对“原电池”的教学研究

徐 昭

贵州

原电池是中学化学的重要内容，是氧化还原反应的重要应用，是高考的重要考点。原电池考查的核心在于电极的确定以及电极反应式的书写，如何分析原电池，特别是分析陌生度很高的原电池，如何确定电极及正确写出电极反应式既是教学和考试的重点，也是学生学习的难点。

众所周知，现行人教版化学《必修2》第二章(化学反应与能量)第2节(化学能与电能)，实验2-4科学探究和思考与交流分别做了Cu - 稀硫酸 - Zn原电池实验，金属(Mg、Cu、Fe)果汁(橙汁、苹果汁、柠檬汁等)实验及苹果电池实验。学到这里，学生手舞足蹈，表现出强烈的兴趣。表面上看，电化学的学习有了良好的开始，但是学到《选修四》第4章“电化学基础”时，半数以上的学生感到困难，电化学的知识并没有刚接触时那么好学，不会做题，反复遭遇失败，信心受到重创。笔者通过不断实践、反思，找到了存在问题的原因在于氧化还原反应的概念教学中没有到位。只有概念教学到位、对应练习到位、课前铺垫到位、课后训练到位，一鼓作气，教学效果才会更棒。那么，怎样操作才能使期望实现呢？解决问题的方法是什么呢？笔者通过以下方法对教学进行调整，取得了不错的教学效果。

一、研究《考试大纲》要求

《考试大纲》中对氧化还原反应的要求是了解氧化还原反应的本质是电子的转移，了解常见的氧化还原反应，掌握常见氧化还原反应的配平和相关计算，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式，了解常见化学电源的种类及其工作原理。

二、研究考题规律

近年来，高考试题凸显对主干知识的考查。统计发现，氧化还原反应、离子反应、电解质溶液、电化学……这些主干知识几乎每年必考。事实说明，在新课程核心素养背景下的高考，呈现的是相对稳定的过渡和传承。如：2010—2018年，全国卷Ⅰ、卷Ⅱ连续八年都考查了电化学的知识。2016—2018年全国卷Ⅲ第11题，分别考查了“锌 - 空气燃料电池”“固态锂硫电池”“锂 - 空气电池”的电化学知识。

三、研究教学铺垫

1.复习氧化还原反应相关概念

明确什么叫氧化反应？什么叫还原反应？什么叫氧化还原反应？氧化反应的实质是什么？还原反应的实质是什么？氧化还原反应的实质是什么？氧化反应与还原反应的关系是什么？以上概念在氧化还原反应的初次教学中讲解到位，练习到位。根据艾宾浩斯对遗忘规律的研究，进入原电池内容之前，最好检测复习氧化还原反应相关概念，使学生对概念烂熟于心。

2.复习“电流”这一概念，讲清楚原电池的概念

我们知道，氧化还原反应的实质是电子的转移，但是电子并没有定向移动，也就是说，氧化还原反应中的电子转移是自由移动的，那么如何将电子的自由移动变成电子的定向移动呢？借助一个装置，就可以使氧化还原反应中电子的转移(自由移动)转变成电子的定向移动，这个装置就是原电池。由于这个装置形成了电流，所以就有了电能。能量守恒定律告诉我们，能量不会创生，也不会消失，只会从一种形式转化成另一种形式，从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中，总量保持不变。化学反应会释放化学能，毋庸置疑，化学能也可以转化成其他形式的能。因此，从能量转化的角度来看，这个装置将化学能转变成了电能。所以，原电池就是将化学能转变成电能的装置，如教材上的单池原电池、双池原电池。这样，学生就基本掌握了原电池的概念。

3.讲清电极的概念和电极的分类

电极就是电子流入或流出的端口，如生活中的插头、插座、插线板等都是电极。在原电池中，电子流出的电极叫负极，电子流出就是失去电子，所以负极发生氧化反应，带正电，吸引阴离子移向负极。所以，在原电池中，负极可以定义为(1)失电子的电极叫负极；(2) 发生氧化反应的电极叫负极；(3)带正电的电极叫负极；(4)阴离子移向的电极叫负极。讲清楚负极，大多数学生就能自学领悟正极。

