北京 李宏華

高考電化學(xué)解題方法突破

電化學(xué)知識(shí)是歷年高考命題必考的考點(diǎn)，這部分知識(shí)比較獨(dú)立，與其他知識(shí)的關(guān)聯(lián)比較少，因此希望考生對(duì)這部分知識(shí)要熟練掌握。高考命題主要以原電池的工作原理、化學(xué)電源、電解原理以及應(yīng)用、電解計(jì)算和化學(xué)腐蝕等角度進(jìn)行命題。

一、原電池的工作原理

原電池工作原理中四個(gè)常見(jiàn)失分點(diǎn)的規(guī)避

(1)只有放熱的氧化還原反應(yīng)才能通過(guò)設(shè)計(jì)成原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

(2)電解質(zhì)溶液中陰、陽(yáng)離子的定向移動(dòng)，與導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)共同組成了一個(gè)完整的閉合回路。

(3)無(wú)論在原電池中還是在電解池中，電子均不能通過(guò)電解質(zhì)溶液。

(4)原電池的負(fù)極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)。

【例1】下圖是某校實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)的一套原電池裝置，下列有關(guān)描述不正確的是

( )

B．此裝置能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?/p>

C．電子由Cu電極經(jīng)導(dǎo)線流向石墨電極

【答案】A

二、原電池原理的應(yīng)用——化學(xué)電源

1.易錯(cuò)探究

(1)原電池反應(yīng)中，電極材料本身一定發(fā)生反應(yīng)嗎？

【提示】不一定。如燃料電池，電極是鉑電極，本身不參與反應(yīng)，參與反應(yīng)的是H2和O2。

(2)可充電電池充電時(shí)電極與外接電源的正負(fù)極如何連接？

【提示】應(yīng)將可充電電池的負(fù)極接外電源的負(fù)極，正極接外電源的正極。

(3)依據(jù)鉛蓄電池充、放電原理，說(shuō)明在放電時(shí)電解液中H2SO4的濃度將如何改變？

(4)氫氧燃料電池以KOH溶液作電解質(zhì)溶液時(shí)，工作一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的濃度如何變化？溶液的pH如何變化？當(dāng)氫氧燃料電池以H2SO4溶液作電解質(zhì)溶液時(shí)，又會(huì)如何變化？

2.“加減法”書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式

(1)先確定原電池的正負(fù)極，列出正負(fù)極上的反應(yīng)物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。

(2)根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理寫(xiě)出電極反應(yīng)式。

①負(fù)極反應(yīng)

負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽(yáng)離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則該電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫(xiě)入負(fù)極反應(yīng)式。

②正極反應(yīng)

(3)寫(xiě)出電池總反應(yīng)方程式。

結(jié)合電子守恒將正負(fù)極電極反應(yīng)式相加即得到電池總反應(yīng)方程式。

(4)若已知電池反應(yīng)的總反應(yīng)式，可先寫(xiě)出較易書(shū)寫(xiě)的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫(xiě)出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫(xiě)出的另一極的電極反應(yīng)式。

3.“3步”突破燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)

第一步：寫(xiě)出電池的總反應(yīng)式。

燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。

如甲烷燃料電池(電解質(zhì)為NaOH溶液)的反應(yīng)式為

第二步：寫(xiě)出電池的正極反應(yīng)式。

根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)是O2，隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)式有所不同，大致有以下四種情況：

(1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：

(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應(yīng)式：

第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式，寫(xiě)出負(fù)極反應(yīng)式。

電池反應(yīng)的總反應(yīng)式-電池正極反應(yīng)式=電池負(fù)極反應(yīng)式。因?yàn)镺2不是負(fù)極反應(yīng)物，因此兩個(gè)反應(yīng)式相減時(shí)要徹底消除O2。

【例2】交通運(yùn)輸部在南海華陽(yáng)礁舉行華陽(yáng)燈塔和赤燈塔竣工發(fā)光儀式，宣布兩座大型多功能燈塔正式發(fā)光并投入使用。燈塔可用鎂海水電池提供能源，其裝置如圖所示。下列有關(guān)海水電池的說(shuō)法正確的是

( )

A．X可為鐵、銅、石墨等電極

11月2日，在第七屆綠色農(nóng)藥博覽會(huì)開(kāi)幕式上，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)藥檢定所黨委書(shū)記吳國(guó)強(qiáng)在致辭中說(shuō)：“落實(shí)中央綠色發(fā)展的總體部署和發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的要求，農(nóng)藥行業(yè)責(zé)任重大，必須順應(yīng)時(shí)代潮流，積極研發(fā)、生產(chǎn)、宣傳、推廣高效、低毒、低殘留的環(huán)境友好型農(nóng)藥和施藥機(jī)械，大力發(fā)展綠色農(nóng)藥?！?/p>

B．每轉(zhuǎn)移2 mol電子，2 mol H+由交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移

D．該電池能將化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化成電能

【答案】C

【方法點(diǎn)撥】電極類(lèi)型的判斷要在明確屬于電解池還是原電池基礎(chǔ)上來(lái)分析的，原電池對(duì)應(yīng)的是正、負(fù)兩極，電解池對(duì)應(yīng)的是陰、陽(yáng)兩極，根據(jù)元素價(jià)態(tài)變化找出氧化劑與還原產(chǎn)物即可解答。該海水電池的負(fù)極材料是金屬鎂，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極材料的金屬活潑性比金屬鎂差，該電極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

