謝改雯

一、考查所給裝置是否原電池

解決這類題型必須清楚構(gòu)成原電池的條件：（1）有兩種活動(dòng)性不同的金屬作電極（或一種惰性電極，如石墨電極、鉑電極。），例如：Zn-Cu，Cu-Ag，Zn-石墨，Cu-Pt均可以是組成原電池的兩個(gè)電極的材料;（2）電極材料均插入電解質(zhì)溶液中;（3）兩極相連與電解質(zhì)溶液共同構(gòu)成閉合回路。要構(gòu)成一個(gè)原電池，必須滿足這樣的三個(gè)條件，缺一不可，缺少其中的任意一個(gè)條件均不能構(gòu)成原電池，如對(duì)表1中各種裝置的判斷。

表1

歸納總結(jié)在判斷一個(gè)裝置是否原電池時(shí)，應(yīng)該注意這樣三點(diǎn)：（1）不要計(jì)較電極的形狀和大小;（2）不要計(jì)較閉合電路的形成方式，可以有導(dǎo)線，也可以不用導(dǎo)線，只要讓兩個(gè)電極互相連通就行;（3）也不必考慮電解質(zhì)的成分，可以是一種溶質(zhì)，也可以是多種溶質(zhì)的電解質(zhì)溶液;可以是強(qiáng)電解質(zhì)溶液，也可以是弱電解質(zhì)溶液。

二、考查電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)

表2

表2列出了幾種裝置電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，一般說(shuō)來(lái)，簡(jiǎn)單的原電池負(fù)極的電極反應(yīng)一般是負(fù)極金屬本身失電子變成金屬陽(yáng)離子：

R-ne-Rn+，比較容易寫(xiě)出;正極上的反應(yīng)相對(duì)復(fù)雜一些，需要判斷出溶液中的哪種微粒在正極板上得電子，這取決于溶液中各種微粒得電子能力的相對(duì)大小，這是正確寫(xiě)出正極上電極反應(yīng)式的關(guān)鍵。常見(jiàn)的有這樣三種情況，（1）酸性溶液中，H+得電子，發(fā)生析出氫氣的反應(yīng)，可以看作金屬的析氫腐蝕;（2）在弱酸性、中性溶液中，通常溶液中的O2得電子，可以看作是負(fù)極發(fā)生吸氧反應(yīng);（3）當(dāng)溶液中有金屬活動(dòng)順序表中H后面的金屬陽(yáng)離子時(shí)，通常該金屬陽(yáng)離子得電子，如Cu2+、Fe3+、Ag+等。

這是一些簡(jiǎn)單原電池的電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)。但是對(duì)于一些實(shí)用電池的電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，則要認(rèn)真思考。

例1鉛蓄電池是化學(xué)電源，其電極材料分別是Pb和PbO2，電解質(zhì)溶液為稀硫酸。工作時(shí)，電池的總反應(yīng)為PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O，其中PbSO4不溶于水也不溶于稀硫酸。根據(jù)上述情況判斷：（1）蓄電池的負(fù)極是，其電極反應(yīng)式為。

（2）蓄電池的正極是，其電極反應(yīng)式為。

（3）蓄電池工作時(shí)，其中電解質(zhì)溶液的pH（填“增大”、“減小”或“不變”）。

解析從電池的總反應(yīng)，可以看出Pb的化合價(jià)升高、失去了電子，因而作負(fù)極。這時(shí)，有些學(xué)生可能會(huì)將電極反應(yīng)式寫(xiě)作Pb-2e-Pb2+。這里需要特別提醒注意的是：因?yàn)镻bSO4不溶于水，不溶于稀硫酸，所以生成的Pb2+并不能存在于電解質(zhì)溶液中，必須與溶液中的SO2-4繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)生成PbSO4（Pb2++SO2-4PbSO4），所以，負(fù)極周圍發(fā)生的電極反應(yīng)為：Pb-2e-+SO2-4PbSO4。

同理，從總反應(yīng)上看，得電子的物質(zhì)是PbO2，所以正極是PbO2，首先發(fā)生的變化應(yīng)該是PbO2+2e-Pb2++2O2-，在水溶液中，O2-是不會(huì)存在的，它有兩個(gè)去向：在酸性溶液中與氫離子結(jié)合生成水，即2O2-+4H+2H2O;在中性或堿性條件下與水結(jié)合生成OH-，即2O2-+2H2O4OH-。這里顯然是前一種情況，也就是說(shuō)，在正極PbO2及其周圍發(fā)生了兩個(gè)連續(xù)的變化：PbO2+2e-Pb2++2O2-和2O2-+4H+2H2O，兩個(gè)連續(xù)發(fā)生的反應(yīng)的反應(yīng)式相加的結(jié)果就是正極上的電極反應(yīng)式：PbO2+2e-+4H++SO2-4PbSO4+2H2O。

