【教师成长】从实践到理论—高中化学教学论文写作探讨

【教师成长】从实践到理论—高中化学教学论文写作探讨

一、写作论文的意义

在教学过程中,我们老师常会遇到如此困惑:面对一些难题,自己没有好的方法去解决、跟同事讨论后也没有有效的方法;自己对某些知识点的理解不够全面、深刻;用自己的方法讲过的考点和题型,学生理解不到位、常常出错。该怎么办呢?这就需要我们通过研究解决教学中的困惑,然后将研究成果用于教学。写作论文就是将知识点、经验、方法系统、条理化、详细展示解决问题的过程、并将研究成果推广的有效途径。所以,我们很有必要写作论文。

二、论文的写作思路及方法——以《燃料电池电极反应式的书写》为例

燃料电池电极反应式的书写的易错点有:

1.有机物的化合价不易判断——判断有机物得失电子;

2.总反应方程式的书写出错——产物是CO2还是碳酸盐;

3.电极反应式的书写出错——得失电子数目或物质的存在形态;

4.电极反应式的书写费时——方法的选择。

解决方法:

1.总反应方程式减去正极反应方程式得到负极反应方程式

因为负极作燃料的物质中元素的化合价较难分析,所以,多数情况下试题考查的是负极电极反应方程式。 如果先写出总反应方程式,然后写正极反应方程式,再用总反应方程式减去正极反应方程式得到负极反应方程式,就可以避开判断有机物的化合价这一难点。

2.反应产物一定是能够稳定存在的物质

在碱性溶液中,发生反应:CO2+2OH- =CO32-+H2O。所以, CO2在碱性溶液中以

CO32-的形式存在,在酸性溶液中CO2就以CO2气体形式存在。

(1)根据氧化剂得电子数目判断还原剂失去电子的数目

有机物中元素的化合价较难分析,有机物失去电子的数目就不易判断, 但是氧化剂O2得电子数目很容易判断,所以, 可以氧化剂得电子数目间接判断还原剂失去电子的数目。

(2)直接用结论或者分析推导法

在具体书写电极反应式时,如果学生的对电荷守恒等内容理解不够深刻,建议直接用结论,这种方法稍费时但是不容易出错;如果学生的对电荷守恒等内容理解到位,建议用分析推导法。

具体方法及例题如下:

在书写总反应方程式时,应先写出通常状况下燃料燃烧的化学方程式,例如CH3OH通常状况下燃烧生成H2O和CO2,CH3OH +(3/2)O2=CO2 +2H2O ,然后再看它所处的环境(酸性还是碱性溶液),如果是在碱性溶液中,CO2以CO32-的形式存在,所以总反应方程式为:CH3OH +(3/2)O2 +2 OH‾=CO32‾+3H2O 。

在书写正极反应方程式时,先写O2的还原反应:O2 + 4e— =2 O2‾ ,O2‾不能稳定存在;然后看它所处的环境(酸性还是碱性溶液),在酸性条件下,O2‾与H+结合:O2‾ + 2H+ = H2O ;在碱性条件下,O2‾与H2O结合:O2‾ + H2O = 2 OH‾。

1. 氢氧燃料电池

例题1.氢氧燃料电池有酸式和碱式两种,它们放电时的总反应方程式都可表示为2H2 + O2 = 2H2O 。

(1)碱式氢氧燃料电池的电解质是碱,其正极反应方程式可表示为O2 + 4 e‾ + 2H2O = 4 OH‾,则其负极反应式可表示为____________________ ;

(2)酸式氢氧燃料电池的电解质是酸,其负极反应方程式可表示为H2 -2 e‾ = 2H+ ,则其正极反应式可表示为____________________ ;

解析:(1)总反应方程式:2H2 + O2 = 2H2O

正极:O2 + 4 e‾ =2 O2‾ ① O2‾不能稳定存在,在碱性溶液中,O2‾与H2O结合:O2‾ + H2O = 2 OH‾② ①+②×2得:O2 + 4 e‾ + 2H2O = 4 OH‾ ③

负极:H2 -2 e‾ = 2H+ ① H+ 在碱性溶液中不能稳定存在,H+与OH‾ 结合: H+ + OH‾ = H2O ② ①×2+②×2=③:H2 -2 e‾+ 2 OH‾ =2H2O ③ 说明:为了和正极的得到4个电子统一,也可写成: 2H2 -4 e‾+ 4 OH‾ =4H2O ④

小结:碱性溶液中,正极产生OH‾,负极消耗OH‾。

(2)正极:O2 + 4 e‾=2 O2‾ ① O2‾不能稳定存在,在酸性溶液中,O2‾与H+结合:O2‾ + 2H+ = H2O ② ①+②×2=③ O2 + 4 e‾ + 4H+ = 2H2O ③

负极: H2 -2 e‾= 2H+ ① H+ 在酸性溶液中能稳定存在。

小结:酸性溶液中,负极产生H+,正极消耗H+ 。

2. 烃(CH4、C2H6、C3H8 …等)和烃的衍生物(CH3OH 、C2H5OH …等)燃料电池,

例题2. (2011年全国新课标试题第27题第5小问)

在直接以甲醇为燃料的燃料电池中,电解质溶液为酸性,负极反应式为____________________ ; 正极反应式为____________________。

解析:

