高中化學教學中關于原電池與電解池的綜合分析

摘要： 原電池和電解池是氧化還原反應原理的具體應用，探究電極反應發生的原因， 是理解及應用原電池、電解池的前提和關鍵。因此，在分析、研究原電池或電解池的問題時，要緊緊抓住氧化還原反應這一主線索。

關鍵詞： 原電池 電解池 電極 電極反應 綜合應用

一、原電池與電解池的區別與判斷

在“原電池”與“電解池”的教學中，經常會發現一些學生不會區別與判斷原電池與電解池，這與學生缺乏感性知識，以及知識上的遺忘有很大的關系。盡管這兩部分內容教材中都安排了演示實驗，但這兩個演示實驗的能見度比較低，有關的實驗裝置都是小型的，后排學生不能清楚地看到實驗裝置，因此印象不深，記憶不牢。再則學生高二學原電池，高三才學電解池，相隔半年，一些學生不能把前一個實驗的記憶與半年后的眼前的實驗裝置來加以對比、區別，這就造成在以后的練習題中無法根據課本知識來加以區別與判斷。解決這個問題比較好的方法是將教師演示實驗改為學生分組實驗，并且兩套實驗同時做，然后根據實驗分析、研究相似點與不同點，總結它們的根本不同點在于電解池是一定要有外接電源，而原電池是不需要外接電源的。這種實驗探究法效果較好，學生的遺忘率也大大降低。

二、原電池正負極的判斷與電極反應的書寫

關于電源正負極的判斷一定要求學生明確：當正負極都由金屬組成時，則誰是活潑金屬，誰就為負極。這樣，學生就能很容易地運用金屬活動順序表來正確判斷原電池的正負極，從而能正確地書寫電極反應式，同時還要強調負極的金屬總是失去電子，即：M-ne ＝M 。而原電池正極上的電極反應則必須根據電解液的成分來決定，電解液成分不同，在正極上的電極反應也不同。例如在鋅錳干電池中，用鋅片做負極，碳棒為正極，氯化銨飽和溶液為電解液。這時負極的電極反應當然是：Zn－2e ＝Zn ，但正極的電極反應卻是：2NH+2e ＝2NH ↑+H ↑；如果氯化鈉飽和溶液電解液，則正極的電極反應卻是：2H +2e ＝H ↑。

三、電解池中陰陽極的判斷

在電解池中，陰陽極的判斷就方便多了。因為不論何種情況，不論電極材料由什么組成或電解液是什么，與外接電源正極相聯的一定是陽極，而陽極的電極反應一定是氧化反應，即一定是電極材料失電子而被消耗的反應（金屬材料為電極）；或是電解液中的陰離子移動到陽極（隋性材料為電極）上失去電子生成相應的電解產物。與外接電源負極相聯接的就一定是陰極，而陰極起的電極反應一定是還原反應，即一定是電解液中的陽離子移動到陰極上得到電子，生成相應的還原產物。

四、電解池中電極材料、電解液與電解產物的關系

電解池的電極材料與電解液的被電解有密切的關系，分兩種情況：

（一）電極材料為惰性電極，如鉑電極、碳棒等。惰極電極可不必考慮其參加反應，而只須考慮電解液中各種陰陽離子在電極上的反應。在相同電解條件下，如果電解液中幾種金屬陽離子同時存在，則可按金屬活動順序表，越不活潑的金屬離子越容易在陰極上獲得電子析出；如果電解液中有幾種陰離子同時存在時，則可按S ＞I ＞Br ＞Cl ＞OH ＞NO＞SO的順序在陽極上放電析出。

（二）電極材料為非惰性材料時，既要考慮電極的材料，又要考慮電解液中的離子。這也分兩種情況：

當陰陽兩極的電極材料與溶液中陽離子是同種元素時，這可以應用到電解精煉方面。例如電解粗銅制精銅。含有雜質的銅為陽極，純銅薄片為陰極，銅鹽溶液為電解液，通電后兩極發生如下的反應：

