如何設計化學電源

孔吉鵬 張維平

摘 要：原電池是化學能轉化為電能的裝置，原電池知識是高考化學考查的重點，尤其是給定了化學反應方程式，讓學生設計原電池這一類自主探究性題目對學生來說束手無策，本文從原電池的本質、反應條件、反應原理、設計步驟入手粗淺論述自己的一點體會。

關鍵詞：氧化還原反應;原電池;設計

原電池知識是高考化學考查的重點，也是學生學習的難點，尤其是給定了化學反應方程式，讓學生設計原電池這一類自主探究性的題目，大部分學生感到老虎吃天無從下手，但細細琢磨還是有法可循。下面我就這一類題目的做法淺談一些體會。

一、明反應，抓實質

原電池是化學能轉化為電能的裝置，既然與電流有關，結合物理學知識定有電流流過，必定有電子的定向移動，而原電池能將化學能轉化為電能，說明此反應的過程中肯定有電子的轉移問題，回顧我們所學的化學反應，只有氧化還原反應才有電子的轉移問題，所以原電池反應的本質就是氧化還原反應，明白這一點至關重要。

二、明條件，熟原理

設計原電池除明白其實質外，還應明白原電池的形成條件，對原電池的形成條件可以簡單的概括為“兩極”、“一線”、“一溶液”、“自發”。所謂“兩極”指的是原電池的正負極通常情況下選擇活潑性不同的兩種金屬或一種是金屬另一種是非金屬，通常活潑金屬作負極，不活潑金屬作正極;“一線”是指用導線將兩極連接起來形成閉合回路;“一溶液”是指要有電解質溶液;“自發”是指負極材料能與電解質溶液能夠進行氧化還原反應（這里燃料電池除外）。除了明白原電池的形成條件外，還應該熟悉兩極上的電極反應，通常情況下原電池的負極本身發生氧化反應，（這里燃料電池除外）如電極反應式為（M-ae-=Ma+，其中M代表金屬，a代表電子個數）。正極上發生還原反應，但應明白發生還原反應的不是正極本身而是正極附近電解質溶液里的陽離子，陽離子得到的電子是負極失去的電子，電子是通過導線傳到了正極上。故正極附近溶液里的陽離子發生了還原反應，如電極反應式為（Aa++ae-=A其中Aa+表示溶液里的陽離子，a表示陽離子得到的電子個數）。以上兩極反應的原理簡記為“負氧正還”（其含義為負極發生氧化反應，正極發生還原反應）總反應是將兩個電極反應在得失電子數目相等的前提下，將正負極的電極反應相加即可。

三、剖反應、巧設計

在原電池內容的教學中，要求層次比較高的一類題目是將所給的化學反應方程式設計成原電池。此類題目的頻繁出現非常符合當今高中化學新課程改革的要求，充分體現了化學教學中自主性和探究性的統一，但就是這樣一類題目是學生們的弱點，教師教學的難點，可是細細品味仍有規律可循。下面以2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2為例說明設計化學電源的具體步驟。

（一）抓基礎、看變化、定兩極

前面我們已經分析了原電池反應的實質是氧化還原反應。所以一定要抓住氧化還原反應這個基礎，找出氧化還原反應中的前后變化，把氧化還原反應分解為氧化反應、還原反應兩個半反應從而確定原電池的正極負極。如在2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2中先析元素化合價的變化銅元素的化合價Cu0失e-Cu+2Cl2（發氧化反應）作原電池的負極，鐵元素的化合價F+3eCl3得e-Fe+2Cl2（發生還原反應）作原電池的正極。

（二）確定電極材料及電解質溶液

上面我們已經明白了兩個半反應且確定了正負極，現在再結合形成原電池的條件，在此基礎上確定電極材料及電解質溶液就易如反掌，如上述實例中，負極材料為Cu，正極材料可以為石墨或鉑或比Cu不活波的其他金屬。電解質溶液為FeCl3溶液，一切問題迎刃而解。

（三）畫示意圖，用原理檢驗

明確了正負極材料及電解質溶液后，將設計好的原電池畫出示意圖，如上述反應實例的原電池示意圖為：

最后將畫好的示意圖用前面的原電池的兩極反應原理“負氧正還”在草稿本上分別寫出電極反應，將兩個電極反應相加所得的就是總反應方程，然后檢驗寫出的總反應方程是否與所給的化學反應方程式一致。如果一致設計是正確的否則是錯誤的應重新設計檢查，直到正確為止。

偉大領袖毛主席說過“實踐是檢驗真理的唯一標準”，我們的教學不能僅僅停留在學生難以理解的理論上，氧化還原反應很抽象，是高中教學的一個制高點，有時候只學會了理論與現實生活聯系不上，只能是紙上談兵毫無實際意義，培養出來的學生就是高分低能是我們教育的失敗和悲哀！如何改變這種現狀和提高教學的實效性呢？就要聯系社會生活，生活中的化學電源是如何制造出來的呢？他們的工作原理又是怎樣的呢？從理論到實踐，再從實踐到理論的學習模式，教學效果甚好。化學教學中類似這樣的問題還有很多，只要我們在平時多留意及時加以歸納總結就會收獲成功，收獲希望。世上無難事只怕有心人，讓我們從這教學的點點滴滴中，與學生一起合作探究、揚帆起航。以上是我實際教學中的一點體會，寫下來在這里呈上供同仁參考，不當之處敬請批評指正我將不甚感激。

參考文獻：

[1]全日制普通高級中學教科書（選修4）化學反應原理.人民教育出版社，2007.

[2]無機化學（上冊）南京師范大學編.高等教育出版社，2005.

[3]化學優化探究.中國書籍出版社，2011.