摘要：浙江省新高考改革后，化學(xué)選考試題對學(xué)生的能力要求越來越高，電極方程式的書寫，是化學(xué)選考的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，電極方程式書寫思維建模能夠幫助學(xué)生擺脫學(xué)習(xí)思考困境，提高化學(xué)核心素養(yǎng)，能夠提高學(xué)生的知識遷移和應(yīng)用能力。

　　關(guān)鍵詞：化學(xué)選考;電極方程式;鉛蓄電池;思維建模

　　一、問題的提出

　　浙江省新高考改革后，化學(xué)選考試題對學(xué)生的能力要求越來越高，通過分析浙江省新高考?xì)v年化學(xué)選考試題真題，不難看出，電極方程式的書寫，是選考的一大熱點(diǎn)，也是難點(diǎn)，大部分的學(xué)生對電極方程式書寫感到困惑，因此，對電極方程式書寫進(jìn)行建模有很大的必要，思維建模能夠幫助學(xué)生擺脫學(xué)習(xí)思考困境[1]，在高三化學(xué)復(fù)習(xí)課中，運(yùn)用思維建模，幫助學(xué)生構(gòu)建知識體系，能夠提高學(xué)生的知識遷移和應(yīng)用能力。

　　二、分析電化學(xué)電極方程式書寫思維建模的意義

　　電極方程式思維建模，是對高考電化學(xué)知識的自我思維構(gòu)建，是在原有知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將方法和知識內(nèi)化[2]，建一個讓學(xué)生能看得懂的電化學(xué)思維模型，對解決電化學(xué)方程式書寫問題至關(guān)重要，學(xué)生只有學(xué)會了書寫電極方程式，才能更深層次理解電解池、原電池的含義，才能從“面”的角度全方位把握好電化學(xué)知識，一個典型的電化學(xué)思維建模，首先要理解電化學(xué)原理，兩個電極分別發(fā)生何種電極反應(yīng)，物質(zhì)變化是什么，即誰變成了誰，發(fā)生了氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng);其次要有“守恒”思想，“守恒”思想是指元素守恒、電荷守恒、化合價升降守恒，“守恒”思想是準(zhǔn)確書寫電極方程式不可缺少的環(huán)節(jié);再次要有“環(huán)境”意識，“環(huán)境”意識是指電解池、原電池中電解質(zhì)所處的環(huán)境，“環(huán)境”意識要和電荷守恒思想緊密結(jié)合，不同的“環(huán)境”用來平衡電荷的離子不同，如酸性環(huán)境一般用H+平衡電荷，而不能用OH-，而堿性條件一般用OH-平衡電荷,而不能用H+。

　　以教材中鉛蓄電池為例進(jìn)行思維建模鉛蓄電池是常用的可充電電池，其優(yōu)點(diǎn)是放電時電動勢較穩(wěn)定，缺點(diǎn)是比能量(單位重量所蓄電能)小，對環(huán)境腐蝕性強(qiáng)。鉛蓄電池的工作電壓平穩(wěn)、使用溫度及使用電流范圍寬、能充放電數(shù)百個循環(huán)、貯存性能好(尤其適于干式荷電貯存)、造價較低，因而應(yīng)用廣泛。目前最常見還是使用在汽車、摩托車發(fā)動之上。接下來從鉛蓄電池充電放電兩個角度講述電極方程式書寫思維建模的步驟。

　　鉛蓄電池放電時，電化學(xué)原理為原電池原理，以鉛蓄電池放電時正極的電極方程式為例掌握建模步驟，首先要明白正極物質(zhì)之間的變化，即正極是誰變?yōu)檎l，緊扣原電池的反應(yīng)原理，正極得到電子，化合價降低PbO2變?yōu)榱薖bSO4;其次利用電解質(zhì)所處的酸性環(huán)境使電荷平衡，平衡電荷用H+;再次使左右兩邊元素守恒。序號代表的含義為：①寫出正極物質(zhì)的變化;②寫出由物質(zhì)變化引起的電子得失;③根據(jù)電解質(zhì)的化學(xué)環(huán)境，用H+平衡電荷;④使左右兩邊元素守恒，在右邊補(bǔ)充H2O，這樣一個完整的電極方程式建模就完成了。是一個簡單建模的過程。再如書寫鉛蓄電池充電時陽極的電極方程式，按思維建模步驟①寫出陽極物質(zhì)的變化，PbSO4變?yōu)镻bO2;②寫出由物質(zhì)變化引起的電子得失;③根據(jù)電解質(zhì)的化學(xué)環(huán)境，用H+平衡電荷;④使左右兩邊元素守恒，在左邊補(bǔ)充H2O。

