不可或缺的電化學系統分析思路

2021-02-14 Better化學大本營

最近在進行電化學的一輪複習，發現這麼一個現象：

部分學生對於原電池、電解池分開進行的氧化反應和還原反應，理解上不夠系統，再加之與電解質陰陽離子的移向和得失電子的轉移方向與具體的模型（試題圖示）聯繫抽象、模糊，在理解上滯有「鴻溝」，一旦碰到較為複雜、陌生題目，實質分析就會有「無從下手」之惑。


解答含離子交換膜的試題時，更加是無頭緒。

在知網和微信群和曉海兄朋友討論下我記錄下來的學生答題困惑，陶傑老師也分享了他的公開課教學課件給我，非常值得參考的設計，課例他已經發表為論文，有需要的朋友可以去知網下載獲取。



把之前寫的舊文重發下，過幾天更新一下新的idea。


化學核心素養包括並不局限於：宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學精神與社會責任。


如2015年-安徽卷中的Al-Cu-濃硝酸原電池：


初做時，有不少的學生不理解為啥剛開始原電池是負極是Al片，誤認為Cu才是負極，還拿出資料書給我看，不少資料書上Cu是負極，Al片是正極。


學生在考場上暴露出的思維缺陷也是教師教學中的短板!


學生雖然能複述電化學知識的相關內容，但學生並未真正地內化，特別是從微觀層面理解電化學反應的原理與本質，並未深刻理解而僅停留在對反應現象、電極反應的記憶層面上。

解析：

（4）0～t1時，Al與濃硝酸反應，Al發生「鈍化」, 原電池的負極是Al片，溶液中產生紅棕色氣體是二氧化氮，故正極反應方程式為：2H++NO3﹣+e﹣=NO2↑+H2O，此時溶液中的氫離子移向正極，一段時間後，由於Al與濃硝酸發生鈍化，導致原電池中Al作正極，Cu作負極.

答案為：

2H++e﹣+NO3﹣=NO2↑+H2O；正；Al在濃硝酸中發生鈍化，氧化膜阻止了Al的進一步反應．

2017年-天津卷-牛刀小試：


僅停留在對反應現象、電極反應的記憶層面上，不能從微觀層面理解電化學反應的原理與本質，很難準確分析D選項的正誤。


16年浙江卷:

答案:C選項

但是學生對D選項也拿不準，準確判斷D選項中離子交換膜的選擇，需要學生從微粒運動、放電行為進行分析才能準確得出答案；

2014年-全國卷I卷利用電滲析法製備次磷酸，從微粒運動方向、跨膜行為、放電行為分析才能順利解答相關問題：


2016年-全國卷I卷利用電滲析法處理硫酸鈉的廢水，也考察了離子交換膜的作用。

此類試題情境新穎真實，關注過程與原理，考查電化學知識在工農業生產、科學發展、能源與環境中的應用。體現能力立意，對文字理解能力要求更高，考查對電化學反應本質的理解、過程的捕捉、新情境下信息的提取與轉換即信息整合能力。突出化學主幹知識、滲透化學思想方法、凸顯化學知識價值。

這些高考試題給我們許多啟示:

如何建立電化學系統分析思路；通過模型認知促進化學學科素養I的形成？



我們的課堂教學不能僅停留在對反應現象、電極反應的記憶層面上，而要從微觀層面理解電化學反應的原理與本質，建立電化學系統分析思路，形成對新情境的下電化學信息的提取與分析能力：

1、在未形成閉合迴路時，電解質溶液系統中的微粒情況；

2、形成閉合迴路後，電解質溶液微粒移動情況及外電路電子流向情況；

3、微粒移動到電極表面時發生怎樣的反應；

4、反應結果導致體系哪些變化；

歸納 「一識別是什麼池」、「二判斷電極、微粒運動、微粒行為」、「三書寫電極反應」、「四作答細判選項」的解題模式；


重視以下三個方面：有序、有度、有為

1、電化學認識模型、典型電化學裝置的工作原理；

2、如何提取電化學試題中的信息：

3、電極反應書寫的有序化：

書寫步驟的有序化，運用電極反應解釋相關的電極現象。


利用中國知網CNKI、中小學圖書館資料庫、校圖書館訂閱的期刊閱讀相關研究成果[1-7]，了解國內優秀化學教師的教學經驗，同時在上課之前聽取本校老教師的授課，備課組集思廣益，群策群力，不留遺憾。

