化学教学中原电池与电解池的综合分析

在高中化学原电池与电解池的教学中，我们发现学生对于原电池与电解池的判断与区别存在一些问题，这与学生在知识结构上的不完善有较大的关系.这几年的高考题，在原电池与电解池的综合分析考查方面的试题越来越多.所以，在理顺、吃透原电池或电解池的问题时，还要注意原电池与电解池的基本概念、原电池与电解池实验的基本操作、电池电极反应书写方式等.

一、原电池与电解池的相关问题探讨

１．原电池的形成条件

原电池的工作原理：原电池反应属于放热的氧化还原反应.还原剂与氧化剂之间的常规碰撞不会使原电池的电子产生转移，原电池的电子转移是还原剂在负极上失电子发生氧化反应，电子再通过外电路传送到正极上，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应，进而实现氧化剂与还原剂之间的电子转移.而两极之间溶液中的离子按照固定的方向移动和外部导线中的电子按照固定的方向移动构成了闭合回路，使两个电极反应不停地发生有规律的电子转移，产生电流，实现化学能转化成电能.

原电池的构成条件：（1）电极材料由两种不同活动性的金属或由其他导电的材料（非金属或某些氧化物等）组成；（2）两电极之间有导线连接，形成闭合回路；（3）两电极一定要浸泡在电解质溶液中.以上三个构成条件都具备才可以构成原电池.

２．电解池判断及反应的类型

电解池是将电能转化成化学能的装置.电解池的两极分别是阳极和阴极.电解池的阳极与电源正极相连，表现为元素价态升高、电解质溶液中的阴离子失电子发生氧化反应；电解池的阴极与电源负极相连，表现为元素价态降低、电解质溶液中的阳离子得电子发生还原反应.

３．原电池与电解池相关教学重难点

以原电池和电解池原理为主的电化学是历年高考都会考查的重点的内容.该部分专题考查的主要内容涉及：原电池原理的理解与掌握、化学腐蚀与电化学腐蚀方法的理解、电解的基本原理的理解及应用.高考考查的方式除了以教材上的原电池和电解池原理为基础的直接考查外，还会将原电池与电解池领域的新科技和新应用实例结合高中化学课程目标进行信息迁移式的考查，进而考查学生对教材基础知识的掌握情况和实践创新能力.

４．原电池与电解池反应式的书写

要能正确书写原电池与电解池反应式，就要求学生掌握牢固的知识基础，否则生硬地要求学生掌握该部分的内容是比较困难的.根据高中电化学的教学经验：氧化还原反应中一定要存在电子的转移，任意一个自发进行的氧化还原反应都能够设计出一个电池.采取恰当的方法就可以让转移的电子通过外电路产生电流，从而对外供电.一个总的电池反应就构成了一个氧化还原反应，这是化学电池的理论基础.

在书写电极反应式时应遵循下列原则：（1）质量守衡原则：即反应式的两边各元素原子的总数要配平；（2）电荷守恒原则：即反应式两边电性相同而电量相等；（3）电子守恒原则：即负极反应式中失电子的总数要与正极反应式中得电子的总数相等；（4）事实性原则：即书写的反应式要与实际相符.

正极：（1）当负极材料能与电解液直接反应时，溶液中的阳离子得到电子.例如，锌铜原电池中，电解液为HCl，正极H+得电子生成H2.（2）当负极材料不能与电解液反应时，溶解在电解液中的O2得到电子.假若电解液呈现酸性，O2+4e-+4H+=2H2O；如果电解液呈中性或碱性，O2+4e-+2H2O=4OH-.

负极：活泼金属失电子，看电解液中是不是存在很多的阳离子.如果金属阳离子与电解液中的离子无法共存，就进行进一步的反应.例如，甲烷燃料电池中，电解液为KOH，负极甲烷失8个电子生成CO2和H2O，但CO2不能与OH-共存，要进一步反应生成碳酸根.

二、高中化学原电池与电解池教学问题分析

对于原电池与电解池的学习，学生只靠记忆是肯定不行的，如果缺乏对这部分知识的真正理解，就无法掌握和运用.即便暂时可以解出某些试题，也不会长时间地灵活运用.在“原电池”与“电解池”的教学中，我们发现学生对于原电池与电解池的判断与区别存在一些问题，这与学生在原电池与电解池的学习不牢固有很大的关系.

同时，有些化学教师在教学中缺乏对学生在原电池与电解池概念与实验操作上的教学.虽然原电池与电解池的内容在教材有一些演示实验，但这两种演示实验的现场操作性和实验观察性较低，实验装置也比较小型，学生印象不够深刻，记忆不够牢固.

三、高中化学教学中原电池与电解池的综合试题分析

１．原电池与电解池原理的理解与运用

例1 将质量分数为0.052的NaOH溶液1L（密度为

1.06g•cm-3）用铂电极电解，当溶液中NaOH的质量分数改变了0.010时停止电解，则这时溶液中应符合的关系是（）.

NaOH的质量分数阴极析出的物质的质量/g阳极析出的物质的质量/g

A0.06219152

B0.06215219

C0.0421.29.4

D0.0429.41.2

分析：本题主要考查考生对电解原理的理解.在设计试题时特意给学生留了一些可以应用的信息，以此考查考生在这方面的思维能力.

常规解法：由题设条件可知，1L的NaOH溶液中含有的溶质质量为：

1000mL×1.06g•cm-3×0.052=55.12g

电解稀硫酸，事实上消耗了水，使溶液浓度增大，停止电解时，溶质的质量分数为0.062.

停止电解时，溶液的质量为55.12÷0.062=889g.

被电解的水为1060g-889g=171g.

根据电解水的化学方程式可求得，在阳极析出的氧气为171g×1618=152g，在阴极析出的氢气为171g×218=19g.

答案为B.

非常规解法：根据电解NaOH溶液事实上是电解水这一结论，部分学生就会得出，溶液中溶质的质量分数随着电解的进行逐渐增加，这样，C、D两项就可以排除.电解水是阳极析出氧气，阴极析出氢气，它们的物质的量之比应为21，前者质量大于后者，只有选项B符合题意.

２．原电池与电解池反应式书写

例2 熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，所以实际应用也很多.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：阳极反应式：2CO+2CO2-3－4e=4CO2

阴极反应式：，

电池总反应式：.

解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧.本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为：2CO+O2=2CO2.用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式：O2+2CO2+4e=2CO2-3.

总之，高中化学中的原电池和电解池综合中的氧化还原反应、能量变化、化学实验和化学计算等知识是电化学部分比较重要的内容.作为高中化学教师，我们要培养学生正确解答原电池和电解池综合试题的能力，进一步提高高中化学教学水平.