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關於拓展分析、知識遷移在化學教學中的應用

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【摘 要】由題目命題、解題、評題進行試題分析,然後拓展分析總結燃料電池電極反應式書寫規律,關鍵先寫出在不同介質中的總反應式和正極反應式,從而得出負極反應式,並把它應用到解題中。在解題中逐步提升學生分析解決問題能力,培養學生觀察圖形能力,把它遷移應用到其它新型化學電源解題分析。

關於拓展分析、知識遷移在化學教學中的應用

關鍵詞 新型化學電源;拓展分析;遷移應用

新型化學電源是大學聯考複習中的一個重要知識點,涉及的新型電池有“氫鎳電池”“高鐵電池”“海洋電池”“燃料電池”“鋰離子電池”等等,由於題材廣,資訊新,陌生度大,解題從何入手,學生往往感到困惑,在高三的複習尤其關鍵。在教學中可由習題回顧,總結規律拓展分析,並逐步提升同學們知識遷移應用能力。

【例1】(2014·莆田高三調研)有四種燃料電池:A.固體氧化物燃料電池,B.鹼性氫氧化物燃料電池,C.質子交換膜燃料電池,D.熔融鹽燃料電池,下面是工作原理示意圖,其中正極反應生成水的是( )

1)說命題

在知識技能方面以原電池中燃料電池反應原理為考點,考查氫氧燃料電池在不同的介質環境中發生的電極反應。要求看圖分析,從圖形中獲取有關感性知識和印象,並進行初步加工、吸收和儲存的能力。

在過程和方法方面從圖形中提煉出相關的化學資訊,結合所學化學知識學會分析電極發生的反應,懂得書寫電極反應式。

2)說解題

本題首先弄清各燃料電池發生的反應式,氫氧燃料電池在酸性和鹼性介質中發生的反應學生較熟悉,而在固體氧化物和熔融鹽介質中發生的反應較陌生,結合圖形提示分析:

3)說評題

試題的優點:大學聯考考試說明顯示,大學聯考命題將更加註重圖表語言的考核。用圖表表述化學過程或呈現背景資訊是化學的基本表達方式,簡約化是理科考生應該具有的最基本的思維特徵,而圖表正是化繁為簡的妙法。

本題藉助圖形,考查的知識點探究意味較強,考察的能力較全面,本題有深化分析的價值,藉助此題,詳細分析,有助於掌握其它燃料電池發生反應的原理。

試題的不足:本題設計的是氫氣,同學們較熟悉,試題難度不大。

4)拓展分析

由本題同學們應清楚其它燃料電池電極反應的書寫,應總結規律,做到舉一反三的效果。

小結:燃料電池電極反應式的書寫

電極:惰性電極。

燃料包含:H2、CO、烴(如CH4、C2H6)、醇(如C2H5OH、CH3OH)等。

電解質包含:①酸性電解質溶液,如H2SO4溶液;②鹼性電解質溶液,如KOH溶液;③熔融氧化物,如Y2O3;④熔融碳酸鹽,如K2CO3等。

第一步:寫出電池總反應式

若產物與電解質不反應則燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致,如:甲烷燃料電池酸性介質中的總反應式為CH4+2O2=CO2+2H2O

若產物能和電解質反應則總反應為加合後的反應。甲烷燃料電池(電解質溶液為KOH溶液)的反應式為:

【例2】某科研單位利用電化學原理用SO2來製備硫酸,裝置如下圖,含有某種催化劑。電極為多孔的材料,能吸附氣體,同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸。

(1)通入SO2的電極為_____極,其電極反應式為______,此電極區pH_____(填“增大”“減小”或“不變”)。

(2)電解質溶液中的H+通過質子膜____(填“向左”“向右”或“不”)移動,通入氧氣的電極反應式為___________。

(3)電池總反應式為____________。

5)知識遷移應用

【例3】(2014·福建名校聯考優化卷)鋅-空氣可充電電池的`儲存電量是鋰電池的三倍,這種電池使用特殊材料吸附空氣中的氧,以苛性鹼溶液為電解質,放電過程中消耗鋅。該電池放電時的總反應:2Zn+O2=2ZnO。

下列有關該電池的判斷正確的是( )

A.放電時,鋅發生氧化反應,作電池的正極

B.放電時,正極反應為Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O

C.充電時,陰極反應為O2+2H2O+4e-=4OH-

D.電池中的隔離膜只允許OH-通過

解析:選D。放電時,鋅失電子,發生氧化反應,作負極,先寫出正極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-,總反應減去正極反應式,則負極反應式為Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O,A、B錯;充電時,陰極反應為負極的逆反應,陰極反應式為ZnO+H2O+2e-=Zn+2OH-,陽極反應為正極反應的逆反應,陽極的反應式為4OH--4e-=O2↑+2H2O,C錯;放電時,OH-由正極通過隔離膜移向負極,充電時,OH-由陰極通過隔離膜移向陽極,D正確。

對於其它新型電池,同樣先寫出總反應式,再寫出較簡單的電極反應式,從而得出較複雜的電極反應式。最關鍵的一點,原電池中應根據圖示判斷出正負極,如陽離子移向的一極為負極,陰離子移向的為一極為正極,電子由負極沿外線路流向正極。對於二次電池,解題中首先分清電池是放電還是充電,在進行解題分析。