氧化还原原理在电化学中的应用_New
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氧化还原与电化学反应氧化还原反应是化学中一种重要的反应类型,涉及物质之间的电子转移过程。
电化学反应则是以电子传递为基础的化学反应。
本文将探讨氧化还原反应与电化学反应之间的关系,并介绍它们在化学领域的应用。
一、氧化还原反应的基本概念氧化还原反应是指物质中的电子从一个物种转移到另一个物种的过程。
其中,发生氧化反应的物质称为氧化剂,它能够接受电子;而发生还原反应的物质称为还原剂,它能够提供电子。
在氧化还原反应中,物质的氧化态和还原态发生了变化。
二、氧化还原反应的表达方式一般情况下,氧化还原反应可以通过简化半反应方程式来表达。
对于氧化反应,其半反应方程式中的氧化剂在左侧,而还原剂在右侧;对于还原反应,情况则相反。
通过将氧化反应与还原反应配对,可以得到完整的氧化还原反应方程式。
三、电化学反应与氧化还原反应的关系电化学反应是以电子传递为基础的化学反应。
在电化学反应中,氧化还原反应是其中的一种特殊类型。
经常使用的电化学反应包括电解反应和电池反应。
电解反应是指在外加电压的作用下,使电解质溶液中的化合物发生氧化还原反应。
在电解质溶液中,正极发生氧化反应,负极发生还原反应,从而实现电子的转移。
电池反应是指利用化学能或电能来驱动氧化还原反应,通过电流流经导电介质来产生电能的过程。
电池中的正极是发生氧化反应的地方,而负极则是发生还原反应的地方。
电池的工作原理是通过将氧化还原反应中的电子转移过程与其他反应相结合,从而产生电能。
总结:氧化还原反应是电化学反应的一种特殊类型,它涉及物质之间的电子转移过程。
电解反应和电池反应是电化学反应的两种常见形式,都依赖于氧化还原反应的发生。
四、氧化还原反应在化学领域的应用氧化还原反应在化学领域有着广泛的应用。
以下是其中几个重要的应用领域:1. 腐蚀与防腐氧化还原反应是金属腐蚀的基础。
当金属与空气中的氧气发生氧化反应时,金属会逐渐腐蚀并形成氧化物。
为了防止金属的腐蚀,可以采取一些防腐措施,如涂层和防锈剂,来减少金属与氧气的接触。
氧化还原反应与电化学氧化还原反应是化学中一种重要的反应类型,其在自然界和工业生产中都有广泛的应用。
而电化学则是研究氧化还原反应中电荷转移过程的学科。
本文将探讨氧化还原反应与电化学之间的关系及其在实际应用中的作用。
一、氧化还原反应的基本概念氧化还原反应是指化学反应中电子的转移过程。
其中,氧化是指物质失去电子,而还原则是指物质获得电子。
这一过程常常伴随着氧化态和还原态之间的转化。
例如,金属的氧化是指其失去电子变成正离子,而非金属的还原则是指其获得电子变成负离子。
在氧化还原反应中,通常存在氧化剂和还原剂的概念。
氧化剂是指可以氧化其他物质的物质,它自身则被还原。
相反,还原剂是指可以将其他物质还原的物质,它自身则被氧化。
氧化剂和还原剂之间的作用是通过电子的转移来实现的。
二、电化学的基本原理电化学是研究在化学反应中电荷转移的学科。
它主要研究的是氧化还原反应的电流与电势之间的关系。
电化学研究中的核心是电解池的构成,即由氧化剂和还原剂构成的两个半电池,通过电介质连接形成闭合电路。
在电解池中,氧化剂半反应发生在阳极,还原剂半反应发生在阴极。
当外部电源施加电压时,电流通过电解池,促使氧化剂从阳极转移到阴极,还原剂则反之。
这样的电流转移过程,实质上是电子从氧化剂转移到还原剂的过程。
电化学反应的程度可以通过电势差来衡量。
电势差越大,说明反应越易进行,反之则反应难以发生。