说明:由于CH4 、C2H6 、CH3OH 、C2H5OH等有机物的化合价较难分析,所以先写总反应和正极反应方程式,然后再相减得负极的电极反应方程式。

(1) 酸性溶液中,总反应方程式为:CH3OH +(3/2)O2=CO2 +2H2O ①;先写正极反应式:O2 + 4 e‾=2 O2‾ , O2‾不能稳定存在,在酸性条件下,O2‾与H+结合:O2‾ + 2H+ = H2O 得到:(3/2)O2 + 6e‾ + 6H+ = 6H2O ② ;①-②得负极反应式: CH3OH -6 e‾ +H2O = 6H+ +CO2 ③ 。

小结:酸性溶液中,负极产生H+,正极消耗H+ 。

(2) 碱性溶液中,因反应产物CO2在碱性溶液中不能稳定存在,发生反应:CO2+2OH-=CO32-,所以总反应方程式为:CH3OH +(3/2)O2 +2 OH‾=CO32‾+3H2O ①;

正极反应式的写法:O2 + 4 e‾ =2 O2‾,O2‾不能稳定存在,在碱性溶液中,O2‾与H2O结合:O2‾ + H2O = 2 OH‾ 由此得到正极反应式:(3/2)O2 + 6e‾ + 3H2O = 6OH‾ ② ;①-②得负极反应式: CH3OH -6 e‾+8OH‾ = CO32‾+6H2O ③

小结:碱性溶液中,正极产生OH‾,负极消耗OH‾。

3. 熔融盐燃料电池

例题3. 熔融盐燃料电池具有较高的发电效率,因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气体作为正极助燃气体,制得在650℃下工作的燃料电池。完成上述有关反应的电极反应式。正极反应式、负极反应式、总反应方程式。(说明:空气中混有适量的CO2作助燃剂是为了保持电解质熔融盐的组成、浓度恒定。)

解析:

先写总反应方程式:燃料电池的原理都是可燃物燃烧这一氧化还原反应。在Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质溶液中,CO2不与CO32-反应,能稳定存在。所以该反应总反应方程式为2CO+O2=2CO2 ①

正极:O2作氧化剂得电子:O2 + 4 e‾ =2 O2‾,O2‾不能稳定存在,在Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物电解质溶液中,O2‾与CO2结合:O2‾ + CO2 =CO32-,由此得到正极反应式:O2 + 4 e‾+ 2CO2 =2CO32- ② ;

①-②得负极反应式:2CO-4 e‾ +2CO32-= 4CO2 ③。

小结:Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质溶液中,正极产生CO32-,负极消耗CO32-。 燃料电池电极反应式中,总是其中一极产生某种离子,另一极消耗这种离子。在水作溶剂的电解质溶液中,O2在酸性溶液中结合H+ 生成H2O,在碱性溶液中结合H2O生成OH‾。

在实际书写负极反应式时,用总反应方程式减去正极反应式的方法显得比较费时。熟练掌握上述规律后也可以直接写。

例如:CH3OH燃料电池:

酸性溶液中负极反应式的书写:先分析电子转移情况,由于作燃料的有机物的电子得失情况较难分析,所以先分析正极O2的电子转移情况:正极(3/2)mol O2得到6 mol e‾,所以,负极1 mol CH3OH 也会失去6 mol e‾ ,然后的书写有两种思路:

(1)直接用结论:酸性溶液中,负极产生H+,正极消耗H+ 。1 mol CH3OH 失去6 mol e‾ 会生成6 mol H+ ,反应式左边需要补充H2O ,得到:

CH3OH -6 e‾ +H2O = 6H+ +CO2

(2)分析推导法:CH3OH不带电,1 mol CH3OH 失去6 mol e‾,方程式左边就会带上6 mol正电荷;酸性溶液中,CH3OH不能结合OH‾;也不能结合H+ ,因为如果结合H+,方程式右边只能生成H2O和CO2 ,电荷不守恒;CH3OH只能结合H2O生成H+ ,得到:

CH3OH -6 e‾ +H2O = 6H+ +CO2

碱性溶液中负极反应式的书写:

(1)直接用结论:碱性溶液中,正极产生OH‾,负极消耗OH‾。1 mol CH3OH 失去6 mol e‾ ,然后结合OH‾,反应式左边需要补充OH‾ ,然后根据电荷守恒进行配平得到:

CH3OH -6 e‾+8 OH‾ = CO32‾+6H2O

(2)分析推导法:CH3OH不带电,1 mol CH3OH 失去6 mol e‾,方程式左边就会带上6 mol正电荷;碱性溶液中,CH3OH不能结合H+;也不能结合H2O,因为如果结合H2O,方程式右边只能生成OH‾和CO32‾,电荷不守恒;CH3OH只能结合OH‾生成H2O。得到:

CH3OH -6 e‾+8OH‾ = CO32‾+6H2O

三、总结

在一线的老师都有体会:无论自己自己对教材、手头的参考书多么熟悉,也无论做再多的题,始终会遇到一些难题,面对难题这个“拦路虎”,我们需要主动出击,需要通过研究问题、写作论文的思路应对高考。

笔者的做法是:每当我被哪类型习题困扰了,我就先把有关这类型的历年高考真题做几遍,把手头的教学参考书过一遍,并且在中国知网等网站查阅文献,有时也去实验室亲自做一做实验,然后拿着自己仍然突破不了的问题去请教本校及外校的老师,经过深刻的研究后,我攻克的不再是一道题,而是一类型习题,并且通过辛苦的探索,彻底掌握相关题型的解法后,这类型难题再也不是问题了,真是“辛苦一次,一劳永逸”。

总之,在教学过程中,我们老师常会遇到难题就需要认真研究并撰写论文,然后将论文用于教学,就能极大地提高教学质量。

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