逍遥学能 2017-11-14 16:47
摘要：高中教学电化学知识要点时，我们发现学生对电化学中的几点认识常常含糊不清，现将其整理如下，供同仁们参考。
关键词：原电池 电解池 可能 自发 强制
在高中原电池和电解池的电化学教学中，应根据教材原理将电化学知识讲解透彻，否则会给学生造成错误的观点。
一、电解池中的可能性
1.惰性电极可能反应
在电解池中一般认为惰性电极不参加反应，但工业上用石墨电极电解熔化的Al2Ｏ3制取铝时的电极反应
阳极：6O2--12e = 3O2 阴极：4Al3+ + 12e = 4Al
在高温下C能与O2反应：C+ O2 = CO2，故惰性电极石墨的惰性是相对的。
2.阳极可能参加反应
一般认为反应 Cu+H2SO4 = CuSO4+ H2是不能完成的，但在电解池中可以进行。以Cu作阳极，其它电极作阴极电解稀硫酸溶液，其电极反应为
阳极：Cu - 2e = Cu2+ 阴极：2H+ + 2e = H2
但要注意的是，随着电解的进行 C(H+) 逐渐减小,C(Cu2+)逐渐增大，电解的后阶段变为电镀。电极反应变为：
阳极：Cu - 2e = Cu2+ 阴极：Cu2+ + 2e = Cu
故活性电极作阳极时要参加电极与电解反应。
3. 原子团可能放电
惰性电极电解溶液时，原子能团一般是OH-放电，但电解Na2SO3溶液时由于SO32-的还原性远强于OH-，其电极反应是：
阳极:SO32--2e +H2O= SO42- +2Ｈ+ 阴极:2Ｈ++2e = H2
总反应是：Na2SO3+ H2O = Na2SO4 + H2
4. 同一电极可能放出两种气体：
惰性电极电解NH4Cl溶液时，其电极反应是：
阳极：2Cl--2e = Cl2 阴极：2 H2O +2e = H2+2OH-
在阴极，随着电解的进行会发生：NH4++ OH- = NH3+ H2O 总反应：2 NH4Cl = Cl2+2NH3+ H2
在阳极,随着C(Cl-)的减小也可能发生2H2O -4e= O2+4H+
故阴极放出H2和NH3;阳极放出的Cl2中可能有O2。实际上惰性电极长时间电解溶液的最后阶段都是电解水。
二、原电池的可能性
1. 不活泼电极可能作负极
在一般情况下，对于活性不同的两个电极来说，由于活泼的一极比不活泼的一极更容易失去电子，从而活泼的一极的电势往往要低于不活泼的一极，因此在原电池中一般情况下都做负极,但这种情况却并不绝对,我们看下列两组原电池
(1)镁、铝电极与NaOH溶液构成的原电池
总反应：2Al+2HO-+2 H2O =2AlO2-+3H2
负极：2Al-6e+8OH- = 2AlO2-+4H2O
正极：6 H2O +6e=3H2+6OH-
(2) 铜、铝电极与浓硝酸构成的原电池由于铝在浓硝酸中钝化，总反应是：Cu+4HNO3= Cu(NO3)2 +2NO2+2H2O
负极：Cu-2e = Cu2+ 正极：NO3-+2e-+4H+=NO2+2H2O
但要注意的是，随着反应 (2) 的进行，总反应变为
2Al+3Cu(NO3)2 = 3Cu + 2Al(NO3)2
电极反应是负极：2Al- 6e = 2Al3+ 正极:3Cu2+ + 6e = 3Cu
从上两例中我们可以看出原电池电极的确定还与电解质溶液有关,由于电解质溶液的不同可能使电极性质也不同，如上述装置改用酸性稀溶液做介质，则活性强的镁、铝分别做负极。
2. 两个电极可能相同
在一般情况下，对于只有活性不同的两个电极来说，才能形成电势差，也才能形成稳定的电流进而组成原电池，然而是否所有的原电池的电极的活性都要不同呢? 我们看下列一组原电池：
总反应：2H2+O2=2H2O
负极：2H2-4e = 4H+ 正极：O2+4e+4H=2H2O
从上例中我们可以看出燃料电池的正、负极应由其通入的
气体的性质来决定，其电极本身的活性不能作为其电极正负的判据，如在燃料电池中两个电极的活性却是可以相同的。
3. 两个电极可能浸入不同电解质溶液中
在中学教材中出现的原电池装置一般都是两个电极浸入同一电解质溶液中形成原电池，致使很多同学都误认为原电池装置中的两个电极一定要浸入同一电解质溶液中，然而在新教材仅出现了一次的丹尼尔电池(盐桥)却有力的说明了上述观点的局限性。
总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu
负极：Zn-2e=Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e=Cu
4. 氧化还原反应只可能设计成原电池
原电池的实质是把一个氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行，那么是否所有的氧化还原反应都能设计成原电池呢? 我们一起来看例题： 下列反应能设计成原电池的有( )
A. C+CO2=2CO
B. HCl + KOH = KCl + H2O
C. Cu + 2FeCl3 =2FeCl2 + CuCl2
D. 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
教学反馈发现很多同学都选择了 A 和 C，他们的理由是这两个反应都是氧化还原反应，然而并非所有的氧化还原都能设计成原电池，因为原电池的反应是化学能自发的转化为电能的过程,因此原电池中进行的反应必须满足如下条件即： 反应必须是氧化还原反应而且该反应必须是自发的氧化还原反应，因此本题的答案只有 C 。
三、教学反思
经过以上原电池和电解池的分析，我们在电化学教学中，老师应明确告诉学生：
1. 原电池反应是自发的氧化还原反应。在满足形成原电池的条件(两电极、电解质溶液、闭合)下，先正确的写出自发的氧化还原反应方程式(原电池反应)并确定氧化剂和还原剂。 还原剂一定在负极上反应，氧化剂一定在正极上反应。如果还原剂是金属，则该金属是原电池的负极，且正极与该金属不同，如果还原剂不是金属，则正负电极由其它电极代替且可相同。这样，既可以根据原电池反应判断正负极和书写电极反应，也可以将自发的氧化还原反应设计成原电池。
例(1)将自发的反应3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O设计成原电池并写出电极反应。
电池构成：Cu 作负极、Ag作正极、稀HNO3作电解质溶液。电极反应：负极 ( Cu-2e=Cu2+ )；
正极(NO3-+3e+4H+=NO+2 H2O)
2.电解池反应是强制的氧化还原反应。在满足形成电解池的条件(电解质溶液导电)下，根据阳离子的氧化性顺序、阳极活性及阴离子的还原性顺序，正确的写出电解池反应并确定氧化剂和还原剂。还原剂一定在阳极上反应，氧化剂一定在阴极上反应。如果还原剂是金属，则该金属是电解池的阳极(阴极任选); 如果还原剂不是金属，则阳极是惰性的(阴极任选)。这样，既可以根据电解池反应判断阴、阳极和书写电极反应，也可以将溶液中或离子晶体熔化时不能自发的氧化还原反应设计成电解池反应。但要注意的是，惰性电极电解溶液时最后阶段可能是电解水。
例(2)在溶液中实现 Fe+2H2O =Fe(OH)2+ H2的反应。
电解池构成：直流电源、Fe 作电极、 Na2SO4 作电解质溶液, 电极反应 ：
阳极Fe-2e + 2OH- = Fe(OH)2 阴极2H2O+2e=2OH-+ H2
作者：陈焰 黄开书