而通过测量电势差的变化,可以得到不同反应之间的能量变化情况,从而研究氧化还原反应的热力学性质。
三、氧化还原反应与电化学的应用1. 电池电池是利用氧化还原反应产生电能的装置。
一般电池由正极、负极和电解质组成。
电池的运行过程就是氧化还原反应不断进行的过程。
正极的氧化反应释放电子,而负极的还原反应则接受电子。
通过外部连接电路,电能可以被释放出来,实现电池的工作。
2. 金属腐蚀与防护金属腐蚀是一种广泛存在于自然界中的氧化还原反应。
在金属表面形成腐蚀产物的过程中,金属自身发生氧化反应,形成氧化物。
氧化还原与电化学探索氧化还原反应与电化学的应用氧化还原与电化学探索氧化还原反应和电化学是化学领域中重要的研究方向。
本文将深入探讨氧化还原反应的概念和机制,并探索电化学在实际应用中的意义和作用。
一、氧化还原反应概述氧化还原反应是指化学物质中的电荷转移过程。
在氧化还原反应中,一种化学物质失去电子,被氧化成为正离子或者中性原子,而另一种物质则获得电子,被还原成为负离子或者中性原子。
换言之,氧化是指某一原子或原子团失去电子,还原是指某一原子或原子团获得电子。
氧化还原反应通常伴随着电子的转移和能量的释放。
常见的氧化还原反应包括金属与酸的反应、金属与非金属的反应、还原剂与氧化剂之间的反应等。
二、氧化还原反应的机制氧化还原反应的机制可以通过电子的转移来解释。
在氧化反应中,某一物质失去电子,该物质的原子核电荷增加,同时其氧化数增加。
在还原反应中,某一物质获得电子,该物质的原子核电荷减少,同时其氧化数减少。
换言之,氧化数是指反应物中某一原子的电子数的变化。
氧化还原反应机制也可以通过氧化还原半反应来描述。
氧化半反应中电子的失去被表示为右上角的电子数,还原半反应中电子的获得被表示为左下角的电子数。
通过将氧化半反应和还原半反应结合在一起,就可以得到完整的氧化还原反应。
三、电化学的应用1. 电化学电池电化学电池是将化学能转化为电能的装置。
电化学电池由负极(阳极)和正极(阴极)以及电解质溶液组成。
在电池中,氧化还原反应发生在负极和正极之间。
电化学电池的应用非常广泛。
其中,最常见的应用是将化学能转化为电能,以供各种电子设备使用。
电池在家庭、工业、农业和交通等领域都有广泛的应用。
2. 电解与电镀电解是指通过电流使电解质溶液中的化合物分解。
电解质溶液中的阳离子会移向阴极,还原成为金属沉积。
而阴离子则会移向阳极,氧化成为新的化合物。
电解广泛应用于电镀工业。
电镀是一种将金属沉积在另一种金属表面上的方法,以增加其抗氧化和美观性。
电镀对于提高金属耐蚀性、改善外观以及减少摩擦等方面具有重要意义。
化学核心素养之氧化还原反应的原理与实际应用氧化还原反应(Redox reaction)作为化学领域中最为重要且常见的反应之一,在实际应用中发挥着重要的作用。
本文将通过对氧化还原反应的原理进行深入探讨,并分析其在实际应用中的具体应用场景和重要意义。
一、氧化还原反应的原理氧化还原反应,简称为氧化反应和还原反应,是指物质中两种氧化态之间的相互转化过程。
在氧化还原反应中,一个物质失去电子,被氧化为较高的氧化态,而另一个物质接受这些电子,被还原为较低的氧化态。
在氧化还原反应中,发生氧化的物质被称为还原剂,而发生还原的物质被称为氧化剂。
氧化还原反应的原理基于原子、离子和分子之间电子的转移。
在氧化反应中,产生了电子的流失,也就是物质的氧化,而在还原反应中,产生了电子的接受,也就是物质的还原。
氧化还原反应的整个过程中,电子的流失必须与电子的接受相互配对,以满足电荷守恒的原则。
二、氧化还原反应的实际应用1. 腐蚀防护氧化还原反应在腐蚀防护方面具有广泛应用。