在陽極：Cu-2e ＝Cu

在陰極：Cu +2e ＝Cu

在相同電解條件下，當在陽極不斷溶解時，一些位于金屬活動順序表中銅以前的雜質元素如鐵、鋅、鎳等失去電子變成離子而進入溶液，如：Fe-2e ＝Fe ；Ni-2e ＝Ni 等。但當它們進入溶液處于離子狀態時，它們就比Cu 難得到電子，所以只要控制好電解電壓，它們就不能在陰極獲得電子而析出，只能留在溶液里。而位于金屬活動性表中銅以后的雜質元素如銀、金等，因為給出電子的能力比銅弱，所以不能失去電子成離子狀態而進入溶液，而只能以金屬單質的形式沉落在電解池底部，這部分雜質叫做陽極泥。其中包含著多種銅以后金屬。把陽極泥加以處理提煉就能得到金、銀等貴重金屬。

當陰陽兩極的電極材料與溶液中陽離子不是同種元素，如陰極上吊鍍件，陽極用耐腐蝕的各種金屬，再配以跟陽極相同元素的電解液，這就是電鍍。

如果把船體接在電池的負極，電池的正極接碳棒，并將碳棒浸沒在海水中。這樣船體作為陰極被保護起來不易被海水腐蝕，這稱之為陰極保護法。簡單地講述上面這些內容，對擴大學生的知識面，提高學生學習的興趣大有裨益。

五、原電池及電解池的綜合應用

要正確解答培養能力和發展智力的綜合題，就必須綜合運用原電池與電解池的各方面知識。否則學生不是束手無策，就錯誤百出。

例如：按下圖裝置的實驗，你能回答下列問題嗎？

（1）指出圖中哪個是原電池，并指出正負極。

（2）寫出原電池兩極的反應式。

（3）寫出（C）池中兩極的反應式，指明陰陽極。向池中滴入酚酞劑發生什么現象？為什么？

（4）如（D）為電鍍池，往鍍件上鍍鋅，鍍件與鋅分別和原電池哪一極相連？電鍍液含什么離子？

分析：

在（A）（B）（C）三池中都有化學活潑性不同的兩種金屬電極，但（Ｃ）池裝的是氯化鋇溶液，電極材料是Fe與Pt，都不會與電解液起置換反應，所以不能構成原電池。而（A）池與（B）池都是兩個我們學習過的原電池，而且是串聯。由此可作如下回答：

（1）圖中（A）（B）為原電池且串聯成電池組。（A）池中的Cu為電池組的正極，（B）池中的Zn為電池組的負極。

（2）電極反應為：

正極：2H +2e ＝H ↑

負極：Zn-2e ＝Zn

（3）（C）池此時已成了電解池，所以電極反應如下：

陽極（Pt）：2Cl -2e ＝Cl ↑

陰極（Fe）：2H +2e ＝H ↑

總電解反應為：BaCl +2H O＝Ba(OH) +H ↑+Cl ↑

此時向（3）池中滴入酚酞，陰極附近的水電離出的H 得e 變成了H 而逸出，造成溶液中OH 濃度大于H 濃度，所以當滴入酚酞溶液會變紅。

（4）鍍件按在β處與原電池負極（Zn）相聯，鍍件為陰極，鋅板接在a處與電池正極（Cu）相連，鋅板為陽極，電鍍液中應含有Zn 。

綜上所述，中學化學中原電池與電解池部分的內容是綜合性的，它涉及幾乎全部常見的金屬陽離子和常見的陰離子的性質，還包括一部分有關電學方面的知識。這部分教材由于其內容與工業生產及日常生活有較密切的關系，如電鍍、電冶、防腐、凈化生活用水等，是激發學生學習興趣的良好素材，同時學習這些內容對培養學生分析問題和解決問題的能力，以及學生在將來的工作中都有重要的作用。我們在教學中要加以重視。

參考文獻：

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”