三、電解原理

1.易錯(cuò)探究

(1)電解時(shí)電子通過(guò)電解質(zhì)溶液?jiǎn)幔?/p>

【提示】電解質(zhì)溶液通電電解時(shí)，在外電路中有電流(電子)通過(guò)，而溶液中是依靠離子定向移動(dòng)，形成了閉合電路。

(2)電解過(guò)程中放H2生堿型和放O2生酸型的實(shí)質(zhì)是什么？

【提示】放H2生堿型的實(shí)質(zhì)是水電離出的H+放電，破壞了水的電離平衡，使OH-濃度增大，放O2生酸型的實(shí)質(zhì)是水電離出的OH-放電，破壞了水的電離平衡，使H+濃度增大。

(3)①要使用惰性電極電解后的NaCl溶液復(fù)原，滴加鹽酸可以嗎？

②要使用惰性電極電解后的CuSO4溶液復(fù)原，加入Cu(OH)2固體可以嗎？

【提示】電解質(zhì)溶液的復(fù)原應(yīng)遵循“從溶液中析出什么補(bǔ)什么”的原則，即從溶液中析出哪種元素的原子，則應(yīng)按比例補(bǔ)入哪些原子。

①電解NaCl溶液時(shí)析出的是等物質(zhì)的量的Cl2和H2，所以應(yīng)通入氯化氫氣體，加入鹽酸會(huì)引入過(guò)多的水。

②同理，使CuSO4溶液復(fù)原應(yīng)加入CuO或CuCO3，而加入Cu(OH)2會(huì)使溶液的濃度降低。

2.電解池中方程式書(shū)寫(xiě)四個(gè)常見(jiàn)失分點(diǎn)的規(guī)避

(1)書(shū)寫(xiě)電解池中電極反應(yīng)式時(shí)，要以實(shí)際放電的離子表示，但書(shū)寫(xiě)總電解反應(yīng)方程式時(shí)，弱電解質(zhì)要寫(xiě)成分子式。

(2)陰極不管是什么材料，電極本身都不反應(yīng)，一定是溶液(或熔融電解質(zhì))中的陽(yáng)離子放電。

(3)要確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同，且注明條件“電解”。

(4)電解物質(zhì)的水溶液時(shí)，應(yīng)注意放電順序中H+、OH-之后的離子一般不參與放電。

【例3】利用如圖所示裝置(電極均為惰性電極)可吸收SO2，并用陰極排出的溶液吸收NO2，下列說(shuō)法正確的是

( )

A．a(chǎn)為直流電源的負(fù)極

D．電解時(shí)，H+由陰極室通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入陽(yáng)極室

【答案】C

四、電解原理的應(yīng)用

1．電解精煉銅時(shí)，陽(yáng)極泥是怎樣形成的？

【提示】粗銅中往往含有鋅、鐵、鎳、銀、金等多種金屬雜質(zhì)，當(dāng)含雜質(zhì)的銅在陽(yáng)極不斷溶解時(shí)，金屬活動(dòng)性位于銅之前的金屬雜質(zhì)，如Zn、Fe、Ni等也會(huì)同時(shí)失去電子。金屬活動(dòng)性位于銅之后的銀、金等雜質(zhì)，因?yàn)槭ル娮拥哪芰Ρ茹~弱，難以在陽(yáng)極失去電子變成陽(yáng)離子而溶解，所以當(dāng)陽(yáng)極的銅等失去電子變成陽(yáng)離子溶解之后，銀、金等雜質(zhì)以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底部，形成陽(yáng)極泥。

2．比較下列兩種裝置有哪些不同？

(1)請(qǐng)分析兩裝置中各電極的質(zhì)量變化。

(2)請(qǐng)分析兩裝置中電解質(zhì)溶液濃度的變化。

【提示】(1)甲圖中銅片質(zhì)量減小，鐵制品質(zhì)量增加；乙圖中粗銅質(zhì)量減小，精銅質(zhì)量增加。

(2)甲圖中CuSO4溶液濃度幾乎未變化，因?yàn)殛?yáng)極溶解多少銅，陰極增加多少銅；乙圖中CuSO4溶液濃度逐漸變小，因?yàn)榇帚~中混有Zn、Fe等雜質(zhì)，放電后轉(zhuǎn)化成Zn2+、Fe2+等離子，此時(shí)Cu2+會(huì)轉(zhuǎn)化為Cu，造成CuSO4溶液濃度減小。

【例4】水銀法電解食鹽水是氯堿工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中的重要里程碑，以制得堿液純度高、質(zhì)量好而著稱(chēng)，其生產(chǎn)原理示意圖如下。下列說(shuō)法不正確的是

( )

B．解汞室中產(chǎn)生氫氣的電極為陰極

C．當(dāng)陽(yáng)極產(chǎn)生3.36L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體時(shí)，解汞室中生成NaOH的質(zhì)量為12g

D．在直流電作用下，電解器中的Na+變成金屬鈉，與水銀形成鈉汞合金，從而與Cl2分開(kāi)

【答案】D

五、電解的計(jì)算

電化學(xué)的綜合計(jì)算包括：兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算、溶液pH的計(jì)算、相對(duì)原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)測(cè)定的計(jì)算、根據(jù)電荷量求產(chǎn)物的量、根據(jù)產(chǎn)物的量求電荷量等。

【例5】如圖裝置中X和Y均為石墨電極，電解液為500 mL某藍(lán)色溶液，電解一段時(shí)間，觀察到X電極表面有紅色的固態(tài)物質(zhì)生成，Y電極有無(wú)色氣體生成；溶液中原有溶質(zhì)完全電解后，停止電解，取出X電極，洗滌、干燥、稱(chēng)量，電極增重1.6 g。下列有關(guān)說(shuō)法中錯(cuò)誤的是

( )

A．X電極是陰極

B．Y電極產(chǎn)生氣體的體積為0.224 L

C．電解后溶液的pH=1

D．要使電解后溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，需加入一定量的CuO或CuCO3

北京市順義區(qū)第八中學(xué))