基于化学学科核心素养——变化观念和平衡思想原电池反应进一步探究

基于化学学科核心素养——变化观念和平衡思想原电池反应进一步探究

袁雪芬

乌鲁木齐市第十二中学 新疆 乌鲁木齐830000

【摘要】自发的氧化还原反应形成原电池，氧化剂与还原剂不接触也是可以反应的，就要根据组成电池的电动势差来判断。化学学科核心素养，其中宏观辨析与微观探析、变化观念与平衡思想，这两方面阐明了：能从不同层次认识物质的多样性；能认识物质是运动和变化的，知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律；认识化学变化有一定限度，是可以调的。

关键词：原电池；氧化还原反应；电势差

核心素养是党的教育方针的具体化，是连接宏观教育理念，培养目标与具体教育教学实践的中间环节。党的教育方针通过核心素养这一桥梁，可以转化为教育教学实践可用的，教育工作者易于理解的具体要求。明确学生应具备的必备品格和关键能力，从中观层面深入回答“立什么德、树什么人”的根本问题，引领课程改革和育人模式变革。化学学科核心素养，其中宏观辨析与微观探析、变化观念与平衡思想，这两方面阐明了：能从不同层次认识物质的多样性；能认识物质是运动和变化的，知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律；认识化学变化有一定限度，是可以调的。

在讲解人教版选修四《原电池 原理》时，关于原电池形成条件之一：自发的氧化还原反应。何为“自发”，就是学生认识化学变化虽有一定限度 ，但是可以调的。

原电池是可以将化学能转化为电能的装置。形成原电池条件是1、自发的氧化还原反应；2、电解质；3、导电的两极（一般活泼性有差异）；4、闭合回路。形成电流的首要条件是：自发的氧化还原反应要分两处进行。即，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。这样电子定向移动从而形成电流。因此，装置图探究过程如下：

图1 图2

图3 图4

图1没有形成闭合回路，锌与硫酸铜反应在锌棒发生，电子不能发生定向移动，形成不了电流，因此该装置不能构成原电池。图2Ⅰ构成原电池，锌作负极：Zn-2eˉ=Zn²⁺ ；铜作正极：Cu²⁺+2eˉ=Cu。氧化剂与还原剂直接接触发生反应。这也是给学生在学习过程中造成错误的理解。即，氧化剂与还原剂直接接触才可以发生反应，或者只要是氧化剂，还原剂就能发生反应。所以设计了图2Ⅱ，锌与硫酸铜溶液没有接触，通过搭盐桥形成闭合回路，发生原电池反应。改变了学生对原电池反应的看法，氧化剂与还原剂不接触也是可以发生反应的。这是因为金属单质本身就会失电子，存在自由移动的电子。只要可以形成闭合回路，电子顺着导线来到正极，氧化性强的微粒就会在正极得电子，产生电流。如图3，自发的总反应：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，所以，电极Ⅱ为负极：Cu—2eˉ= Cu²⁺ ；电极Ⅰ为正极：2Fe³⁺+ 2eˉ=2Fe²⁺。

那么图4，学生理解的就很难了。电极材料都是碳棒，决定这个装置是否能构成原电池，取决于2Fe³⁺+2Iˉ=2Fe²⁺+I₂反应是否自发？然而，原电池发生的氧化还原反应是否自发如何判断呢？在中学的教材学习中是受限的，只有去查阅资料，解决这个问题。

利用氧化还原反应所组成的电池的电动势（指电池正、负极之间的平衡电势差）来判断。当电池中两个电极之间电势差大于+（0.2-0.4）或小于-（0.2—0.4）时，可直接作为反应自发性的判据。否则要考虑浓度的影响，高温熔融盐的电极反应不能用这些数据使用。查阅电极电势表格得到数据：E^θ I₂/Iˉ=+0.54V； E^θFe³⁺/Fe²⁺=+0.77V；两极电势差为+0.23V,大于+（0.2-0.4），该反应自发。形成原电池，是有电流产生的。负极：2Iˉ-2eˉ=I₂；正极：2Fe³⁺+ 2eˉ=2Fe²⁺。

这就打破了，学生的认知，即：自发的氧化还原反应形成原电池，氧化剂与还原剂不接触也是可以反应的。因此，发生于原电池反应的首要条件是有自发的氧化还原反应，而判断反应的自发性要根据电池两个电极之间的电势差判据。

高中化学教学的目标不仅仅是应试，更重要的是让学生具备较完备的学科知识体系和学习能力，并为此基础上培养学生的学科素养。所以，在平时的教学中，教师有意识的培养学生的化学学科素养，特别是核心素养，将极大的提升学生在化学学科的学习能力，教学中只有着眼于学生长远能力的提升，用“上台阶”式的教学设计有条不紊的进行培养，学生的学科素养方能得到加强，为中国新时代社会主义培养新时代社会主义接班人，实现伟大的中国梦。

【参考文献】

1、《基于学科核心素养的化学教学课例研究》刘翠 华东师范出版社

2、《无机化学》高等教育 人民教育出版社

3、《高中化学学科核心素养解读》 匆雨来了微博 2017年8月