例談電化學習題的解題策略

周學興 楊霄

一、高考背景

電化學在生活、生產(chǎn)、理論研究中應用極其廣泛，在試題素材選取時，主要有電源、制備產(chǎn)品、治理污染、分離提純等方向。

研究好高考真題對電化學內(nèi)容尤其是選擇題的考查情況，有利于提高復習和解題效率。近六年，全國卷和部分省市命題中電化學的考查情況，見表1。

二、解題策略

分析電化學習題的基本思路，先判斷是電解池還是原電池（可充電），然后確定電極屬性（正負陰陽極），最后通過電極反應式和離子、電子、電流遷移等“動”態(tài)知識分析解決選項或填空的設問?？珊喕癁椤俺?、極、動”，模型，見圖1。

例1 （2021湖南化學10）鋅溴液流電池是一種先進的水溶液電解質(zhì)電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網(wǎng)的備用電源等。三單體串聯(lián)鋅溴液流電池工作原理如圖2所示。

下列說法錯誤的是（

）。

A.放電時，N極為正極

B.放電時.左側貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小

C.充電時，M極的電極反應式為：

D.隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過

分析池：可充電電池;通過選項C可確定該電池屬于可充電電池。

極：放電時，M為負極，Ⅳ為正極;充電時，M為陰極，N為陽極。可知A項正確。

動：M為負極，發(fā)生電極反應Zn - 2e -一2n2+，正極反應為Br2+2e - =2Br -，2n2+、Br-進入貯液器，B項錯誤。充電時.M極為陰極，發(fā)生還原反應：2n2++ 2e - -Zn，C項正確;Br2具有強氧化性，與Zn直接接觸而發(fā)生反應Zn+ Br2=ZnBr2，應利用合適孑L徑大小的隔膜防止Br：接觸Zn.致使自放電，2n2+和Br-并不存在相互影響，故隔膜允許陰、陽離子通過，而不允許Br，通過。

答案：B

點評注意本題圖示是立體圖示，實箭頭表示走向右側貯液器。

為了更好地利用該解題模型，學生應儲備以下必備知識：極的判斷、電極反應式的書寫、微粒移動方向、溶液pH變化;關注溶液中H+、OH-、H2O的變化：溶液質(zhì)量變化：離開、進入溶液的物質(zhì)的量、溶液環(huán)境的判斷、能量轉化、膜在電化學中應用。

變式1 （2019.全國卷I.題12）利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2 /MV+在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如圖4所示。下列說法錯誤的是（

、

A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時還可提供電能

B.陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應

H2 +2MV2+_2H++ 2MV+

C.正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應生成NH3

D.電池工作時質(zhì)子通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動

分析池：生物燃料（酶催化）原電池。相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法選用酶作催化劑，條件溫和，同時利用MV+和MV2+的相互轉化，化學能轉化為電能，故可提供電能，A項正確;

極：通過物質(zhì)轉化關系，判斷左側為負極，右側為正極。

動：氫化酶所處區(qū)域應為負極區(qū)，也可稱為陽極區(qū)，且氫化酶加快了電極反應式為MV+ -e一=MV2的進行，B項錯誤;正極區(qū)，N2被還原為NH3，C項正確;原電池中質(zhì)子由負極向正極方向遷移.D項正確。

答案：B

點評原電池中發(fā)生氧化反應的一極為陽極，發(fā)生還原反應的一極為陰極。氫化酶一極為負極區(qū)即陽極區(qū)，且發(fā)生了電極反應和氫化酶作用下的氧化還原反應。

2.電極反應式的書寫

電極反應是電化學的基本內(nèi)含，書寫好電極反應式能夠迅速分析解決實際問題。書寫電極反應式的基本模型如下：

（1）記憶法

常見的原電池、電解池中，較為簡單的電極反應式，可以直接熟記。比如常見金屬單質(zhì)在原電池中放電一般較為簡單。但是高考題中，也常常出現(xiàn)陌生物質(zhì)，需要采用步驟法。

（2）步驟法

①通過信息，獲取反應物與產(chǎn)物之間的變化：書寫“反應物一產(chǎn)物”

②標注化合價變化數(shù)，構建基本模板“反應物±ne一一產(chǎn)物”

③結合環(huán)境、電荷守恒補充物質(zhì)

常見電解質(zhì)環(huán)境：酸堿溶液環(huán)境（氫離子或氫氧根配電荷）、熔融氧化物環(huán)境（用O2-配平電荷），碳酸鹽環(huán)境（碳酸根配電荷）、其他特殊環(huán)境具體分析。

（3）總反應式法

兩極的電極反應式，進行加和可得總反應式。反之利用總反應式減去較簡單一極電極反應式即可書寫出目標電極反應式。

書寫電極反應式過程中離不開元素化合價的確立，尤其是化學式中含有字母時，有以下思路解決：

溫馨提示 H2O的變化，主要是可能引起溶液體積的變化，若是題干“保持體積不變”，則無需考慮H2O的變化。

變式2 [2021湖南適應性試題16（6）] NiSO4在強堿溶液中被NaCIO氧化可得NiOOH，該物質(zhì)能用作堿性鎳鎘電池的正極材料。其電池反應式：

溫馨提示 注意外加物質(zhì)進入溶液或離子穿膜進入溶液使得溶液質(zhì)量增加，氣體離開溶液和離子離開某區(qū)質(zhì)量減少。

變式3（2021廣東卷16）鈷（ Co）的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。圖8為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是（

）。

A.工作時，I室和Ⅱ室溶液的pH均增大

B.生成1 mol Co，I室溶液質(zhì)量理論上減少16 G

C.移除兩交換膜后，石墨電極上發(fā)生的反應不變

D.電解總反應：D項正確。

答案：D

其中“膜”參與的計算：穿過隔膜的離子所帶電荷與外電路的轉移電子數(shù)相同。即轉移l mol電子，假如是H+穿膜的話就是l mol穿膜，若是鈣離子則是0.5 mol。

變式4 （2020全國卷I題12）科學家近年發(fā)明了一種新型Zn - CO，的水介質(zhì)電池。電池示意如圖10所示，電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時溫室氣體CO，被轉化為儲氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是（

）。

點評本題解題的關鍵在于，關注圖示中物質(zhì)變化。尤其充電與放電時，正極處物質(zhì)變化的特殊性。雙極膜：雙極性電滲析（ EDMB）雙極膜是一種新型離子交換復合膜，它一般由陰離子交換樹脂層和陽離子交換樹脂層及中間界面親水層組成，從膜外滲透人膜間的水分子即刻被解離成H+和OH-，并定向向兩側移動，作為H+和OH -供應源。

不難發(fā)現(xiàn)，通過“池一極一動”三字要訣，可清晰高效率地突破電化學的各類設問。這需要有扎實的基礎，比如池、極是先決條件，這個判斷錯誤，后續(xù)就沒有機會。囿于篇幅，筆者優(yōu)先對重點考查內(nèi)容進行了例舉分析，以期為廣大學生提供解題方向。

（收稿日期：2021 - 12 - 27）