高中化学教学中关于化学能与电能的相互转化的分析

　　【摘要】通过原电池与电解池的系统对比，让学生更加准确，更加系统的掌握氧化还原反应相关的知识点及化学能与电能的相互转化过程，掌握原电池与电解池的异同，并理解二者的结构和原理，从而掌握化学能与电能的相互转化相关知识。笔者根据多年的教学经验和高考辅导经验，对高中化学中以氧化还原反应为基础的原电池与电解池相关知识的教学中及高考辅导中遇到的问题进行了分析。

　　引言

　　高中化学是以实验探究为基础的，逻辑性较强的学科，其中有部分知识点是比较抽象，学生不容易理解，容易混淆掉的知识点。尤其是“原电池”与“电解池”这一知识点，学生学了后面，忘了前面，而且很容就把这两个概念混为一谈。这点在高中化学教学中无疑是个难点，然而该部分知识点是高考必考的考点。因此，在该内容的教学过程中，要求教师首先要充分掌握有关概念，吃透相关知识点及两者之间的异同点，并根据学生的认知特点和知识水平，灵活运用各种教学方法，以促进学生对有关知识与概念的理解与掌握，进而准确运用到实际问题分析中。

　　1.氧化还原反应的特点与本质

　　学生刚上高一的时候，在初中学的从得氧失氧的角度分析氧化还原反应，过渡到从化合价的变化和电子转移的角度分析氧化还原反应，知识水平更上一层楼。氧化还原反应是反应前后元素的化合价升降的反应，这是氧化还原反应的特征；化合价升降的原因是电子转移（电子得失或共用电子对的偏移），这是氧化还原反应的本质。化学反应中元素得到电子，化合价降低，被还原，发生还原反应；元素失去电子，化合价升高，被氧化，发生氧化反应。显而易见，氧化反应和还原反应是一个对立的矛盾，但不是分开独立发生的，而是同时发生，并且相互依存的。教学过程中教师通过对“氧化”和“还原”这一对典型矛盾的深入研究，让学生深刻体会对立统一的规律在自然学科中的体现，树立辩证思想，教学生用发展的眼光看问题，用科学的态度和方法学习化学知识。

　　2.原电池的结构与电极反应的书写

　　高一第二学期的时候学生初步学习原电池，高二通过选修部分的学习，巩固了原电池相关概念。原电池是以氧化还原反应为基础，将化学能转化为电能的装置，但是其中的氧化反应和还原反应分别在不同的区域发生，即分别在负极和正极上发生。其构成条件：①活泼性不同的电极材料（负极和正极）； ②电解质溶液；③形成闭合回路；④自发发生的氧化还原反应。一般通过正负极材料的活泼性差异（金属活动性顺序：钾、钙、钠、镁、铝、锌、铁、锡、铅、氢、铜、汞、银、铂、金）区分负极和正极。负极是较活泼的金属，正极一般选用较不活泼的金属或非金属。负极总是失电子，正极总是得电子，但是正极本身不参与反应，而是电解质溶液中的阳离子（或水）在正极上得电子放电，电解质成分不同，正极上的电极反应书写也不同。这是学生很容易忽略掉的难点。银锌原电池为例，电解质溶液为稀硫酸溶液，负极是较活泼的锌，正极是较不活泼的银，负极本身失电子，其电极反应为如下，负极：Zn —2e- = Zn2+;正极：2H++2e- =H2（气体）。每一次写电极反应时给学生一再强调，正极本身不参与反应这个事实，从而让学生重视难点，巩固难点[1]。这样后续做题中就会不会出现问题。