例如,金属在与氧气接触时会发生氧化反应,形成金属氧化物,即我们常见的锈。
为了防止金属腐蚀,可以利用还原反应来保护金属表面。
通过将金属与具有还原性的物质接触,使其接受电子,从而抑制氧化反应的发生,延长金属的使用寿命。
2. 电化学与能源转化氧化还原反应在电化学和能源转化领域有着广泛的应用。
例如,电池就是利用氧化还原反应来转化化学能量为电能的设备。
在电池反应中,氧化剂作为正极,还原剂作为负极,通过电解质的中介传导电子,完成氧化还原反应,产生电能。
3. 化学工艺氧化还原反应在化学工艺中起着至关重要的作用。
例如,在制药工业中,氧化还原反应被广泛应用于药物的合成和转化过程中,通过氧化还原反应可以将一些原材料转化为具有药理活性的化合物。
4. 环境保护氧化还原反应在环境保护方面也具有重要的应用价值。
例如,废水处理中利用氧化还原反应来清除有毒有害物质。
通过控制氧化剂和还原剂的使用,将有毒有害物质氧化为无毒或低毒物质,以减少对环境的污染。
氧化还原反应的电动势和电化学反应的应用氧化还原反应是化学反应中常见的一种类型,它涉及原子或离子的电子转移。
在氧化还原反应中,两种物质之间发生电子的转移,一个物质被氧化(损失电子),另一个物质被还原(获得电子)。
这种反应在各种生物过程、工业制备和环境保护等领域有着广泛的应用。
本文将介绍氧化还原反应的电动势以及电化学反应在实际应用中的一些例子。
一、氧化还原反应的电动势电动势是衡量氧化还原反应自发进行能力的物理量,它反映了电子从氧化剂转移到还原剂的能力。
在简化的情况下,电动势可以表达为标准电动势(E°)。
标准电动势是在标准状态下(即浓度为1 mol/L,温度为298K)测得的电动势值。
标准电动势的正负可以判断氧化还原反应的自发性,正值表示反应可以自发进行,负值表示反应不自发。
以氢气与铜离子反应为例,可以表示为以下电化学方程式:Cu2+ + 2e- → Cu在此方程式中,铜离子接受了两个电子并被还原成铜。
根据测定,该反应的标准电动势为0.34V。
这意味着氢气具有更强的还原能力,可以将铜离子还原成铜。
通过比较不同反应的标准电动势,可以推断反应的自发性和相对强弱。
二、电化学反应的应用电化学反应在生活和工业中有着广泛的应用。
以下是一些例子:1. 电池电池是利用氧化还原反应的能量将化学能转化为电能的装置。
最常见的一种电池是原电池(也称为干电池)。
原电池利用了化学反应将储存在其中的能量转化为电能的原理。
电池内的化学反应会产生电子流,从而形成电压差,使得电子能够从负极流向正极。
这种化学能转化为电能的过程在电子设备中得到了广泛应用。
2. 电解电解是一种利用电能将化学物质转化为其他物质的过程。
当外加电流通过电解质溶液时,负极(阴极)上发生还原反应,正极(阳极)上发生氧化反应。
通过电解,可以实现金属电镀、电解水制氢以及电解产生其他化学品的过程。
3. 腐蚀和防护腐蚀是一种氧化还原反应,常见于金属与大气中的氧和水产生反应的情况。
氧化还原反应的应用领域氧化还原反应是化学反应中一类重要的反应类型,被广泛应用于多个领域,包括能源、环境、材料科学等。
本文将介绍氧化还原反应在这些领域中的应用,并探讨其在实际应用中的意义和挑战。
一、能源领域1. 燃料电池氧化还原反应在燃料电池中起着关键作用。
燃料电池利用氧化还原反应将燃料(如氢气、甲醇等)的化学能转化为电能,具有高效率和清洁的特点。
它被广泛应用于交通工具、储能系统等领域,有望成为传统能源的替代品。
2. 能源存储氧化还原反应在能源存储中也具有重要作用。
例如,利用电解水制氢技术,通过水的电解反应将电能转化为氢气,可以作为燃料储存和利用;而还原氧化物材料则可以将电能转化为化学能,供后续使用。