电子流入的电极叫正极，电子流入就会有粒子在正极上得到电子，所以正极发生还原反应，带负电，吸引阳离子移向正极。所以，在原电池中，正极可以定义为(1)得电子(电极本身或其他粒子)的电极叫正极；(2) 发生还原反应的电极叫正极；(3)阳离子移向的电极叫正极。

4.讲清电子与电流运动的路径

突出核心素养中“宏观辨识与微观探析”这一要素。电子总是从负极出发，经过外电路到达正极，在内电路(介质为电解质溶液、熔融电解质或固体电解质)中，是阴阳离子移动导电，即阴离子移向负极，阳离子移向正极，电子运动方向与电流方向正好相反，根据电子运动方向可以判断电流运动方向。所以，不论是知道电子运动方向、还是电流运动方向，都可以确定原电池的正负极。

5.讲清原电池构成的条件

(1)有两个电极(大多数不同，也可能相同，如氢氧燃料电池等)；(2)有电解质(电解质通常是溶液，也可能是熔融状态或固体电解质)；(3)有闭合回路(首尾连通，教学时展示各种闭合回路)；(4)有自发的氧化还原反应。

笔者在授课时，用图1强调原电池工作原理，抓住原电池工作原理本质，以不变的工作原理应对万变的情景，突出核心素养中“证据推理与模型认知”这一要素。

图1

用图2、图3介绍不同类型的原电池，从原电池工作原理的角度触类旁通，达到举一反三的效果。

图2

图3

6.讲清原电池电极反应式书写步骤

[列物质、标得失]→负极失电子，氧化反应；正极得电子，还原反应。

↓

[看环境、配守恒]→电极产物在电解质环境下，应稳定且大量存在。

↓

[两相加、验总式]→两电极反应式相加，与总反应式对照验证。

四、例题示范，变式强化

例1.以Pt为电极材料，KOH溶液为电解质溶液的氢 - 氧燃料电池。

变式1：以Pt为电极材料的H2- H2SO4(aq) - O2燃料电池。

变式2：一次电池，Mg - NaOH(aq) - Al电池。

变式3：CO燃料电池，熔融盐(铂为两极，Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极燃气)。

五、直面新题、明确方向

例2.(2018·天津卷·10题节选)O2辅助的Al - CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

电池的负极反应式：_______________________。

反应过程中O2的作用是_______________________。

该电池的总反应式：_______________________。

( )

B.充电时释放CO2，放电时吸收CO2

【解析】原电池中负极失去电子，发生氧化反应，正极得到电子，发生还原反应，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，充电可以看作是放电的逆反应。

六、总结归纳

原电池正负极的判断方法：

1.根据原电池反应的方程式判断

原电池反应均为自发进行的氧化还原反应，在原电池反应方程式中，先判断出元素化合价升降，元素化合价升高失电子是还原剂，还原剂所在的电极是负极。元素化合价降低得电子是氧化剂，氧化剂所在的电极是正极。

2.根据电流方向或电子移动方向判断

在外电路中，电子总是由负极流向正极，电流由正极流向负极,电子移动方向与电流流动方向相反(内电路中，电流由负极流向正极)。

3.根据电解质溶液里离子的移动方向判断

在原电池的电解质溶液里，阳离子移向的电极是正极，阴离子移向的电极是负极。

4.根据两极发生的反应判断

原电池的负极总是失去电子发生氧化反应，正极总是得到电子发生还原反应。

5.根据原电池的两极判断

一般情况下，较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或导电的非金属为正极，但也有特殊情况如：Mg - NaOH(aq) - Al原电池中，Al作负极、Mg作正极。

6.根据电极产生的现象判断

一般情况下，质量减小的一极为负极，质量增大或有气泡产生的一极为正极(如：Pb - H2SO4(aq) - PbO2蓄电池中，原电池工作时，负极Pb转化为PbSO4，正极PbO2转化为PbSO4，负极和正极质量均增加)。