李敬波

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

【關(guān)鍵詞】電化學(xué) 高考題目 分析

【中圖分類號(hào)】G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）36-0094-01

電化學(xué)知識(shí)是中學(xué)化學(xué)的重點(diǎn)，是氧化還原反應(yīng)原理和離子反應(yīng)的具體應(yīng)用，基礎(chǔ)知識(shí)包括原電池、電解池和電化學(xué)的腐蝕和防護(hù)。電化學(xué)知識(shí)可以在選擇題中單獨(dú)命題，也可以出現(xiàn)在綜合題中，還可以與氧化還原反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)的能量變化知識(shí)結(jié)合起來進(jìn)行綜合考查。原電池和電解池的工作原理與生產(chǎn)生活密切聯(lián)系，同時(shí)也是進(jìn)行學(xué)科內(nèi)綜合的重要“橋梁”，是高考考查的熱點(diǎn)。

一、情景閱讀

電化學(xué)的考查越來越趨于真實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)、科研實(shí)驗(yàn)以及實(shí)際應(yīng)用。所以其化學(xué)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(jī)陽離子、Al2Cl7-和AlCl4-組成的離子液體作電解液時(shí)，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(jìn)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(diǎn)，有望成為新能源汽車和移動(dòng)設(shè)備的電源。該類電池放電的總反應(yīng)方程式為：4M+nO2+2nH2O=4M（OH）n。已知：電池的“理論比能量”指單位質(zhì)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(nèi)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(jìn)入中間隔室。這句話點(diǎn)明了產(chǎn)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(yīng)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(yīng)用是解決某選項(xiàng)的關(guān)鍵。

二、裝置創(chuàng)新

通過學(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn).

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

n處有氣泡產(chǎn)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(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子；正極發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子。電子由負(fù)極流向正極，電流由正極流向負(fù)極。 溶液中，陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。電解池中與電源的正極相連的電極稱為陽極。物質(zhì)在陽極上失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。與電源的負(fù)極相連的電極成為陰極。物質(zhì)在陰極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。

（2016北京12）中，由于有外接電源，所以實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二均為電解池裝置。實(shí)驗(yàn)一中，鐵絲中的電流方向?yàn)閺膁到c，電子移動(dòng)方向?yàn)閺腸到d，所以實(shí)驗(yàn)一的裝置是比較復(fù)雜的電解池，其中a為陰極，c為陽極，d為陰極，b為陽極。實(shí)驗(yàn)二是一個(gè)更加復(fù)雜的電解池裝置，兩個(gè)銅珠的左端均為陽極，右端均為陰極，初始時(shí)兩個(gè)銅珠的左端（陽極）均發(fā)生反應(yīng)Cu-2e-=Cu2+，右端（陰極）均發(fā)生反應(yīng)2H++2e-=H2↑，從而解釋有氣泡產(chǎn)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(jià)的變化說明了燃料電池生成的產(chǎn)物。以此可以確定A為負(fù)極，電極反應(yīng)為H2-2e-+CO32-===CO2+H2O、CO-2e-+CO32===2CO2。B為正極，O2得電子，電極反應(yīng)為O2+4e-+2CO2===2CO32-。

（2015浙江11）中，與X相連的電極產(chǎn)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(yīng)，電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，所以X是電源的負(fù)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(chǎn)生H2、CO，陽極產(chǎn)生氧氣。

三、信息給予粒子放電

在教材的學(xué)習(xí)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(yīng)的電極反應(yīng)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(yīng)的書寫必須依據(jù)提目所給的信息進(jìn)行書寫，題目所給信息是書寫反應(yīng)的關(guān)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(yīng)物和生成物。（2015浙江11）中箭頭的指向說明了H2O和CO2放電，產(chǎn)物為H2和CO，由化合價(jià)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(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需補(bǔ)充物質(zhì)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(zhuǎn)變?yōu)镹O3-，陰極NO轉(zhuǎn)變?yōu)镹H4+，根據(jù)電極反應(yīng)書寫電極反應(yīng)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(zhì)的量比銨根離子物質(zhì)的量多，所以需要向溶液中加入的物質(zhì)為NH3（即8NO+7H2O===3NH4NO3+2HNO3）。

四、電極反應(yīng)的書寫方法

電極反應(yīng)是電化學(xué)考查的重點(diǎn)，我認(rèn)為可以用“四步法”書寫：第一步：準(zhǔn)確寫出確定的反應(yīng)物和生成物，不確定的暫時(shí)不要寫。第二步：依據(jù)電子守恒，配平化合價(jià)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(yīng)的離子或者生成的離子。第四步：依據(jù)原子守恒，觀察配平?jīng)]有參與氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)。不管高考中電化學(xué)題如何命制，基于電化學(xué)原理的基本內(nèi)容不會(huì)變化，對(duì)學(xué)生有而言 ，牢記電化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，運(yùn)用適當(dāng)?shù)姆椒ê图记桑欢梢缘玫綕M意的效果。

參考文獻(xiàn)：

[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.