二、环境领域1. 水处理氧化还原反应在水处理中常被用于废水处理和水质改善。
例如,高级氧化技术可以利用氧化还原反应来去除有机污染物和重金属离子,实现废水的净化。
2. 大气污染控制氧化还原反应在大气污染控制中也发挥着重要作用。
例如,汽车尾气净化系统中利用氧化还原反应将尾气中的有害物质转化为无害物质,减少空气污染。
三、材料科学领域1. 电化学材料氧化还原反应在电化学材料中广泛应用。
例如,金属氧化物和过渡金属化合物可以通过氧化还原反应来储存和释放电能,用于电池和电容器等能源储存设备中。
2. 光催化材料光催化材料利用氧化还原反应将光能转化为化学能。
例如,半导体表面的光催化层可以利用阳光中的光能进行水的分解反应,制取氢气等可再生能源。
在以上应用领域中,氧化还原反应在发展和应用中仍面临一些挑战。
首先,寻找高效、低成本的催化剂是一个重要问题。
其次,反应条件的优化和反应机理的研究也是关键。
此外,还需要解决材料稳定性和寿命等方面的问题,以实现氧化还原反应在各个应用领域的可靠应用。
总之,氧化还原反应在能源、环境和材料科学等领域中具有广泛的应用前景。
通过不断的研究和创新,我们可以进一步发掘氧化还原反应的潜力,为解决能源需求、保护环境和推动材料科学的发展做出贡献。
氧化还原反应和电化学问题探究氧化还原反应,简称氧化反应和还原反应,是化学反应中最重要的两种类型之一。
它们在自然界和人类生活中起着重要的作用。
同时,电化学问题涉及到电解和电池等方面的内容,是与氧化还原反应密切相关的领域。
本文将探究氧化还原反应和电化学问题,分析其原理、应用和研究现状。
一、氧化还原反应的原理与应用1. 氧化还原反应的基本概念与定义氧化还原反应是指化学物质中发生电子转移的过程。
其中,氧化是指物质丧失电子,还原是指物质获得电子。
在氧化还原反应中,氧化剂接受电子,并发生还原,而还原剂失去电子,发生氧化。
这种电子的转移过程导致了化学物质的结构和性质的改变。
2. 氧化还原反应的应用氧化还原反应广泛应用于多个领域。
在生产中,氧化还原反应被用于金属的提炼、燃料的燃烧以及化学品的合成等过程。
在环境保护中,氧化还原反应被用于废水处理、空气净化和土壤修复等方面。
此外,氧化还原反应也在电化学、生物化学和药物研发等领域中发挥着重要的作用。
二、电化学问题的性质与应用1. 电解的基本原理与应用电解是指通过外加电源,使电解质溶液中的化学物质发生氧化还原反应的过程。
在电解中,阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应。
通过电解,可以制备纯度较高的金属、分离和提纯化学物质以及进行电镀等应用。
2. 电池的基本原理与应用电池是一种将化学能转化为电能的装置。
它由正极、负极和电解质组成。
在电池中,正极发生氧化反应,负极发生还原反应。
通过电子在外部电路中的流动,产生电流。
电池的种类有很多,包括原电池、干电池和蓄电池等。
电池广泛应用于电子产品、交通工具、能源储备等方面。
三、氧化还原反应与电化学问题的研究现状1. 氧化还原反应的研究现状氧化还原反应是化学研究的重要方向之一。
目前,研究人员对氧化还原反应进行了深入的探索。
他们研究氧化还原反应的机制、动力学和热力学等方面的问题,以期进一步揭示其规律和应用价值。
2. 电化学问题的研究现状电化学问题的研究也取得了显著进展。
化学电池中氧化还原反应的原理与应用化学电池是一种将化学反应产生的能量转化为电能的装置。
而在化学电池中,氧化还原反应是一种十分重要的反应类型。
本文将探讨化学电池中氧化还原反应的原理和应用。