　　簡而言之，無論是原電池還是電解池，電極方程式書寫思維建模的步驟可歸納為：列物質(zhì)變化，標(biāo)電子得失，有“環(huán)境”意識，使電荷守恒，再元素守恒。遷移應(yīng)用典例1(2017年4月浙江省選考)據(jù)文獻(xiàn)報道，CO2可以在堿性水溶液中電解生成甲烷，生成甲烷的電極反應(yīng)式是。分析：①要明白物質(zhì)之間的變化，CO2變?yōu)榱薈H4;②標(biāo)明電子得失，碳元素由+4價變?yōu)?4價，得到8e-;③利用電解質(zhì)所處堿性環(huán)境使電荷平衡，平衡電荷用OH-;④使左右兩邊元素守恒。故電極方程式為CO2+6H2O+8e−===8OH-+CH4.典例2(2017年11月浙江省選考)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，以H2O和N2為原料，熔融NaOH-KOH為電解質(zhì)，納米Fe2O3作催化劑，在250℃和常壓下可實(shí)現(xiàn)電化學(xué)合成氨。陰極區(qū)發(fā)生的變化可視為按兩步進(jìn)行，請補(bǔ)充完整。

　　電極反應(yīng)式：2Fe+3H2O+N2=Fe2O3+2NH3。分析：本題納米Fe2O3作催化劑，據(jù)催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的特點(diǎn)，聯(lián)系題意，故①物質(zhì)變化，F(xiàn)e2O3變?yōu)榱薋e;②標(biāo)明電子得失，鐵元素由+3價變?yōu)?價，兩個鐵得到6e-;③電解質(zhì)為熔融NaOH-KOH，平衡電荷用OH-;④使左右兩邊元素守恒。故電極方程式為Fe2O3+6e-+3H2O==2Fe+6OH-。典例3(2018年11月浙江省選考)高鐵酸鉀(K2FeO4)可用作水處理劑。某同學(xué)通過“化學(xué)-電解法”探究的合成。

　　接通電源，調(diào)節(jié)電壓，將一定量Cl2通入KOH溶液，然后滴入含F(xiàn)e3+的溶液，控制溫度，可制得K2FeO4。請寫出陽極的電極反應(yīng)式(含F(xiàn)eO42-)。分析：據(jù)題意，①陽極物質(zhì)變化為，F(xiàn)e3+變?yōu)榱薋eO42-;②標(biāo)明電子得失，鐵元素由+3價變?yōu)?6價，失去6e-;③陽極為KOH溶液，平衡電荷用OH-;④使左右兩邊元素守恒。故電極方程式為Fe3++8OH--3e-==FeO42-+4H2O。典例4(2019年4月浙江省選考)以鉑陽極和石墨陰極設(shè)計電解池，通過電解NH4HSO4溶液產(chǎn)生(NH4)2S2O8，再與水反應(yīng)得到H2O2，其中生成的NH4HSO4可以循環(huán)使用。

　　分析：據(jù)題意，陽極物質(zhì)變化為，SO42-變?yōu)榱薙2O82-，硫元素化合價升高，共失去2e-，故陽極的電極反應(yīng)式為2SO42--2e-==S2O82-。建模反思化學(xué)學(xué)習(xí)是思維不斷建模的的過程，要跳出繁瑣的知識，就必須思維建模，形成最本質(zhì)、最核心的東西，本文回歸課本，以鉛蓄電池為例進(jìn)行思維建模，使知識和方法進(jìn)一步內(nèi)化，將電化學(xué)思維建模方法有機(jī)的滲透到化學(xué)知識的學(xué)習(xí)中，可有效擺脫學(xué)習(xí)困境，提高化學(xué)核心素養(yǎng)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]王滋旻.改進(jìn)化學(xué)建模教學(xué)，優(yōu)化學(xué)生思維品質(zhì).中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2014(4)：11-13.

　　[2]韓殿君.建模思維：突破化學(xué)學(xué)習(xí)困境的良方.教研，2018(17)：88.

　　作者：黃雄

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