銅為正極。

電解池的兩極分別叫陰陽極，兩極名稱由外接直流電源決定，與外接直流電源負極相連的一極叫陰極，與外接直流電源正極相連的一極叫陽極。

3.從電極反應分析

①以銅鋅原電池和電解氯化銅溶液為例說明：銅鋅原電池如圖1所示。

圖1

②氯化銅電解池(石墨作電極)如圖2所示。

圖2

4.從電子流動方向分析

在原電池中，電子從負極流入正極。在電解池中電子從直流電源負極流入陰極，電解質溶液中的陰離子在陽極失電子，電子從陽極再回到直流電源的正極。

電解氯化銅溶液時，用石墨作電極，它在一般條件下不參加反應，故叫惰性電極。若把電極換成某種金屬，情況就不同了，電極本身要參加反應，如在氯化鋅溶液中，用鐵、鋅作電極如圖3所示。

圖3

綜上所述，原電池、電解池、電鍍池三種裝置的區別弄清楚了，判斷方法就可迎刃而解。

第一種情況，單一裝置：①凡有外加直流電源的裝置，該裝置為電解池。若電極本身參加反應，則可能是電鍍池或電解精煉裝置(需具體分析)。②無外加直流電源，兩電極用活潑性不同的金屬或一種非金屬或某些氧化物放在電解質溶液里的裝置，就是原電池。用導線把兩極連接，該原電池就可工作，即產生電流。若不用導線把兩極連接，該原電池沒有工作，即不產生電流。像干電池沒有用導線把兩極連接起來，就沒有工作，就不產生電流，它仍然是原電池。

第二種情況，復合裝置：①若有外加直流電源跟幾個裝置串聯或并聯，則各個裝置都是電解池，若電極本身參加反應，則可能是電鍍池或電解精煉裝置(需具體分析)。②若無外加直流電源，而是用導線把各池的電極串聯或并聯起來，要根據電極材料本身的相對活動性來決定。由于中學階段不學電極電位，一般以活動性大的金屬為電極的裝置充當原電池，與原電池相連的各池是電解池，若電極參加反應者，情況如上所述。現以如圖4所示。

圖4

圖5

二、原電池與電解池解決對策

1.放電時按原電池原理進行分析，充電時按電解原理分析。

2.充放電時電極與電源的連接不能錯位，即放電時的負極板，在充電時必須連接電源負極，作為陰極發生還原反應；放電時的正極板，在充電時連接電源正極，作為陽極發生氧化反應。這樣，才能達到兩塊極板經充電復原，成為可重復使用的充電電池。

3.溶液中陰、陽離子移動方向是：①放電時陽離子移向正極，陰離子移向負極；②充電時陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。

4.要注意電池所處的環境。