首先,让我们简要回顾一下氧化还原反应的基本概念。
在氧化还原反应中,物种(可以是原子、离子或分子)失去电子的过程称为氧化,而获得电子的过程称为还原。
氧化还原反应依赖于物质中的电荷转移。
在这个过程中,氧化剂接受电子,并因此被还原,而还原剂失去电子,并被氧化。
氧化还原反应是一种能够产生电能的反应,因此广泛应用于化学电池中。
化学电池是一种通过氧化还原反应来产生电能的装置。
它由两个电极组成,分别被称为阳极和阴极。
阳极是氧化剂发生氧化反应的地方,而阴极是还原剂发生还原反应的地方。
这两个反应是通过电子的流动来连接的。
电子从阳极流向阴极,同时通过外部电路提供能量。
这个电子流就是我们所看到的电流。
在电池中,离子流则是在电解质溶液中发生的。
常见的化学电池包括了许多不同的类型,比如原电池、燃料电池和电解池等。
这些电池类型使用了不同的化学反应来产生电能。
例如,原电池是一种使用化学反应来直接产生电能的装置,其中化学能直接转化为电能。
另一个常见的化学电池是燃料电池,其利用可燃物质(如氢气)和氧气的氧化还原反应来产生电力。
电解池则是通过施加外界电压来驱动非自发氧化还原反应的装置。
化学电池在我们日常生活中有许多应用。
其中最为广泛应用的就是存储和提供电能的功能。
许多小型电子设备(如手机、笔记本电脑等)都使用化学电池作为电源。
这些电池是便携式的,并且能够提供持续的电流供应。
此外,化学电池也在汽车、航空航天和军事领域等多个领域得到广泛使用。
燃料电池的发展也在推动新能源领域的发展,比如氢能源。
此外,化学电池还被用于电化学分析、电镀、电解和电解质溶液的制备等实验室应用。
在电化学分析中,电位差和电流变化可以提供有关反应物质的信息。
电解则是一种利用电流进行化学反应的方法。
氧化还原反应的应用电化学与电池技术氧化还原反应是化学反应中常见的一种类型,也是电化学与电池技术中应用最广泛的一种反应。
本文将围绕氧化还原反应在电化学和电池技术中的应用展开讨论。
一、电化学中的氧化还原反应应用1. 电解过程中的氧化还原反应电解是一种将电能转化为化学能的过程,其中涉及到氧化还原反应。
典型的例子是水的电解,当使用电流通过水时,水会发生氧化还原反应,产生氢气和氧气。
这种氧化还原反应不仅在实验室中得到应用,也在工业生产中用于制氢、制氧等过程。
2. 电池中的氧化还原反应电池是将化学能转化为电能的设备,其中的反应过程也属于氧化还原反应。
典型的例子是锌-铜电池,在这种电池中,锌发生氧化反应,而铜发生还原反应,通过电子转移,产生电流。
这种电池广泛应用于家用电器、电子设备等领域。
3. 腐蚀与防腐技术腐蚀是金属与氧化剂或还原剂接触时所发生的氧化还原反应,导致金属表面的损坏。
而防腐技术则是利用氧化还原反应的原理,采取措施来保护金属材料免受腐蚀的侵害。
例如,电镀技术就是将一层金属沉积在另一种金属表面上,通过氧化还原反应形成保护膜,以达到防腐的目的。
二、电池技术中的氧化还原反应应用1. 锂离子电池锂离子电池是目前最为广泛应用的可充电电池,其中涉及到氧化还原反应。
当电池放电时,锂离子从锂金属负极中脱嵌出来进行氧化反应,而正极材料则发生还原反应。
通过电子的流动,电能被储存起来。
而充电时,氧化还原反应则反转,电池内的化学反应使锂离子重新嵌入金属负极,实现了电能的储存和释放。
2. 燃料电池燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置,其中的反应也是氧化还原反应。
最常见的是氢氧燃料电池,其中氢气在负极发生氧化反应,氧气在正极发生还原反应,通过电子的流动,产生电压和电流。
