浅谈电化学正负阴阳教学_电化学论文

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就笔者的经历,在电化学的教学中教师要做到知识过硬是很困难的。而作为学生,要想在学了“正负阴阳”的知识以后能做到灵活运用也并非易事。这是一个很值得研究的实际问题。

一、从两个棘手的问题说起

一是同行们在讨论如图1所示的这套化学能转化为电能的(原电池)装置时一连提出了好几个问题:①电流计有没有“+,-”极之分;②这“+极、-极”可不可以反接,即Cu片接到“-”极上,Zn片接到“+”极上;③如果按图1连接,电流计的指针向哪个方向(左、右)偏转;④“-”极可否称为阴极,“+”可否称为阳极。等等。

图1 化学能转化为电能的实验

二是2007年全国统一高考(重庆卷)理综试卷第11题。如图2所示,下列叙述正确的是()

A.Y为阴极,发生还原反应

B.X为正极,发生氧化反应

C.Y与滤纸接触处有氧气生成

D.X与滤纸接触处变红

该题提供的标准评分答案是“A”。考生还在考场中,就有专家明确指出:“A”正确无疑,“B”无疑也应该是正确的呀!本题属于单选题,每个小题只有一个选项符合题意。据此,我们认为试题的编制者对“B”作出了误判。

图2

在中学化学教学中,涉及电化学部分的正(+)、负(-)、阴、阳的混乱状况,可以说是长期面临的教学实际。笔者认为,有必要开展一次广泛的教学研究和讨论,最终做到统一认识,统一标准,统一表述,以结束这种混乱状况。

二、正(+)、负(-)、阴、阳有混淆的历史缘由

大家知道,借电流可以发生氧化还原反应,反之借氧化还原反应亦可以产生电流。利用氧化还原反应所产生的能量使之变为电流的方法,是把反应物隔开放置,使氧化作用与还原作用分别发生。在溶液的外面用导线把还原剂提供的电子输送给氧化剂的装置叫电池。所以电池中必定有两个电极。在一个电极上进行氧化作用,这个电极称为阴极(负极),在另一个电极上进行还原作用,这个电极称为阳极(正极)。以Cu-Zn原电池为例,Zn片上的锌被氧化进入溶液(),这是阴极,在另外一个电极(Cu)上,得电子被还原成Cu,这是阳极。这样来命名阴极、阳极的办法,是在19世纪初丹尼尔电池(即Cu-Zn原电池)发明之后迅速得到确认的。

到了19世纪后半叶发明了电解。曾规定应根据氧化还原反应给电极命名。例如,在电解时跟电池的阳极相连的一个极叫阳极(正极),是物质失去电子进行氧化作用的极;与电池的阴极相连接的一个极是阴极(负极),是物质获得电子进行还原作用的极。照这样说,在电池的两极是以进行氧化作用的极称为阴极,以进行还原作用的极称为阳极;而在电解池中则与电池相反,物质进行氧化作用的极是阳极,物质进行还原作用的极是阴极。这就是正(+)、负(-)、阴、阳产生混淆的历史缘由。

三、电极命名的现状

科学工作者很早就打算把这种分歧不一的说法改过来。但是长期以来,两套命名系统并行不悖,各行其是。现以原电池和铅酸电池的电极命名为例。(见表1)

再从原电池与电解池电极的图示来看。目前高校化学教科书大多以Cu-Zn原电池和精炼铜的电解池为例(见图3)。尽管图示和解说都是非常科学准确的,大学生们接受起来不应该有困难。但是执教中学的化学教师要让学生搞清楚如此复杂的关系,实在是有勉为其难之处,正(+)、负(-)、阴、阳会产生混淆的情况,应该说也是意料之中的。

表1 原电池和铅酸电池的电极命名比较

图3 精炼粗铜电解池

四、教学建议

鉴于这两套命名系统各自都有合理的科学依据和文献支撑,我们很难改变这种长期业已形成的行为定势,但是我们可以在两套命名系统中找到许多平衡点去规范我们的电化学教学。

第一,无论是在原电池还是在电解池中,总是把电势较低的活泼金属称为负(-)极,把电势较高的较不活泼金属作为正(+)极(电子由活泼金属流向不活泼金属,电流则与此相反)。

第二,把溶液中发生氧化反应的极,称为阳极,溶液中发生还原反应的极,称为阴极。即有所谓“阴极还原,阳极氧化”的命名套路。

第三,正(+)和负(-)所代表的是电势高(+)和低(-);阴和阳所代表的是在溶液中所发生的还原反应和氧化发应。在同一原电池或电解池内的电极命名中,只能是阴对阳(或阳对阴),+对-(或-对+),切勿混用。比如,在电解池中阴极即“-”极,阳极即“+”极,而在原电池中,“+”极发生的还原反应是阴极,“-”极发生的氧化反应是阳极。据此可见,2007年全国高考理综(重庆卷)11题,跟原电池的Cu(正极)相连的x极也应该“为正极,发生氧化反应”。因此,该题的选项B是被试题的编拟者误判了。

第四,电源(电池)讲正(+)、负(-)极(以不称阴、阳为好),电解池讲阴、阳(以不称正(+)、负(-)为好)。这已是约定俗成的不成文的规定,建议大家采纳,遵循。

第五,严格地讲,电流计特别是学生用的灵敏电流计,是没有正(+)、负(-)之分的,检测Cuzn原电池的电流,正接反接都行。按教材所示连接,电流计指针向电子流动的方向(顺时针)偏转,反接时则逆时针方向偏转。

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