安徽

(作者單位：安徽省碭山中學(xué))

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中對(duì)電化學(xué)部分的內(nèi)容要求為“了解原電池及常見(jiàn)化學(xué)電源的工作原理。了解電解池的工作原理，認(rèn)識(shí)電解在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存能量中的具體應(yīng)用。了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)，知道金屬腐蝕的危害，了解防止金屬腐蝕的措施。”在近年高考化學(xué)試題中電化學(xué)部分內(nèi)容中，有的以選擇題形式呈現(xiàn)，有的以非選擇題形式呈現(xiàn)，該類(lèi)試題對(duì)考生的思維能力要求較高，有一定的難度和較高的區(qū)分度。下面就對(duì)電化學(xué)類(lèi)試題的解題思路及方法進(jìn)行歸納，以期能對(duì)各位考生的復(fù)習(xí)備考有所幫助。

1 電化學(xué)部分在近年高考中的考查情況

電化學(xué)部分近年在高考中出現(xiàn)的頻率較高，2020年各地高考中均有所涉及，主要考查原電池、電解池原理，或者是可充電電池，具體考查情況見(jiàn)表1。

表1 2020年電化學(xué)在高考中的考查統(tǒng)計(jì)

2 原電池及電解池工作原理模型

在原電池中電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線(外電路)流向正極，電流由正極流向負(fù)極，原電池工作原理示意圖如圖1所示。

圖1 原電池工作原理示意圖

在電解池中電子由電源負(fù)極(即原電池負(fù)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng))流向電解池陰極(得電子發(fā)生還原反應(yīng))，再由電解池陽(yáng)極(失電子發(fā)生氧化反應(yīng))流向電源正極(即原電池正極，得電子發(fā)生還原反應(yīng))。電流由電源正極流向電解池陽(yáng)極(電子定向移動(dòng))，由電解池陽(yáng)極流向電解池陰極(陰陽(yáng)離子定向移動(dòng))，由電解池陰極流向電源負(fù)極(電子定向移動(dòng))，再由電源負(fù)極流向電源正極(陰陽(yáng)離子定向移動(dòng))，從而形成一個(gè)閉合回路，電解池工作原理示意圖如圖2所示。

圖2 電解池工作原理示意圖

在原電池及電解池中，各個(gè)電極轉(zhuǎn)移的電子與電路中通過(guò)的電子數(shù)相等，并遵循以下關(guān)系：

電量Q=It，t為時(shí)間(單位：秒)；電解時(shí)Q=nF，n為轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，法拉第常數(shù)F=96 485 C·mol-1(即1 mol電子的電量為96 485 C)。

解答電化學(xué)類(lèi)試題應(yīng)根據(jù)電化學(xué)基本原理，首先判斷是原電池還是電解池，若為原電池則根據(jù)各電極物質(zhì)元素化合價(jià)的變化判斷正負(fù)極；若為電解池?zé)o法判斷外電源正負(fù)極時(shí)，則同樣根據(jù)各電極物質(zhì)元素化合價(jià)的變化判斷陰陽(yáng)極。電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)應(yīng)首先判斷反應(yīng)物和生成物，再根據(jù)元素化合價(jià)的變化結(jié)合介質(zhì)環(huán)境進(jìn)行書(shū)寫(xiě)。

3 典例分析

3.1 原電池原理的考查

( )

圖3

A.負(fù)載通過(guò)0.04 mol電子時(shí)，有0.224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)

B.正極區(qū)溶液的pH降低、負(fù)極區(qū)溶液的pH升高

D.電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極

【答案】B

根據(jù)得失電子守恒知，負(fù)載通過(guò)0.04 mol電子時(shí)，消耗0.1 mol O2，即有0.224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)，A正確；根據(jù)電極反應(yīng)知，負(fù)極區(qū)消耗OH-，正極區(qū)生成OH-，則正極區(qū)溶液的pH升高、負(fù)極區(qū)溶液的pH降低，B錯(cuò)誤；將正負(fù)極電極反應(yīng)式根據(jù)得失電子守恒相加即可得電池總反應(yīng)，C正確；原電池中電流由正極經(jīng)過(guò)外電路流向負(fù)極，則電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極，D正確。