燃料电池具有高能量密度、零排放等优点,广泛应用于汽车、航空航天等领域。
3. 太阳能电池太阳能电池是将太阳光的能量直接转化为电能的装置,其中利用了氧化还原反应的原理。
氧化还原原理在电化学中的应用————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:氧化还原原理在电化学中的应用氧化还原原理在电化学中的应用摘要:电化学基础在高中阶段是一个知识难点,利用氧化还原原理来进行电化学的教学,有利于学生对该部分知识的理解,反过来又巩固和提高了氧化还原反应知识,更主要是训练了学生的思维,掌握了学习方法。
通过研究和实践探索,取得了较好的效果。
证明采用氧化还原原理的分析方法是可行的、策略是有效的、措施是可控的、效果是显著的。
关键词:氧化还原;电化学基础;电化学应用氧化还原原理不仅仅是一个独立的知识点,更是一种工具,是贯穿整个高中化学知识体系的基本原理。
体现在众多的知识和题目解释中,例如元素化合物的性质、化学工业流程、化学实验探究、电化学应用等,都会用到氧化还原原理。
氧化还原的本质就是电子的转移,原电池的形成原理就是自发的氧化还原反应,在教学过程中,将两者有效的结合起来,能让学生更好的理解电化学,更好的应用电化学的知识和电化学在生活中的应用,并能巩固和提高氧化还原反应知识。
一、问题研究的背景氧化还原反应在高一(人教版高中必修①)的课本中就已经进行过学习,电化学的基础在高一(人教版高中必修②)的课本开始学习。
高一必修②只是简单介绍了电化学,详细的介绍是在高二(人教版高中必修④第四章)学习。
很多老师在电化学的教学过程中,简单的提及原电池和电解池与氧化还原反应相关,然后就进行原电池和电解池的教学,导致学生没有从根本上理解电化学的来源和意义。
从高一必修②中的Zn-Cu(H2SO4溶液)原电池、锌锰干电池、铅蓄充电电池、燃料电池,到高二选修④中的双液电池、化学电源、电解池,有很多不同的电池需要了解和掌握。
如果分散的进行知识学习,让学生机械的记忆各种电池和其中的反应,会给学生造成很大的负担,也不利于学生对知识的掌握。
尤其是选修④的教学中和高三的电化学复习过程中,必须要注意知识的联系和衔接②。
独立的知识学习不利于学生对知识网络的建立,以致电化学成为学生望而生畏的一个知识点。
无论是原电池还是电解池,均与氧化还原反应直接相关,如果能将氧化反应原理贯穿于电化学的教学过程和复习过程中,就能形成一个完整的知识体系,同时很大程度的减轻学生需要记忆的压力。
二、问题研究的基本理论1、美国当代著名教育心理学家布鲁纳在他的《教育过程》中明确提出了学科结构论的教学论思想,指出:”不论我们选教什么学科,务必使学生理解该学科的基本结构”,“学习结构就是学习事物间怎样相互联系的”。
按照“认知结构组织起来的材料就是最有希望在记忆中‘自由出入’的材料” ①。
2、新课程的“三维目标”,包括“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”三方面。
要求培养学生“获取、收集、处理、运用信息的能力、创新精神和实践能力”。
三、问题研究的方法1、在几个情况和基础差不多的班级(高三),采用两种不同的教学方法进行电化学复习,观察其效果。
其中一种是独立的复习各种原电池、电解池,另一种是利用氧化还原原理复习原电池和电解池。
2、在几个情况和基础差不多的班级(高二),采用两种不同的教学方法进行电化学教学,观察其效果。
其中一种是独立的进行各种原电池、电解池教学,另一种是利用氧化还原原理进行原电池和电解池教学。
3、广泛交流,与同事讨论电化学部分教学的方法、心得,分享教学过程中遇见的各种问题。