參考文獻

[1] 馬薇,郭曉麗,魏銳,等. 對電解模型的追問與重構[J]. 中學化學教學參考, 2017, (5): 1-3.

[2] 郭曉麗,王瀾,魏銳. 對電解模型認識及相關問題解決的測查研究[J]. 中學化學教學參考, 2017, (7): 1-5.

[3] 劉亞俊,何彩霞. 基於模型建構發展學生科學思維——以高中化學選修4「電解池」教學為例[J]. 教學儀器與實驗, 2015, (9): 13-18.

[4] 關心泉. 構建電解池模型  輕鬆學電解問題[J]. 中學化學教學參考, 2014, 卷缺失(16): 72.

[5] 索金龍. 基於模型認知的串聯電解池探究實驗——以2016年高考北京卷12題為例[J]. 教育與裝備研究, 2017, (2): 34-38.

[6] 徐文華. 淺析電化學中的難點—可充電電池[J]. 化學教學, 2005, (3): 63-64.

[7] 徐文華. 有關可充電電池試題解題策略及應用[J]. 化學教學, 2007, (1): 63-65.



分享、在看與點讚，至少我要擁有一個吧


相關焦點

  • 電化學分析方法分類
    電化學分析方法分類：電化學分析系統根據不同的分類條件，電化學分析法有不同的分類，下面是幾種常見的分類：1、根據某一特定條件下，化學電池中的電極電位、電量、電流電壓及電導等物理量與溶液濃度的關係進行分析的方法。例如：電位測定法、恆電位庫侖法、極譜法和電導法等。2、以化學電池中的電極電位、電量、電流和電導等物理量的突變作為指示終點的方法。
  • 超級電容器電化學分析解決方案
    超級電容器電化學分析解決方案超級電容器是20世紀七八十年代發展起來的一類介於傳統電容器與電池之間的新型儲能器件。目前研究開發的化學儲能體系主要包括：鹼錳電池、鋅銀電池、鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。
  • 電化學分析之EIS數據擬合
    EIS主要表徵的是在電化學過程中出現的：①歐姆極化引起的內阻；②鈍化膜（SEI膜）電阻；③電化學反應；④擴散。
  • 盤點電化學分析各種測定的方法 | 附下載
    原理：循環伏安法（CV）是最重要的電分析化學研究方法之一。該方法使用的儀器簡單，操作方便，圖譜解析直觀，在電化學、無機化學、有機化學、生物化學等許多 研究領域被廣泛應用。循環伏安法通常採用三電極系統，一支工作電極（被研究物質起反應的電極），一支參比電極（監測工作電極的電勢），一支輔助（對）電極。
  • 難降解廢水生物電化學系統強化處理的研究進展
    筆者在已有研究基礎上，對BES強化處理難降解廢水的效能進行了綜述和總結，分析了電極、外加電壓、鹽度、電化學活性細菌（electrochemically active bacteria，EAB）等因素對處理效果的影響，討論了其在偶氮染料廢水、硝基芳烴廢水、氯酚廢水等典型難降解工業廢水強化處理中的應用效果，並對其未來發展進行了展望，以期為BES的大規模應用提供參考。
  • EmStat Pico:支持軟體運行的嵌入式小型電化學恆電勢器系統化模塊
    ；此外，電化學傳感器系統的開發需要具備固件、模擬和數字電子學知識以及對電化學的深入了解，工程部門通常不具備這種知識組合。ADI公司與PalmSens BV合作研發的EmStatPico是一款微型(30.5 mm×18 mm×2.6 mm)恆電勢器系統化模塊，只需很少的開發時間和精力即可將標準的電化學測量。本文詳細介紹了三種不同的電化學測量，表明可輕鬆地將該器件集成到系統中，並示範說明了恆電勢器模塊的應用範圍：OCP (pH)、循環伏安法和EIS。
