化學高考中“電化學”題分析方法

李敬波

【摘 要】本文主要分析近年來化學高考中出現(xiàn)的電化學題目會發(fā)現(xiàn)明顯的趨勢，用相對陌生的情景和適當?shù)碾娀瘜W裝置創(chuàng)新，結合信息考查粒子的放電情況，展開了幾個方面的分析探討。

【關鍵詞】電化學 高考題目 分析

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）36-0094-01

電化學知識是中學化學的重點，是氧化還原反應原理和離子反應的具體應用，基礎知識包括原電池、電解池和電化學的腐蝕和防護。電化學知識可以在選擇題中單獨命題，也可以出現(xiàn)在綜合題中，還可以與氧化還原反應和化學反應的能量變化知識結合起來進行綜合考查。原電池和電解池的工作原理與生產生活密切聯(lián)系，同時也是進行學科內綜合的重要“橋梁”，是高考考查的熱點。

一、情景閱讀

電化學的考查越來越趨于真實的工業(yè)生產、科研實驗以及實際應用。所以其化學原理所處的情景和教材上的有所不同，例如：（2014山東30）離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系，由有機陽離子、Al2Cl7-和AlCl4-組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁；（2016全國11）三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場的作用下，兩膜中間的Na+和SO42-可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室；（2016浙江11）金屬（M）–空氣電池（如圖）具有原料易得、能量密度高等優(yōu)點，有望成為新能源汽車和移動設備的電源。該類電池放電的總反應方程式為：4M+nO2+2nH2O=4M（OH）n。已知：電池的“理論比能量”指單位質量的電極材料理論上能釋放出的最大電能。

在上述情景材料中簡潔高效地介紹了讀者即將解決的問題，需要抓住其中的核心內容（2014山東30）中：沒有其他離子生成，所以一定是Al2Cl7-和AlCl4-兩種離子中的一種放電，根據(jù)配平即可解決，（2016全國11）中：兩膜中間的Na+和SO42-可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。這句話點明了產生氫氧化鈉和硫酸的原因。（2016浙江11）中：該類電池放電的總反應方程式說明了電池的環(huán)境為中性或者堿性。而電池的“理論比能量”概念的應用是解決某選項的關鍵。

二、裝置創(chuàng)新

通過學習我們發(fā)現(xiàn)，在教材中只出現(xiàn)過單液原電池、雙液原電池、單液電解池，僅在選修四第77頁的氫氧燃料電池工作原理圖中出現(xiàn)過“隔膜”。然而，近年高考題中大量出現(xiàn)與教材不同的裝置，例如：

（2016北京12）用石墨電極完成下列電解實驗.

現(xiàn)象 a、d處試紙變藍；b處變紅，局部褪色；c處無明顯變化 兩個石墨電極附近有氣泡產生；

n處有氣泡產生；…

（2015江蘇10）一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。

（2015浙江11）在固態(tài)金屬氧化物電解池中，高溫共電解H2O—CO2混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式，基本原理如圖所示。

無論裝置如何變化，但是基本原理是不變的：原電池中負極發(fā)生氧化反應，失去電子；正極發(fā)生還原反應，得到電子。電子由負極流向正極，電流由正極流向負極。 溶液中，陽離子移向正極，陰離子移向負極。電解池中與電源的正極相連的電極稱為陽極。物質在陽極上失去電子，發(fā)生氧化反應。與電源的負極相連的電極成為陰極。物質在陰極上得到電子，發(fā)生還原反應。

（2016北京12）中，由于有外接電源，所以實驗一和實驗二均為電解池裝置。實驗一中，鐵絲中的電流方向為從d到c，電子移動方向為從c到d，所以實驗一的裝置是比較復雜的電解池，其中a為陰極，c為陽極，d為陰極，b為陽極。實驗二是一個更加復雜的電解池裝置，兩個銅珠的左端均為陽極，右端均為陰極，初始時兩個銅珠的左端（陽極）均發(fā)生反應Cu-2e-=Cu2+，右端（陰極）均發(fā)生反應2H++2e-=H2↑，從而解釋有氣泡產生的原因。

（2015江蘇10）中，燃料電池的信息說明為原電池，其中“催化重整”部分為燃料的生成，箭頭的指向和化合價的變化說明了燃料電池生成的產物。以此可以確定A為負極，電極反應為H2-2e-+CO32-===CO2+H2O、CO-2e-+CO32===2CO2。B為正極，O2得電子，電極反應為O2+4e-+2CO2===2CO32-。

（2015浙江11）中，與X相連的電極產生CO，電解H2O-CO2混合氣體，二氧化碳得到電子生成一氧化碳，發(fā)生還原反應，電解池陰極發(fā)生還原反應，所以X是電源的負極。電解H2O-CO2混合氣體制備H2和CO，陰極：水中的氫原子得到電子生成氫氣，H2O+2e-===H2↑+O2-，二氧化碳得到電子生成一氧化碳，CO2+2e-===CO+O2-，電解H2O-CO2混合氣體制備H2和CO，根據(jù)圖示知：陰極產生H2、CO，陽極產生氧氣。

三、信息給予粒子放電

在教材的學習中，我們了解到了電解池中離子的放電順序，依據(jù)該順序即可寫出相應的電極反應方程式，然而，近年的高考題中頻繁出現(xiàn)氣體分子、酸根離子等放電，這類粒子放電的電極反應的書寫必須依據(jù)提目所給的信息進行書寫，題目所給信息是書寫反應的關鍵依據(jù)。例如上述（2014山東30）中Al2Cl7-和AlCl4-均為陌生的離子，可以依據(jù)鍍鋁信息說明一定有Al2Cl7-和AlCl4-中的一種或者兩種離子得電子，再依據(jù)沒有其它離子生成說明只能Al2Cl7-和AlCl4-互變，由原子守恒可以確定反應物和生成物。（2015浙江11）中箭頭的指向說明了H2O和CO2放電，產物為H2和CO，由化合價的變化可以確定電極名稱。（2014北京26）電解NO制備NH4NO3的工作原理如圖所示，為使電解產物全部轉化為NH4NO3，需補充物質A是？

根據(jù)工作原理裝置圖箭頭指向，可以確定陽極為NO失去電子轉變?yōu)镹O3-，陰極NO轉變?yōu)镹H4+，根據(jù)電極反應書寫電極反應式為：

陽極：NO-3e-+2H2O===NO3-+4H+

陰極：NO+5e-+6H+===NH4++H2O

然后根據(jù)得失電子守恒，硝酸根離子物質的量比銨根離子物質的量多，所以需要向溶液中加入的物質為NH3（即8NO+7H2O===3NH4NO3+2HNO3）。

四、電極反應的書寫方法

電極反應是電化學考查的重點，我認為可以用“四步法”書寫：第一步：準確寫出確定的反應物和生成物，不確定的暫時不要寫。第二步：依據(jù)電子守恒，配平化合價發(fā)生變化的元素。第三步：依據(jù)電荷守恒，確定其它參與反應的離子或者生成的離子。第四步：依據(jù)原子守恒，觀察配平沒有參與氧化還原反應的物質。不管高考中電化學題如何命制，基于電化學原理的基本內容不會變化，對學生有而言 ，牢記電化學的基礎知識，運用適當?shù)姆椒ê图记桑欢梢缘玫綕M意的效果。

參考文獻：

[1]2014年北京高考理綜卷；2014年山東高考理綜卷.

[2]2015年江蘇高考理綜卷；2015年浙江高考理綜卷.

[3]2016年北京高考理綜卷；2016年浙江高考理綜卷；2016年全國高考理綜卷.