四、问题研究的案例1、原电池的原理来源于氧化还原原理。
氧化还原反应的本质是有电子的转移,而判断一个反应是否属于氧化还原反应的方法则是看是否有化合价的变化。
学生在高一的学习过程中已经掌握了这个知识,同时也明白了氧化还原反应的内涵。
较早学习的氧化还原反应是置换反应,如锌与稀硫酸反应:Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑,其对应的离子方程式为Zn + 2H+ = Zn2+ +H2↑。
从氧化还原反应的角度分析:因为Zn直接与稀硫酸中的H+进行了进行了电子转移,电能没有得到应用。
而原电池的思维正是利用了氧化还原过程中发生的电子转移,所以也要求原电池的形成原理就是自发的氧化还原反应。
将氧化反应与还原反应分开来,并将电子的“得”和“失”通过导线进行连接,形成了电流,其装置就是原电池。
结合物理的知识,失去电子的是负极,得到电子的是正极。
负极反应物为锌,直接参与反应并溶解。
正极反应物为H+,正极材料不需要直接反应,只需要是比Zn不活泼的导体就行了。
如果正极用铜,就是必修②课本上都介绍到的Zn-Cu (H2SO4溶液)原电池。
为此还可以引导学生去分析:如果另一个电极是比Zn 更加活泼的金属会有什么结果?其结论只不过是另一个氧化还原反应而已。
为了使氧化反应与还原反应更加彻底的分开,于是就形成了双液电池。
我们将以上的反应进行设计成双液电池,如下图:因此,理论上只要有自发的氧化还原反应,就可以设计成原电池。
在这过程中,始终强调的是氧化还原反应原理,即将氧化反应与还原反应分开,分别作为电池的负极和正极,从而实现了化学能向电能的转化。
2、电极的判断与电子的转移、电解质离子的移动。
根据原电池的原理与氧化还原原理的关系,原电池和化学电源对应的各种问题就迎刃而解了。
首先进行氧化还原分析,再根据氧化还原方法进行电池分析。
例1:已知碱性锌锰电池:Zn+2MnO2+2H2O = 2MnOOH+Zn(OH)2,根据氧化还原分析:由此可知,Zn是负极,MnO2是正极,电子由Zn极经过导线流向MnO2极。
例2:甲烷燃料电池(酸性环境):CH4+2O2→CO2+2H2O,根据氧化还原分析:例3:钢铁吸氧腐蚀:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,根据氧化还原分析:由此可知,Fe是负极,O2是正极,电子由Fe电极经过导线流向O2所在电极碳。
例4:铅蓄电池:Pb+PbO2+2H2SO4 = 2PbSO4+2H2O,根据氧化还原分析:由此可知,Pb是负极,PbO2是正极,电子由Pb电极经过导线流向PbO2电极。
归纳以上例子,只要依据氧化还原反应,就能很简单的判断出电池的电极和电子的流动方向及电流方向。
电子的移动只存在导线中,根据物理的知识,电流的形成需要有一个回路,因此在电解质或电解质溶液中,由离子导电。
根据回路的方向特点,阴离子带负电,应该与电子同一个方向,即同一个回路。
而阳离子带正电,则与电流属于同一个回路方向。
具体理解如下图所示:这个方法不仅适用于一般的原电池,同样可以分析双液电池和电解池中的离子移动方向,如下图所示:因此,在分析离子移动方向的时候,不再是死记口诀,而是结合电子转移来进行理解,使得氧化还原的分析得到进一步延伸和应用。
3、原电池电极方程式书写与氧化还原原理。
原电池电极方程式的书写是电化学中最难的一个部分,为此也出现了很多不同的方法。
如果能够结合氧化还原方程式的书写方法,便能更好的理解电极方程式的来源。
