关于拓展分析、知识迁移在化学教学中的应用
【摘 要】由题目命题、解题、评题进行试题分析,然后拓展分析总结燃料电池电极反应式书写规律,关键先写出在不同介质中的总反应式和正极反应式,从而得出负极反应式,并把它应用到解题中。在解题中逐步提升学生分析解决问题能力,培养学生观察图形能力,把它迁移应用到其它新型化学电源解题分析。
【关键词】 新型化学电源;拓展分析;迁移应用
新型化学电源是高考复习中的一个重要知识点,涉及的新型电池有“氢镍电池”“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”等等,由于题材广,信息新,陌生度大,解题从何入手,学生往往感到困惑,在高三的复习尤其关键。在教学中可由习题回顾,总结规律拓展分析,并逐步提升同学们知识迁移应用能力。
【例1】(2014·莆田高三调研)有四种燃料电池:A.固体氧化物燃料电池,B.碱性氢氧化物燃料电池,C.质子交换膜燃料电池,D.熔融盐燃料电池,下面是工作原理示意图,其中正极反应生成水的是( )
1)说命题
在知识技能方面以原电池中燃料电池反应原理为考点,考查氢氧燃料电池在不同的介质环境中发生的电极反应。要求看图分析,从图形中获取有关感性知识和印象,并进行初步加工、吸收和存储的能力。
在过程和方法方面从图形中提炼出相关的化学信息,结合所学化学知识学会分析电极发生的反应,懂得书写电极反应式。
2)说解题
本题首先弄清各燃料电池发生的反应式,氢氧燃料电池在酸性和碱性介质中发生的反应学生较熟悉,而在固体氧化物和熔融盐介质中发生的反应较陌生,结合图形提示分析:
3)说评题
试题的优点:高考考试说明显示,高考命题将更加注重图表语言的考核。用图表表述化学过程或呈现背景信息是化学的基本表达方式,简约化是理科考生应该具有的最基本的思维特征,而图表正是化繁为简的妙法。
本题借助图形,考查的知识点探究意味较强,考察的能力较全面,本题有深化分析的价值,借助此题,详细分析,有助于掌握其它燃料电池发生反应的原理。
试题的不足:本题设计的是氢气,同学们较熟悉,试题难度不大。
4)拓展分析
由本题同学们应清楚其它燃料电池电极反应的书写,应总结规律,做到举一反三的效果。
小结:燃料电池电极反应式的书写
电极:惰性电极。
燃料包含:H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如C2H5OH、CH3OH)等。
电解质包含:①酸性电解质溶液,如H2SO4溶液;②碱性电解质溶液,如KOH溶液;③熔融氧化物,如Y2O3;④熔融碳酸盐,如K2CO3等。
第一步:写出电池总反应式
若产物与电解质不反应则燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,如:甲烷燃料电池酸性介质中的总反应式为CH4+2O2=CO2+2H2O
若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的反应式为:
【例2】某科研单位利用电化学原理用SO2来制备硫酸,装置如下图,含有某种催化剂。电极为多孔的材料,能吸附气体,同时也能使气体与电解质溶液充分接触。
(1)通入SO2的电极为_____极,其电极反应式为______,此电极区pH_____(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)电解质溶液中的H+通过质子膜____(填“向左”“向右”或“不”)移动,通入氧气的电极反应式为___________。
(3)电池总反应式为____________。
5)知识迁移应用
【例3】(2014·福建名校联考优化卷)锌-空气可充电电池的`储存电量是锂电池的三倍,这种电池使用特殊材料吸附空气中的氧,以苛性碱溶液为电解质,放电过程中消耗锌。该电池放电时的总反应:2Zn+O2=2ZnO。
下列有关该电池的判断正确的是( )
A.放电时,锌发生氧化反应,作电池的正极
B.放电时,正极反应为Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O
C.充电时,阴极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-
D.电池中的隔离膜只允许OH-通过
解析:选D。放电时,锌失电子,发生氧化反应,作负极,先写出正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-,总反应减去正极反应式,则负极反应式为Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O,A、B错;充电时,阴极反应为负极的逆反应,阴极反应式为ZnO+H2O+2e-=Zn+2OH-,阳极反应为正极反应的逆反应,阳极的反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O,C错;放电时,OH-由正极通过隔离膜移向负极,充电时,OH-由阴极通过隔离膜移向阳极,D正确。
对于其它新型电池,同样先写出总反应式,再写出较简单的电极反应式,从而得出较复杂的电极反应式。最关键的一点,原电池中应根据图示判断出正负极,如阳离子移向的一极为负极,阴离子移向的为一极为正极,电子由负极沿外线路流向正极。对于二次电池,解题中首先分清电池是放电还是充电,在进行解题分析。
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