由于鉛蓄電池在工作過(guò)程中硫酸被消耗，濃度降低，所以電解質(zhì)溶液的pH會(huì)增大。

歸納總結(jié)書(shū)寫(xiě)實(shí)用電池的電極反應(yīng)式時(shí)，要注意三個(gè)問(wèn)題：（1）兩極得失電子數(shù)要相等;（2）電極反應(yīng)不單純是電極自身的反應(yīng)，而是這個(gè)電極及其周圍的區(qū)域發(fā)生的反應(yīng)，也就是說(shuō)一定要考慮電解質(zhì)溶液對(duì)電極反應(yīng)的影響;（3）當(dāng)已知電池的總反應(yīng)時(shí)，如果能夠判斷出某一極的電極反應(yīng)，則可以利用兩極反應(yīng)之和等于電池的總反應(yīng)這一重要關(guān)系，推斷并寫(xiě)出另一電極上的反應(yīng)式。

三、考查推斷反應(yīng)現(xiàn)象

圖1例2如圖1所示，將一個(gè)鐵片和石墨片用導(dǎo)線連接后，放在一張濾紙上并壓緊，使三者充分接觸， 并不斷向?yàn)V紙上滴加飽和食鹽水和酚酞的混合液，一段時(shí)間后。

（1）先變紅的區(qū)域在 ? ? ? 附近，該電極是 ? ?極。

（2）寫(xiě)出兩極上的電極反應(yīng)式 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

解析從原電池的構(gòu)成條件不難發(fā)現(xiàn)，鐵片、石墨、導(dǎo)線、食鹽水構(gòu)成了一個(gè)原電池裝置，其中鐵片為負(fù)極，石墨為正極。負(fù)極上的電極反應(yīng)為：2Fe-4e-2Fe2-，正極上的電極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-4OH-，于是先變紅的區(qū)域?yàn)槭浇?，該電極為正極。

歸納總結(jié)解決這類問(wèn)題時(shí)注意：若要分析原電池在工作過(guò)程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，必須先分析原電池的兩極、以及電解質(zhì)溶液中所發(fā)生的反應(yīng)，由反應(yīng)結(jié)果去推斷反應(yīng)的現(xiàn)象。

四、考查條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

例3為了探究金屬腐蝕的條件和快慢，某課外學(xué)習(xí)小組用不同金屬絲將三根大小相同的普通鐵釘分別固定在圖2所示的三個(gè)裝置內(nèi)，并將這些裝置在相同的環(huán)境中放置一段時(shí)間，鐵釘腐蝕最嚴(yán)重的是 ? ? ?（填a、b或c），鐵釘幾乎未被腐蝕的是 ? （填a、b或c）。

圖2

解析電化學(xué)腐蝕是造成鋼鐵腐蝕的主要原因。電化學(xué)腐蝕的機(jī)理是構(gòu)成原電池。乍一看，三個(gè)裝置中，鐵釘都沒(méi)有與液體接觸，都沒(méi)有形成原電池。實(shí)際上，只有鐵釘c由于濃硫酸的強(qiáng)吸水性而處于干燥的環(huán)境，所以沒(méi)有形成原電池而幾乎不會(huì)被腐蝕。鐵釘a、b處于酸性潮濕的環(huán)境中，表面上會(huì)形成一層酸性液膜，這層液膜與鐵和碳能形成無(wú)數(shù)微小原電池而被腐蝕。同時(shí)，鐵釘b還與銅絲形成另一個(gè)宏觀上的原電池，腐蝕就更快，所以，腐蝕最嚴(yán)重的是鐵釘b，幾乎未被腐蝕的是鐵釘c。

五、考查按要求設(shè)計(jì)原電池

例4某原電池的總反應(yīng)方程式是：

Zn+Cu2+Zn2++Cu

該原電池組成是（ ? ）。

電解質(zhì)溶液正極負(fù)極

ACuCl2溶液ZnMg

BCuCl2溶液CuZn

CZnCl2溶液ZnCu

DZnCl2溶液CuZn

解析從給出的總反應(yīng)可以看出：Zn化合價(jià)升高，失去電子，所以Zn一定作負(fù)極，然后只要找比Zn活動(dòng)差的金屬電極或惰性電極作正極都可以。得電子的是Cu2+，則電解質(zhì)溶液中必須含有Cu2+，硫酸銅、氯化銅、硝酸銅溶液都可以。所以這題的答案應(yīng)該是BD。

歸納總結(jié)在解決這類習(xí)題時(shí)，必須要抓住電池的總反應(yīng)中化合價(jià)的變化作為出發(fā)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。

（收稿日期：2015-06-10）