氧化还原方程式的书写及其离子方程式书写一般有三个步骤,其中包括:判断反应物和生成物,电子得失守恒,电荷守恒和元素守恒。
因为原电池是将氧化反应拆开了,因此步骤类似,但有所不同。
应该包括:判断反应物和生成物,电子得或失,电荷守恒和元素守恒。
无论是书写电极方程式,还是判断电极方程式的正确与错误,都应该遵守以上三个步骤。
例5:碱性锌锰电池:Zn+2MnO2+2H2O= 2MnOOH+Zn(OH)2,负极电极方程式的书写过程包括:正极电极方程式的书写过程包括:例6:碱性甲醇燃料电池:2CH3OH+3O2+4KOH = 2K2CO3+6H2O,负极电极方程式的书写过程包括:因此,遵循氧化还原反应方程式书写的过程,把氧化反应与还原反应分开来分析,便可以得到原电池的电极方程式。
不再需要其它的方法和进行各种各样的记忆,可以减轻学生的知识负担,同时也让知识之间能融会贯通。
4、电解池与氧化还原原理。
电解池是借助外电流发生的反应,由外界输入能量推动,因此电解池不属于自发的氧化还原反应③。
电子从外电源负极经过导线流向电解池阴极,从电解池阳极经过导线流向外电源正极。
因为同样存在电子的得失,所以同样是存在氧化反应和还原反应,只不过氧化反应和还原反应之间没有了联系,同时也不再将反应物称为氧化剂、还原剂。
图示如下:在阳极,容易失去电子的物质发生反应,可以是电极本身反应,也可以是电解质或电解质溶液中的离子(常见为阴离子)。
于是根据还原性强弱,出现了离子放电顺序。
在阴极,容易得到电子的物质发生氧化反应,同样可以是电极本身,也可以是电解质或电解质溶液中的离子(常见为阳离子)。
根据离子氧化性的强弱来判断哪种离子先发生还原反应。
五、效果与反思两种不同教学方法和教学过程取得了不同的效果,利用氧化还原原理进行电化学教学的方法所取得的效果明显要优越,其对比体现在以下三个方面:1、学生评价。
采用该方法使学生的思维能力、创新能力、实践能力都得到了较大的提高。
很多高三的学生在复习都说:“一直以来感觉电化学是一个知识难点,看到题目就晕,学习运用氧化还原方法后,电化学题目就特别容易了”。
“原来化学知识都是相互关联的,用一个知识解释另一个知识,我要尝试在其它的问题上也这样去探索”。
很多高二学生也说:“原来电化学的知识可以如此简单的理解,原来电流的产生是这么简单的原理,太神奇了。
”2、教师评价。
站在整个高中化学知识体系的高度上去理解和研究化学教学,让学生从“学会”转变为“会学”,掌握了知识的相互联系,培养了学生知识运用能力。
体现了我校“博喻求真”的办学理念和“因材施教、自主发展”的教学理念。
3、高考成绩和竞赛成绩。
在各种的测试中,学生能得到更高的分数,体现出对了对知识更好的掌握情况。
采用该方法的班级高考成绩明显要好一些,因为学生学会的不仅仅是一个知识点,更是训练了一种分析问题的思维,提高了一种知识运用的能力。
在高二年级参加的化学竞赛中,多名同学获得了省、市、区的一等奖。
总体来看,利用氧化还原原理进行电化学教学的方法是切实可行的,效果是显著的。
但是,因为原理的分析上有些抽象,学生的分析问题速度开始会相对慢一些,从学会到灵活运用需要一个熟悉过程。
经过仔细分析和探讨,笔者认为应该让学生自己学会画图,或者在已知的图像上进行标注,从而加强对陌生电池的认识和理解。
因为只要结合氧化还原原理,电化学的问题都会迎刃而解。
参考文献[1] 邵守灿.高中化学整体结构教学的构建百度文库,2012.3.[2] 王磊.理解与实践高中化学新课程:与高中化学教师的对话[J].高等教育出版社,2007.7.[3] 宋心琦.普通高中课程标准实验教科书化学4选修[J].人民教育出版社,2008.6.。