【評(píng)析】本題考查堿性硼化釩(VB2)—空氣電池的工作原理，涉及電極的判斷、電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)和電解液的pH變化等。本題在解答時(shí)應(yīng)注意正極的電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，電解質(zhì)溶液為堿性，則空氣中的O2得電子生成OH-，在判斷電池中電流流向時(shí)，應(yīng)明確電流流向與電子流向相反。總體而言本題是對(duì)原電池基本原理的考查。

【例2】(2020·江蘇卷·20節(jié)選)研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖4所示，兩電極區(qū)間用允許K+、H+通過(guò)的半透膜隔開(kāi)。

圖4

①電池負(fù)極電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________；放電過(guò)程中需補(bǔ)充的物質(zhì)A為_(kāi)_______(填化學(xué)式)。

②圖4所示的HCOOH燃料電池放電的本質(zhì)是通過(guò)HCOOH與O2的反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，其反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)___________________。

【評(píng)析】本題考查甲酸堿性燃料電池，涉及電池反應(yīng)、電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)等，解答的關(guān)鍵是能讀懂原電池圖示，根據(jù)原電池原理，并結(jié)合介質(zhì)環(huán)境書(shū)寫(xiě)正、負(fù)極電極反應(yīng)式，判斷發(fā)生的反應(yīng)及需要補(bǔ)充的物質(zhì)。

3.2 電解池原理的考查

【例3】(2020·全國(guó)卷Ⅱ·12)電致變色器件可智能調(diào)控太陽(yáng)光透過(guò)率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。圖5是某電致變色器件的示意圖。當(dāng)通電時(shí)，Ag+注入到無(wú)色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈現(xiàn)藍(lán)色，對(duì)于該變化過(guò)程，下列敘述錯(cuò)誤的是

( )

圖5

A.Ag為陽(yáng)極

B.Ag+由銀電極向變色層遷移

C.W元素的化合價(jià)升高

【答案】C

【評(píng)析】本題考查電解原理，直接根據(jù)電解原理較容易判斷C選項(xiàng)錯(cuò)誤。

【例4】(2020·全國(guó)卷Ⅱ·28節(jié)選)CH4和CO2都是比較穩(wěn)定的分子，科學(xué)家利用電化學(xué)裝置實(shí)現(xiàn)兩種分子的耦合轉(zhuǎn)化，其原理如圖6所示：

圖6

①陰極上的反應(yīng)式為_(kāi)___________________。

②若生成的乙烯和乙烷的體積比為2∶1，則消耗的CH4和CO2體積比為_(kāi)_______。

【評(píng)析】本題考查電解原理，解題的關(guān)鍵是看懂圖示，陰極CO2轉(zhuǎn)化為CO，陽(yáng)極CH4轉(zhuǎn)化為C2H4和C2H6，根據(jù)得失電子守恒得出總反應(yīng)，從而解答。

3.3 可逆電池的考查

【例5】(2020·全國(guó)卷Ⅰ·12)科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如圖7所示，電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時(shí)，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問(wèn)題提供了一種新途徑。

下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

( )

B.放電時(shí)，1 mol CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2 mol

D.充電時(shí)，正極溶液中OH-濃度升高

【答案】D

【評(píng)析】本題以新型電池為背景，考查電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和觀察理解能力。由圖示可以看出充電時(shí)正極H2O轉(zhuǎn)化為O2，容易得出D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

3.4 金屬的腐蝕與防護(hù)的考查

【例6】(2020·江蘇卷·11)將金屬M(fèi)連接在鋼鐵設(shè)施表面，可減緩水體中鋼鐵設(shè)施的腐蝕。在如圖8所示的情境中，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是

( )

圖8

B.金屬M(fèi)的活動(dòng)性比Fe的活動(dòng)性弱

C.鋼鐵設(shè)施表面因積累大量電子而被保護(hù)

D.鋼鐵設(shè)施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快

【答案】C

【評(píng)析】該裝置為原電池原理的金屬防護(hù)措施，為犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法，金屬M(fèi)作負(fù)極，鋼鐵設(shè)備作正極，據(jù)此分析解答。電化學(xué)防護(hù)法還有外加電流的陰極保護(hù)法，即將被保護(hù)的電解池的陰極。

4 電化學(xué)類(lèi)試題的考查趨勢(shì)預(yù)測(cè)