  • 阜師大教師團隊在電化學領域取得新突破
    【摘要】 近日，阜陽師範大學化學與材料工程學院夏娟博士、武海教授、凡素華教授合作在金屬納米材料的製備及其在電化學領域中的應用取得系列重要成果。 安青網訊 近日，阜陽師範大學化學與材料工程學院夏娟博士、武海教授、凡素華教授合作在金屬納米材料的製備及其在電化學領域中的應用取得系列重要成果。
  • 電化學冶金與電池電化學分會場---「中國有色金屬2018青年科技論壇」
    電化學冶金與電池電化學分會場(8月22日下午和23日全天)電化學冶金與電池電化學分會場報告……（召集人：焦樹強、鍾勝奎、賴延清、張培新、羅紹華、蔣  凱、肖  巍、鍾  澄、楊海濤、黃  惠、蔣良興、王  偉）(1) 王明湧 北京科技大學 研究員報告題目： 低濃多元金屬溶液電化學冶金
  • 金屬的電化學腐蝕
    本節課安排在氧化還原反應、原電池和電解池後學習，學生有了一定的電化學基礎知識，知道電極、溶液、導線如何導電，學起來更容易理解。培養學生提取有效信息、分析歸納信息的能力。環節三：【過度】電化學腐蝕比化學腐蝕嚴重的多，那麼鋼鐵是如何發生電化學腐蝕的？【活動與探究】讓學生進行課本P23「活動與探究」，探究鋼鐵是如何發生電化學腐蝕的？並思考回答下列問題：1、觀察a、b裝置中都有什麼實驗現象？2、裝置a導管中水柱為什麼會上升？會是什麼氣體參加反應？
  • 電化學阻抗譜(EIS)資料匯總分享!
    電化學阻抗譜（Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS）即給電化學系統施加一個頻率不同的小振幅的交流正弦電勢波，測量交流電勢與電流信號的比值（系統的阻抗）隨正弦波頻率ω的變化，或者是阻抗的相位角f隨ω的變化。
  • 分析本田Sensing安全駕駛系統的設計思路
    分析本田Sensing安全駕駛系統的設計思路，這次我們來看看汽車輔助駕駛類的技術發展，本次分析到的就是本田搭載先進整合式主動安全輔助科技本田Sensing系統的車輛，日前在美國市場正式達成累積銷售突破100萬輛的裡程碑，本田原廠整體布局思路是要在2022年達成美國境內銷售的本田新車全部標配本田
  • 快掃描循環伏安法及其在電化學中的應用
    雖然快掃描循環伏安法當初是用來監測電極周圍電活性物質的瞬間變化, 但現在這一方法在電化學和電分析化學中的應用大大超出了這一範圍，在其它方面如快速電子傳遞反應動力學的研究, 反應機理的研究等許多方面得到了很好的應用, 本文就快掃描循環伏安法及其在電化學中的應用作一介紹。
  • 電化學中讓人撓頭的各種「勢」
    其實，電化學中有各種帶「勢（potential）」的概念可不止上述三個，它們不但名字相似，所表達的含義也相關，非常容易使人造成混淆和誤解。電極和電解質溶液中的電化學勢最初是不同的，一旦兩相接觸，帶電粒子會受到界面上電化學勢差的驅動，使得離子與金屬上的電荷相匹配。溶液電勢可由能斯特方程給出，並且其與溶液費米能級直接相關：
  • 電化學新工藝在循環水處理裝置中的應用