　　3.电解池的结构与阴阳极的区分

　　学生学习电解池之前，教师先带着学生回忆并巩固原电池相关知识点，在与原电池对比的基础上，引入电解池这一概念。这里运用对比教学法，灵活结合其他教学手段促进学生更加明确掌握二者的异同点，有利于新旧知识的衔接与新知识的同化。电解池也是以氧化还原反应为基础的，是将电能转变为化学能的装置，其中能量的转化刚好与原电池相反。原电池中氧化反应和还原反应跟原电池相似，在不同的区域发生，即氧化反应在阳极上，还原反应在阴极上发生的。显然，到了电解池，电极名称也发生了相应的变化。其构成条件：①外加电源；② 电极；③电解质溶液；④形成闭合回路。与原电池不一样，电解池中两个电极可以选用同种材料，也可以是不一样的材料，只要能导电就可以。电解池中没有自发发生的氧化还原反应，这里的氧化还原反应是在外加电源的作用下发生的[2]。因为阴极上发生得电子的还原反应，阴极是需要电子得一极，而外加电源负极是失电子，因此外加电源的负极与电解池的阴极相连；外加电源的正极上发生得电子，这个电子刚好来自于电解池的阳极。所以电解池中，阴极就是与外加电负极相连，阳极与正极相连，从而可以区分阴、阳两极。

　　4.电解池中电极材料的选用、电解质溶液与电解产物的关系

　　电解池中电解产物是由电极材料和电解质溶液决定的。根据电极材料不同可分为良种情况，一种是采用非惰性电极，另一种是采用惰性电极。第一种，采用非惰性电极，如粗铜精炼，精铜为阴极，粗铜为阳极，电解质溶液为铜的盐溶液，粗筒上含有的锌、铁等失电子，变成阳离子，溶入电解液中，以离子形式存在，然而活泼性比铜差的金属不能在阳极上失电子成阳离子，只好以单质形式沉在电解池底部，形成阳极泥，而电解液中的铜离子到阴极上得电子，析出铜单质，从而达到粗铜精炼的目的。第二种，采用惰性电极，如石墨作阴阳两极，这种情况下电极本身不参与反应，而且电解液中存在多种金属离子时，根据所含金属阳离子的金属活动性顺序来判断放电顺序，即月不活泼的金属离子越容易得到电子析出金属单质。

　　5.生活中的原电池与电解池及实验的重要性

　　由于化学能与电能的相互转化这个过程比较抽象，所以教学过程中还需要借助原电池与电解池的实验，灵活运用各种教学方法，促进学生理解并掌握原电池与电解池两种装置实现化学能与电能之间的相互转化这个事实，在结合两种装置有关的练习题进行巩固的同时，教师要帮助学生养成活学活用，找出生活中原电池和电解池有关的例从而启发学生的探索学习能力。人人都离不开手机的当今社会，手机是人们贴身配备物品。没有连接外加电源的情况下，使用手机过程中，手机电池里面的化学能转化为电能，这时候相当于原电池在工作；手机电池没电了插上电，给电池充电的过程中，外加电源提供的电能转化成化学能储存在电池里，这时候原电池在工作；显然，同一个手机电池，没有连接外加电源和连接外加电源之后就是不同的两个装置，可以完成化学能与电能的相互转化，为人类提供方便。生活中除了手机以外，当然还有很多这样的设备，比如笔记本电脑，平板电脑，各类学习机，甚至是可充电的手电筒都是这个原理。通过紧密联系实际生活中的例子，可以激发学生的学习兴趣的同时，还可以拉近化学与生活之间的距离。

　　6.原电池与电解池的区别

　　原电池与电解池最明显的区别就是有没有外加电源，看一个装置判断它是属于电解池还是原电池，有外加电源的是电解池，没有外加电源的是原电池。由于这两个装置相关知识点学生平时很容易就会混淆掉，所以教师在教学过程中进行比较，帮相互学生进行归纳与整理，督促学生记忆，从而可以加强学生掌握难点的自信[3]。

　　结语

　　总而言之，高中化学教学中，原电池和电解池相关的知识点是每年高考必考的考点，而且学生很容易混淆掉的知识点，因此教师在教学过程中，在综合考虑学生的知识水平和教学要求的基础上，启发学生的探索学习能力是非常有必要的。除此之外，还要紧密结合实际生活中的例子，拉近化学与生活之间的距离，让学生主动学习，渴望学习，培养学生分析及解决问题的能力，真正让学生做到学以致用，活学活用。

　　参考文献

　　[1]张福涛.“原电池的工作原理”教学设计及课堂实录[J].化学教育,2014,35(17):13-17.

　　[2]张俊.高考电化学知识复习建议[J].青海教育,2016(03):44-45.

　　[3]朱妍蓉,包朝龙.基于认识模型建构的电解池复习教学[J].化学教育 (中英文),2017,38(23):23-28..