    北極星水處理網訊:摘要：目前，我國的綜合國力在不斷的加強，針對傳統的藥劑投加法處理循環水系統存在加藥費用高、排放廢水汙染環境等問題，採用電化學方法對循環水系統進行了節能改造。對比了藥劑投加法和電化學法的工藝特點，介紹了電化學處理循環水技術的工作原理。結合山焦循環水處理系統實際情況，確定了電化學處理循環水的最經濟方案。
  • 武漢科技大學基於電化學、螢光等分析平臺構建生物傳感器
    簡單來說，就是病毒能把自己的基因整合到細菌內，利用細菌的細胞工具為自己的基因複製服務，而細菌為了將病毒的外來入侵基因清除，進化出CRISPR系統。利用這個系統，細菌可以不動聲色地把病毒基因從自己的基因組上切除。由於CRISPR系統需要核酸酶(Cas蛋白)結合一段引導RNA(CrRNA)來實現目標核酸的特異性識別，因此該技術在實際操作過程中具有很高的精準度。
  • 第45期:電化學-力學(ECM)論文摘要精選
    系統最大載荷可達100kN，空間解析度可達5μm；完成了成像系統的調試和系統指標實驗驗證；實現了材料的高精度數位化建模，通過模型對比算法，驗證成像系統CT掃描和三維數位化建模的精度。摻雜前後Sn/Cu(a-b)和LiSn/Cu(c-d)界面的pCOHP分析，以及(e-h)相應放大的界面處的pCOHP分析.P. Zhang, Y. Wang, W. Lei, Y. Zou, W. Jiang, Z. Ma, C. Lu.
  • 電化學桑德邁爾反應
    自從1848年Kolbe陽極氧化反應發現以來，電化學已經發展成為一項重要的技術，具有十分廣泛的應用。電化學生產己二腈和葡萄糖酸鈣都是產量巨大的工業應用實例。由於電勢對電子轉移具有強制作用，一些在常規化學反應中難以得失電子的反應物在電化學中可以很容易地得失電子，進而充當氧化劑或者還原劑，因此電化學反應通過正確的設計可以避免使用常規化學反應中傳統意義上的氧化劑/還原劑，具有綠色、環保、溫和的特點。
  • lmp91000 在電化學傳感器電極故障檢測中的應用
    大多數電化學氣體傳感器是電流傳感器，產生與氣體濃度成線性比例的電流。電流測量傳感器的原理是測量未建立平衡的電化學電池中的電流 - 電勢關係。它涉及固體，液體和氣體三個階段的系統，並且都涉及分析物氣體的化學識別。致力於量身定製該系統並獲得高性能的氣體傳感器。電化學電池通過平衡感測電極處的反應的所謂反電極--Cont電極完成。Cont電極與Sen電極之間的離子電流由傳感器主體內的電解質傳送，而電流路徑通過以銷連接器終止的導線提供。通常在電化學傳感器（3電極傳感器）中包含第三電極。所謂的參考電極用於將感測電極的電勢保持在固定值。
  • 電化學水垢去除技術中試實驗研究
    循環冷卻水系統的穩定運行對於保證企業安全穩定生產具有十分重要的意義。結垢現象廣泛存在於循環冷卻水系統，會造成循環水換熱效能下降與能耗增加。為此，控制循環水系統水垢沉積成為保障循環冷卻水系統安全穩定運行的關鍵。其控制方法包括：物理清洗法、化學藥劑法、電化學法、超聲波法、高壓靜電阻垢技術、磁化及電磁處理法等。
  • 電化學阻抗譜建模方法及經驗介紹
    首先，電化學系統應該是穩定的，因為如果它隨著時間不斷改變，Z（f）也會不穩定。其次，微擾是線性的，這一點很關鍵：如果應用的正弦微擾的振幅足夠小，那麼響應將是相同頻率的正弦。反之，如果在頻率f處正弦輸入的振幅值較大，則測得的響應為頻率f、2f和3f處的正弦和。再者，符合因果關係：測量的電流（或電壓）必須是施加的電壓（或電流）擾動產生的測試結果。